2022年1月6日，有幸参加了Infineon在深圳举办的物联网生态圈大会。会议主题覆盖万物互联、未来出行、低碳节能三大领域、以“低碳互联、聚势共赢”为主题的跨行业生态圈大会，诠释了英飞凌由产品和技术供应商向系统解决方案提供商的过渡趋势。
现场人山人海，完全是凑了个人头。
现场图片
现场展出了阿里巴巴达摩院和英飞凌合作开发的园区智能配送机器人：
阿里巴巴园区智能配送机器人
会议主题比较丰富，作为马达控制从业人员，我就专注于电机相关的内容了。
下午的智慧家电专场，邀请到了IEEE Fellow，电控行业的大宗师，哈工大的徐殿国教授讲解“家电领域先进电机控制技术发展现状和展望”。
现场很多朋友拍照，几乎全程记录了报告的PPT。因为本人一贯尊重原创和版权，未经原作者允许就不放出图片了。简单总结一下徐教授的精彩报告（以下解读部分为本人原创）：
“十四五”发展规划指出深入实施增强制造业核心竞争力和技术改造专项，鼓励企业应用先进适用技术、加强设备更新和新产品规模化应用。
工信部、市场监管总局2021年10月29日印发《电机能效提升计划（2021-2023年）》
坚持节能优先，以电机系统生产制造、技术创新、推广应用和产业服务为重点方向。积极实施节能改造升级和能量系统优化，不断提升电机系统能效，支撑重点行业和领域节能提效，助力实现碳达峰和碳中和。
重点任务：
扩大高效节能电机绿色供给，提升绿色设计和制造能力。
加快推进电机系统技术创新的产业链。
加快高效节能电机推广应用力度。
推进电机系统的智能化、数字化。
解读：电机领域要和新能源赛道紧密契合，就必须坚持走高能效，低能耗的路线。提高效率对于政策导向来说是第一位的，哪怕成本稍微高一点，未来依然要坚持研究高能效相关技术。
具体包括：气悬浮轴承高速运行高温工况下减小摩擦损耗。智能控温散热技术，确认电机工作在最佳温度。使用磁阻电机代替永磁电机，降低对稀土资源的消耗和依赖性！
解读：开关磁阻电机和同步磁阻电机的技术发展了很多年，一直没有能够大规模量产，哪怕能够规模化降低电机成本。未来在技术进一步升级，能够解决噪音和转矩脉动的基础上，开关磁阻电机会有用武之地。
快恢复二极管、宽禁带器件的应用。尤其是SiC和GaN新一代半导体技术，有助于电机控制系统的高频化。
解读：电源领域的宽禁带器件应用已经取得了长足的进步，但是电机领域一直不温不火？求其根本原因，在于电源的高频化，有助于提高效率，尤其是开关频率提高频率，可以大幅提高功率密度，降低产品体积。而马达控制器的尴尬之处在于，逆变器的频率只能决定电流和电压的谐波，B6的拓扑决定了提高频率无法提升功率或者降低功率密度。
所以说目前宽禁带器件在马达领域的推广很尴尬，主要的优势在于通过提高开关频率降低电流谐波，对于谐波很敏感而对成本不敏感的场合，或者同步角速度很高，必须提高开关频率来实现离散控制的场合会有用武之地。比如关节机器人的控制器，因为集成化的谐波减速机和电机温升很高，可以考虑使用宽禁带器件降低电流谐波，对于控制器的效率提升很小，但是能过能够改善谐波减速机和电机的温升，也是很有价值的。
当然GaN或者SiC成本略高，可能还需要外加散热器以及不同的gate driver。还有电机控制系统的提频，MCU的算力要高一些，起码是M3或者M4的配置，或者采用多个开关周期执行一次FOC运算，更新一次比较值模式，降低MCU计算负荷。
根据负载情况调节载波频率，降低逆变器损耗；自适应调整母线电压降低PFC与逆变器开关损耗。
解读：头部企业，目前降低能耗的举措之一便是空载或者低频时主动降低开关频率，不明显降低控制性能的前提下降低逆变器的损耗。重载或者高速时在线升高开关频率和FOC的执行频率，当然这种在线改配置生效并且不影响离散控制方式，本人一直没能在ARM上实现。
对于自适应调整母线电压，自己没有深入做过，可能是高电网电压时提高PFC目标电压，低电网电压时降低PFC目标电压，减小整体的开关器件损耗。
采用高频注入和反电势模型混合的全速域控制方法，实现对压缩机的无位置传感器控制技术。
解读：无论是家电，工具的压缩机，还是汽车上用的油泵，水泵等，现在都是逐渐过渡到无感控制。高频注入混合反电势模型的方法很多人都研究过，目前在以上行业是否有量产未知。也有的低速采用的I-f强拉起步，切换到磁链模型或者反电势模型。
