簡介
定義
無感測器控制又稱無感測器控制、無感應器控制等。為了實現電機的高精度、高動態性能控制，需要知道轉子的位置和速度。一般通過安裝機械式感測器來實現。感測器的存在增加了系統的成本，無感測器控制技術克了服使用機械感測器給系統帶來的缺陷，擴大了永磁同步電動機在一些特殊場合的套用範圍。
分類
根據無感測器PMSM 轉子位置自檢測方法在不同速度區間的估算效果，可以把所有的無位置感測器控制方法分為兩大類 ：①適用於中、高速的方法；②適用於零速或極低速的方法。
第一類無位置感測器控制方法適用於運行在中、高速範圍內的調速傳動系統。這類方法依賴電動機基波激勵模型中與轉速有關的量（如產生的反電動勢）進行轉子位置和速度估算，由於電動機運行在零速和極低速時，有用信號的信噪比很低，通常難以提取。因此，從根本上說，對基波激勵的依賴性最終導致了這類方法在零速和低速下對轉子位置和速度的檢測失效。
第二類無位置感測器控制方法能夠實現電動機全速範圍（包括低速甚至零速）的轉子位置和速度檢測。其基本原理是檢測電機的凸極，由於電機的凸極中含有位置信息，因此可以通過不同的勵磁方式和不同的信號檢測和分離方法，將位置信息估計出來。這樣使得電動機運行在任何工況下，均可通過跟蹤凸極的辦法找到轉子位置並估算轉子速度。
適用於中、高速運行的技術
目前適用於中、高速運行的無感測器控制技術主要有以下幾類：磁鏈估計法、模型參考自適應（Model Referencing Adaptive System ，MRAS ）法、狀態觀測器法、滑模變結構法、檢測電機相電感變化的位置估計法、卡爾曼濾波法等。下面就每種估算方法的基本原理作簡單的介紹並對其優缺點進行總結分析。
磁鏈估計法
電動機的基本控制原理是磁場定向控制，其關鍵是如何根據測量得到的電機電流、電壓信號來估計電動機的轉子磁極位置。最新的研究方向有以下幾種：研究人員提出了一種新的電壓模型方案，以估計出的位置角為反饋量，分別估計了定子磁鏈的幅值和相位。這種方法從根本上解決了電壓模型的初始值不準確和積分零漂的問題。還有研究人員提出一種定子磁鏈最佳化控制的方法，在低速時通過電流模型計算磁鏈對電壓模型磁鏈進行補償，電流模型的位置信息來源於信號注入的估計值。
以上算法的優點是計算量小、簡單、易於實現，但在低速情況下估計精度下降。這種方法對電動機的參數依賴性較大，套用這種方法時，最好結合電機參數的線上辨識。
模型參考自適應估計法
該方法是基於假定轉子位置的位置估計法。其主要思想為:先假設轉子所在位置，利用電機模型計算出在該假設位置時電機的電壓或電流值，並通過與實測的電壓或電流比較得出兩者的差值，該差值正比於假設位置
與實際位置之間的角度差。如果該差值減少為零，則可認為此時假設位置為真實位置。保證這種方法估計精度的核心是要能夠準確估計位置偏差，雖然數學模型是精確的，但估計精度仍然要受電機參數變化的影響，同時要受電流檢測精度的影響，雖然採用了閉環控制，但依然沒有完全擺脫對電機參數的依賴性。
基於狀態觀測器的位置估算法
狀態觀測器的實質是一種狀態重構，也就是重新構造一個系統，利用原系統中可直接測量的變數作為它的輸入信號，並使其重構的狀態 X˙(t) 在一定條件下等價於原系統的狀態X(t) 。等價的原則就是兩者的誤差在動態變化中能夠漸近穩定地趨近於零。
基於狀態觀測器的位置估算方法具有動態性能好、穩定性高、適應面廣等特點。缺點是在低速段調速效果依然不理想，而且算法複雜，計算量大。
滑模變結構方法
滑模變結構控制是為控制系統預先在狀態空間上設計一個特殊的開關面，在系統變數從起始點運動到開關面之前，系統的控制結構維持一種形式，當系統變數到達開關面後，開始自適應的調整律控制，最終使系統狀態沿著開關面一直滑動到平衡點，此時系統的控制結構又維持另一種形式。
滑模變結構控制與普通控制方法的根本區別在於控制律和閉環系統的結構在滑移面上，具有不連續性，即一種使系統結構隨時間變化的開關特性。由於滑模面一般都是固定的，而且滑模運動的特性是預先設計的，系統穩定性與動態品質僅取決於滑模面及其參數，因此系統對於參數變化和外部干擾不敏感，是一種魯棒性很強的控制方法，並且結構簡單、回響快速，對系統內部參數攝動、外部干擾等具有很好的魯棒性。缺點是估計變數中含有高次諧波，儘管可以進行濾波處理，但通常濾波會引起相位偏移。
檢測電機相電感變化的位置估計法
