1. 课题研究的目的及意义

永磁同步电机PMSM（Permanent Magnet Synchronous Machine）具有体积小、重量轻、效率高以及结构简单、可靠性高、尺寸形状灵活多样等优点。近年来的实践表明，在功率不大于10kW而连续运行的场合，为减小体积、节省材料、提高效率和降低能耗等因素，越来越多的异步电动机驱动正被永磁无刷直流电动机逐步替代。而在功率较大的场合，由于一次成本和投资较大，除了永磁材料外，还要功率较大的驱动器，故还较少有应用。永磁同步电机还可用于机床、泵、压缩机、起重运输机械、挤出机械、升降机等多种场合。最近几年进口的各类自动化设备、自动加工装置和机器人等绝大多数都采用永磁同步电动机的交流伺服系统。信息技术中各种设备如打印机、软硬盘驱动器、光盘驱动、传真机、复印机等中所使用的驱动电机绝大多数是永磁无刷直流电动机。受技术水平限制，这类微电机目前国内还不能自己制造，有部分产品在国内组装。

转速是各类电机中的一个重要物理量,在永磁同步电机运行中，转子位置的检测是一个必要的环节。通常需要传感器来检测电机的转子磁极位置。目前国内外常用的测量转速的方法有离心式转速表测速法、微电机测速法、光电码盘测速法以及霍尔元件测速法。

离心式转速表和微电机测速都有现成的测速仪表, 容易得到。但转速表或测速机都要与电机同轴连接, 增加了电机机组安装难度, 另一方面有些电机功率很小, 转速表或测速机消耗的功率占了电机大部分, 所以对有些电机的测速, 这2种方法不适用。

霍尔元件和光电码盘的测速方法基本类似, 都是在转轴上安装一个很轻巧的传感器, 将电机的转动信号通过霍尔元件或光电码盘转换为电脉冲, 从而通过计算电脉冲的个数来测速。

1.2国内外研究现状

对于高精度数字伺服控制系统，速度测量的实时性、准确程度直接影响到电机控制的动态响应特性和精确性。而测速精度和实时性往往取决于所采用的测速元器件和测速方法。随着增量式光电编码器的发展，其性能越来越可靠，精度越来越高，因此越来越多的数字伺服控制系统选择了增量式光电编码器作为测速元器件。近些年来，针对增量式光电编码器的测速方法已经成为工程师们关注的重点。经过几十年的发展，人们提出了诸多测速方法，但各测速算法或多或少都有一些缺点或局限性。

“M”法是通过测量固定采样周期内的编码器输出脉冲信号计数来实现速度测量，多适用于高速阶段。“M”法在低速阶段固定采样周期内编码器输出脉冲数目较少，测量精度也相应随之降低。

“T”法是通过测量固定编码器输出脉冲信号周期的时间间隔来实现速度测量，多适用于低速阶段。在高速阶段编码器输出脉冲频率较高，“T”法对采样时钟的频率要求更高，对硬件提出更高要求，实际速度测量中，“T”法一般不用于高速阶段。

针对上述两种基本方法的优缺点，1982年，Ohmae等人结合了“M”和“T”法的优点，同时兼顾两者各自适用范围，提出了“M/T”测速方法。在整个速度范围内都能获得很好的测量精度，但是在低速测量时，会使检测时间过长，检测实时性差。“M/T”法同“M”法和“T”，法是目前最为典型和基础的三种测速方法，后来许多学者基于这三种基础测速方法提出了改进方法。

1995年美籍学者Shin-ichiro Sakai提出了一种基于虚拟采样点插值的速度观测系统。该速度观测系统通过电流扰动观测器的方式得到虚拟采样点，对测速采样周期进行虚拟采样点插值，既可以得到相对实时的速度，也可以提高测速精度。但是该测速系统选用电流作为状态向量，电流的噪声不易控制和测量，噪声严重时会带来测速结果的跳动，影响速度测量的精度^[1]。

1996年美籍学者Kiyoshi Ohishi提出了一种基于二阶互质因式分解法的瞬时转速观测系统。该观测系统主要针对于低速伺服控制系统，并在分辨率为20000ppr的光电编码器的进行了实验验证，在1-2r/min的超低速范围内精确观测。但是观测系统的数学模型需要根据伺服电机的相应参数数据才能建立，所以该观测系统只能应用在电机反电动势相关参数己知的情况下，适用范围有限^[2]。