低速(零速)域和中高速域分别采用方波电压注入法和反电动势模型法获得位置误差信号。过渡区域通过速度信息对位置误差信号进行加权融合，采用单Luenberger 位置观测器实现转子位 置实时观测。该复合控制方法能够实现 IPMSM无位置传感器全速域运行，有效降低运算复杂度和观测器设计难度。
HFI和Luenberger控制方法
薄膜电容替代电解电容的应用。现阶段厂家基本承诺家电的十年质保，电解电容的低寿命导致其在家电领域逐渐被高寿命，高可靠性的薄膜电容所替代。薄膜电容的缺点是单位体积的容量做不大，且成本高一些。所以家电行业一般用小容值的薄膜电容取代大容值的薄膜电容，并且去掉了PFC电路，不降低控制性能。
解读：这方面，哈工大和美的合作开发，英威腾似乎也有参与。产品应该是已经量产了。
变频空调驱动器采用的交-直-交结构如下图所示，其PFC单元与逆变电路相互独立，PFC可减少电网电流谐波，并控制直流母线电压。图1b为无电解电容电机驱动系统的电路拓扑。与常规驱动器相比，进线滤波电感放置位置由直流侧改为交流侧，以小容值的薄膜电容取代大容值电解电容，并省去了PFC 电路，使得电路拓扑结构更为简单。由于薄膜电容耐久性更优，从而解决了因电解电容失效引起的驱动器寿命瓶颈问题。
通过在线辨识压缩机定子电阻，监控家电用压缩机热负荷等健康状况，延长家电使用寿命。
解读：如果这项技术能够落地，那么家电就能实现像电池一样寿命管理。
采用电气及机械参数自学习技术，通过对控制策略自整定，应用于家电产品。提高控制系统鲁棒性，对于提升家电的舒适性、可靠性具有重要意义。
解读：对于家电类，流体类负载的马达控制，负载稍显平缓，对鲁棒性要求不高。对于负载恶劣并且剧烈变化的场合，比如滑板车，电动工具等，如何保证FOC不失步是真正的考验控制系统的鲁棒性。
基于云数据库实现数据管理，完善设备数据监测；利用数字化手段维护和管理家用电器，优化家用电器的运行状态，提高控制效率，营造舒适居住环境。
解读：这就是智能家居的范畴了，以后家里的家电，扫地机，摄像头这些都会由一个终端控制，组成智能家居系统，并且由手机实时查看或控制。
新一代变频器压缩机体积比行业现有电机减小30%，同时噪音有点降低。
解读：电机的发展方向，一定是高效率，高功率密度。控制技术必须配合发展，不然量产会有困难。
驱控一体化，比如关节机器人：
Dyson数码马达125000rpm。在这里，我的印象很深刻，因为现场徐教授专门强调：”我的团队研究Dyson这个马达研究的很深入，实话告诉你们，目前国内技术跟Dyson相比还差得远。用网络的话讲，还差了好几条街。国内目前别说赶超，能接近的都没有“。
解读：听听大宗师说的，以后别说什么电机技术太成熟了。是你的细分领域太成熟，没什么进步，不是电机技术成熟了。
半导体技术从第一代的si技术发展到现在的GaN，宽禁带器件为目前的高功率密度驱动系统提供了解决方案，GaN的快充，PFC电感，GaN图腾柱PFC变换器等。
解读：电源方向宽禁带器件推广的不错，但是在马达领域份额还很小。未来低压的GaN大规模量产以后，也许能在高功率密度场合应用。
和前文所述的薄膜电容替代电解电容不同，此处是通过减小电解电容的容值，减小控制器体积，降低成本，提高功率密度的同时不影响控制效果。
母线电容容值降低为原值的1/3~1/2，必须克服母线电压波动，电容纹波电流升高，电容温度升高这些问题。
解读：低成本领域减小电解电容，高成本领域用薄膜电容替代。
减小PFC电感，降低成本，克服环路稳定性问题，EMI辐射及提高PFC频率后的温升问题。
解读：磁性元器件的合理设计可以降低成本，需要配合算法的升级。
接下来徐教授介绍了整个团队的研究成果。毕竟涉及到版权，简要概述。
提出了位置误差抑制这项关键技术，包括复杂工况下位置观测误差抑制及补偿、自适应滤波网络构建、逆变器死区补偿技术。
提出了高速电机控制这项关键技术，包括深度弱磁、多核高速控制器、数字控制延迟建模及补偿。
将所获得的位置误差信号作为输入，并加入转矩前馈输入，根据IPMSM机械运动模型，可构建图如下图所示的转子位置观测器。实际应用中，要求观测器应具有较强的抗负载转矩扰动能力，主要需考虑阶跃式和斜坡式两种负载转矩扰动情况。位置误差信号通过线性反馈构成状态观测器，从而实现对转子位置的观测。电磁转矩的 2 阶微分项可以看作是观测器的等效输入，从而可以兼顾不同变化率的负载扰动情况，使观测器有足够的抗扰能力。
位置观测误差补偿
