一、课题研究背景及意义

一个多世纪以来，电机一直作为机电能量转换装置，已经深入到国民经济的各个领域和人们日常生活中。电机的类型主要有:同步电机、感应电机和直流电机。传统的直流电机因具有线性机械特性优异、调速范围相对较宽、起动良好和控制电路简单等优点，长期以来一直被积极地应用在各种伺服系统和驱动装置中。但由于传统直流电机依靠换向器和机械电刷换向，机械电刷和换向器强迫性的接触造成的电机运行时噪声、换向火花以及变化的接触电阻等问题直接影响了传统直流电机的调速精度和性能^{[1, 2]}。

无刷直流电机是以传统的直流电机为基础而发展起来的。1955年，美国人D. Harrison用晶体管换向电路代替传统直流电机的机械电刷，标志着现代无刷直流电机(Brushless DC Motor, BLDCM)的诞生^[3]。无刷直流电机在结构上与传统的一样，但是其电枢绕组放在定子上，而转子采用由永磁材料制成的永磁体。无刷直流电机以电子换向器取代机械电刷和换向器，消除电的滑动接触机构。因此，无刷直流电机没有换向火花、寿命长、运行可靠、维护简单。此外，其转速不受机械换向的限制，如采用磁悬浮轴承或空气轴承等，可实现每分钟几万到几十万的超高转速运行。

目前，无刷直流电机的应用越来越普遍，国内近年来在永磁无刷直流电机的设计及控制方面有很多的研究。加之我国是稀土大国，稀土材料又是目前永磁体材料最主要的来源，如何利用好我国自身资源优势，在永磁无刷直流电机方面做出积极的研究是很有现实意义的。

二、课题的研究现状的介绍以及应用

通过逆变器功率器件随转子的不同位置相应地改变其不同组合状态可以实现无刷直流电机的运行，所以控制无刷直流电机正常运行的关键是准确检测转子的位置并根据转子位置准时切换功率器件的触发组合状态。最直接有效的方法是用位置传感器作为转子的位置检测装置，但位置传感器的使用增加了电机的体积，且需要多根信号线，这对无刷直流电机实现微型化带来了困难，同时使得电机制造的工艺要求和成本有所增加。因此无刷直流电机的无位置传感器控制是现在无刷直流电机研究的一个热点。目前永磁无刷直流电机无位置传感器控制研究的关键就是架构一个转子位置信号检测线路，通过从软、硬件这两个方面来间接获得可靠的转子位置信号，借以触发导通相对应的功率器件，驱动电机运转。近年来，国内外均出现了很多的位置信号检测方法，其中较为成熟的主要有四类:反电动势法、续流二极管法、反电动势积分法和状态观测器法^{[4, 5, 6]}。

无刷直流电机的绕组反电动势与电机转速成正比，当无刷直流电机在静止或低速时，反电动势为零或者很小，无法准确检测到反电动势过零点信号，也就无法用”反电动势法”判断转子的位置，因此电机无法自起动，而需要通过其他方法来起动电机。没有转子位置信号，BLDCM的起动就变得非常关键，如果起动方法不当，可能导致电机失步，甚至反转^[7]。”反电动势法”BLDCM常用的起动方法主要有:

(1)外同步驱动起动方式^{[8, 9]}

外同步驱动方式是指以变频方式同步拖动电机转子旋转，即按永磁同步电机起动方式起动。这种起动方式的不足之处是转子旋转方向未知，转子可能顺时针旋转也可能逆时针旋转;另外，如果频率上升太快，电机很容易出现失步。

(2)预定位起动方式^{[10, 11]}