在內埋式永磁同步電動機中，直軸和交軸磁阻的不同導致了繞組電感的變化。電感的變化可以作為位置函式用來獲得轉子的位置信息。
這種方法只在2000 年以前的文獻中見到過，現在已經較少採用，這種算法位置估計精度依賴於電感的計算精度。當電感計算有較大誤差時，位置估計誤差也較大。
基於卡爾曼濾波
卡爾曼濾波器是由美國學者R.E.Kalman 在20世紀60 年代初提出的一種最優線性估計算法，其特點是考慮了系統的模型誤差和測量噪聲的統計特性。卡爾曼濾波器的算法採用遞推形式，適合在計算機上實現。
擴展卡爾曼濾波器（EKF 是非線性和隨機的，不僅具有最佳化和自適應能力，還可以更好地抑制測量和擾動噪聲。基於EKF 的觀測器，可以直接得到定子磁鏈矢量和轉子位置的估計值。卡爾曼濾波的關鍵是選擇係數值以獲得可能的最好的位置估計性能。卡爾曼濾波方法計算強度大，濾波器很難確定實際系統的噪聲水平和算法中的卡爾曼增益；由於數位訊號處理器的出現，擴展卡爾曼濾波器的位置估計法可以線上地觀測速度和轉子位置。
適用於零速和低速的技術
目前，可查到的零速和低速電動機無感測器控制方法中，只有一種方法不依賴於電機的凸極檢測，它是利用電機定子鐵心的非線性飽和特性。適用於零速和低速運行的無感測器技術的最新研究方向不是基本原理上的創新，而是依靠不同的勵磁方法以及不同的信號檢測和分離方法而得以創新。
因此，可以按勵磁方法和檢測信號的不同，將適用於零速和低速的無感測器技術分為以下幾類。
只適用於初始位置估計的無感測器技術
這類方法能夠實現電機初始位置的檢測，缺點是算法的計算過程太慢，只適合初始位置的估計，不適合低速和高速無感測器運行。這些方法在最新的文獻上已經很少提及。
基於脈動矢量勵磁和高頻阻抗測量位置估計
Jung Ik Ha 等人最早提出基於脈動矢量勵磁和高頻阻抗測量來實現轉子的磁極位置估算。這種方法基於檢測電機的凸極，通過將脈動矢量注入到旋轉坐標系的直軸，由此產生 IPMSM（永磁同步電動機） 的高頻阻抗，高頻阻抗中包含轉子位置，因此通過對高頻阻抗的測量和處理，可以提取出轉子磁極位置信號。這種方法比前兩種方法具有優勢，它既可以在零速運行，又能在低速運行，只是在高速時不能可靠地工作，且只適用於 IPMSM。另外，還需要一個位置預先估計值，用於實現注入信號從旋轉坐標繫到靜止坐標系的變換。優點是不依賴電機的參數，對環境和測量誤差不敏感。
基於旋轉矢量勵磁和電流解調技術方法
這種方法是目前套用得最多的一種零速和低速無感測器控制方法，它是由Robert D. Lorenz 教授等人提出的。這種方法通過旋轉矢量勵磁和解調電流信號來實現轉子位置的估計，勵磁信號注入到定子參考坐標系的α 軸和β 軸上。
這種方法有三個基本特點: 電機具有確定的空間凸極；需要連續的勵磁；需要具有高頻寬的噪聲濾波器。
通常這三個基本特徵可以以不同的方式實現，這導致了以此為基礎的研究方法及相應問題的改進，目前此類方法的研究主要集中在信號的提取上，以及由此產生的不同觀測方法 。
高頻信號注入法是解決低速及零速時高性能無感測器驅動的一種比較好的方法。這種方法能在零速和低速時運行，而且對電機參數變化完全不敏感，另一個優點是不需要預先估計轉子位置信息，這是因為信號直接注入到定子坐標系的坐標軸中，不需要進行注入信號從旋轉坐標繫到靜止坐標系的變換，具有很好的動態性能。缺點是需要電機有一定程度的凸極，因此，只適用於具有凸極的內埋式永磁同步電動機。
複合控制方法
複合控制方法就是適用於中、高速運行的無感測器控制技術和零速和低速電動機無感測器控制方法的組合使用，能夠實現全速範圍的速度調節，是目前無感測器控制領域中最活躍的方向，基本上現存的全速範圍無感測器控制系統中都採用了複合控制方法。目前，從文獻中可查的主要有以下幾種組合：
（1 ）信號注入+反電動勢估計
（2 ）信號注入+卡爾曼濾波法。
（3 ）信號注入+MRAS 。
（4 ）信號注入+磁鏈觀測法。
以上四種複合控制方法都是綜合考慮兩類方法的優缺點，採取揚長避短的策略，在低速區，採用高頻信號注入方法或是帶修正高頻信號誤差的複合算法，充分利用高頻信號注入法對參數變化不敏感，能在低速甚至零速時準確地檢測轉子的位置的優點；在高速區，採用適用於中高速的無感測器控制方案。
複合控制方法的重點和難點是如何實現兩種方法的平滑切換並確保固有的電機運行性能。