徐教授团队里的王高林老师，对无感做的比较深入，大家可以学习文献。
等效反电动势中6k±1次谐波会导致转子位置、转速观测值中存在6k次谐波脉动，其中6次谐波脉动最为明显。为为消除转子位置6k次谐波脉动误差，采用基于自适应陷波滤波器的转子位置观测方法，该方案能能够根据谐波检测结果对等效反电动势谐波幅值进行估计、补偿，进而消除脉动误差影响，提高观测精度。如下图：
自适应滤波器
为了提高转子位置估计精度，实现高性能无传感器控制，有必要对系统进行死区效应补偿。基于饱和函数的误差电压补偿方法，改善了IPMSM位置观测器的性能:
死区补偿技术
中高速段采用基于扩展反电动势模型的滑模观测器 来获取转子位置信息，低速段采用旋转高频电压信号注入法来观测转子位置，过渡阶段通过2种方法的观测结果以加权方式来逐步切换。如下图：
通过谐振抑制技术，包括谐振机理分析、有源阻尼控制技术、稳定运行控制技术等，解决克服了诸多问题。具备宝包括：网侧输入电流的谐波、网侧LC谐振导致的驱动系统不稳定、特定运行频率处系统低频振荡。
无需功率控制环路的无电解电容压缩机控制方法。该方法通过合理调节dq轴电流指令，使输入电流波形满足谐波 要求。由于不需要增加额外的功率控制环路，因此 可保证调速系统的稳定性，且便于工程实现。
通过深度弱磁技术，具体包括弱磁控制电压边界调节、电机转矩脉冲抑制策略等，解决母线电压波动工况下弱磁提升。
通过防过压控制技术有，包括双重防过压控制策略、参数自适应控制技术，解决了负载、转矩突变时母线电压泵升的问题、特定频率下运行的低频振荡问题。
通过分析无电解电容驱动系统的模型， 构建了对特定频率谐波进行阻尼控制的网侧电流谐波控制策略。阐明了系统导纳与电压补偿角的关系，进而通过电机电压对功率进行调控，提升了网侧电能质量。
具体基于GaN的图腾柱高频PFC空调驱动器。
GaN图腾柱PFC比传统Boost PFC，效率提升1%。
离线辨识包括定子电阻辨识、逆变器非线性特性参数辨识、定子电感特性参数辨识。
在线辨识包括基于小信号注入的参数辨识策略、实现极端工况下参数辨识，目的是为了提升方法适用范围。极端工况包括零速，低速，轻载等。
采用定子温度在线估计，实现电机热保护，降低系统成本。同时可以提高低速下的无位置传感器控制精度。
基于潜油电机的网络热力学建立模型，重点分析潜油电机定子内阻，定、转子间耦合电阻参数摄动对电机热力学响应的影响。所做工作可为进一步提高潜油电机的温度辨识精度提供理论基础。
潜油电机温度辨识技术
通过转子结构创新，提出”高强度铁磁材料+复合中控转轴“结构，研发125000rpm、150000rpm高速电机。
包括外转子式驱控一体化电机、永磁电机减速器驱控一体化，和关节机器人比较类似。
构建智能化、高可靠性家电驱动系统自调节体系；
进一步发展小型、集成化的高密度驱动系统；
优化电机本体设计和控制方法，提高家电控制系统品质；
打造低能耗控制系统，高能效，减少碳排放。
学习完大宗师的报告，我的感触就是电机控制还远远未到成熟的时候。徐教授提出了十余个研究热点，每个热点我相信对于个人起码需要2年的深入学习才能有所积累。这还仅仅只是家电行业，其他行业尚未罗列。具体的细节，各位可以参考徐教授团队发表的论文，光把论文吃透就需要很深入的功夫。
如果各位朋友想深入钻研技术，学习电机，千万不要抱着电机行业已经很成熟的想法。徐教授再三强调，就以Dyson为例，国内和Dyson的技术还差得远呢。
国家的政策导向是智能化，高效率，高功率密度。电机行业作为新能源产业的重要组成部分，在未来十年一定有机会让各位大展宏图。
希望大家潜下心来，认真钻研。事情钻研到极致就是艺术，相应地通过钻研能创造价值，你的收入也会水涨船高。做技术创新，最忌讳浮躁，与各位共勉！
参考资料
1. 永磁同步电机无位置传感器混合控制策略_王高林
2. 无电解电容电机驱动系统谐振抑制控制策略_霍军亚
3. 基于自适应陷波滤波器的内置式永磁电机转子位置观测方法_张国强
4. 基于高频信号注入的IPMSM无位置传感器控制策略_王高林
5. 高功率因数无电解电容电机驱动系统电流控制策略_张国柱
6. 考虑逆变器非线性的内置式永磁同步电机转子位置锁相环观测器_王高林
7. 基于热力学参数摄动分析的潜油电机温度辨识_王立国
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