绪论
人类社会发展的历史进程中，能源永远是人类赖以生存的物质基础，也是科学技术进步的动力。由于电能的生产、变换、传送、分配以及使用和控制都非常灵活方便，因此电能是现代人类社会使用最为广泛的能源形式。在现代工业企业中，利用电动机能够把电能转换为机械能，去拖动各种类型的生产机械，也可以利用发电机将机械能转换成电能。电能的产生和利用涉及机械能与电能之间的相互转换，而电动机和发电机作为机电能量转换的设备所处位置关键，使得电机技术的发展直接关系到能源的有效变换和利用，也是当今节能降耗、新能源开发的主要技术手段，因而十分关键和重要。
一般而言，电机技术包括电机制造技术和电机控制技术两方面。电机制造技术主要是针对电机本体的优化设计、加工制造、工艺处理等技术，主要涉及传统电工及机械、材料学科的内容。电机控制技术则针对电机的运行及其特性进行人为控制，主要可以分为电动机的速度控制和发电机的励磁调节。而随着电力电子技术、微电子技术、传感技术、微机控制技术等在电机控制中的应用，电机控制变为以电子控制为主要形式，已逐渐成为了一门以电机为本体，集信息技术、微电子技术于一体的机电一体化控制技术。本书主要讨论电机的电子控制技术，从直流电机的控制出发，引出并讨论交流电机的控制技术。
在现代工业生产中一般有以下两种情况需要实现电动机的速度控制与调节：
1）满足运行及生产工艺要求：以精密车床、电动汽车以及轧钢机为例来说明为满足生产工艺要求应如何实施对电机的速度控制。
①对于精密车床来说，毛坯粗加工时，要求工件旋转慢、切削量大，此时需要控制主轴电机运行在低速、大转矩状态；而在成品精加工时则要求工件旋转快、切削量小，此时需要控制主轴电机运行在高速、小转矩状态。可以看出同一材料不同的加工工况需求，体现了对电机实施转速、转矩控制的必要性。
②对于电动汽车而言，在车辆上坡运行时要求运行在低速、大转矩（恒转矩）状态，下坡时实行动能回馈形式的再生制动（非机械抱闸形式的摩擦能耗动力）；而在平路行驶时要求高速、小转矩的恒功率运行，防止过载以保护机电装置的运行安全。可以看出不同驾驶情况要求不同的电动汽车驱动工况，也需要对电动汽车内部的电机实施电动/发电、恒转矩/恒功率等多状态的运行控制要求。
③对于轧钢机这类高精度伺服驱动系统，为确保钢材金属结晶结构均匀，要求稳态运行时速度精度高；为减少结晶不均匀的钢材损耗、提高生产效率，要求电机转矩动态响应速度快，使“咬钢”时的动态速降小、暂态过程恢复时间短，从而减少钢材不合格部分的裁切量。此外，为适应钢材的往返轧制需要，要求驱动电机能够实现正/反转、电动/制动的四象限可逆运行。可以看出这一类高性能机电运动控制系统对电机提出了转矩的动态控制和四象限可逆运行的要求。
2）实现调速节能：采用速度调节方法实现节能降耗也是当前电机控制技术中的重要功能和应用方式。以风机、水泵以及带式输送机为例来说明速度控制实现节能降耗。
①对于风机、水泵的电动机来说，过去的控制中电动机常作恒速运行，使输入风机、水泵的功率恒为额定值，而输出流量大小是通过设置挡风板或调节阀门开度来调节，这会使在挡板、阀门上产生大量能耗，从而造成了不必要的能量损耗。如果通过调节电机的转速来调节流量，这可使转速下降时电机的输入功率随转速的三次方关系减小，从而获得相当好的节能效果。
②对于带式输送机这一类传送装置而言，一般的带式输送机都是恒速运行，并按照最大载重设定带速，但在实际生产和运行过程中，输送机不可能在绝大部分时候都是满载状态，当载重减小而输送机仍以额定速度运行时，即出现“大马拉小车”的现象，浪费电能的同时还增加了设备的磨损，工作效率非常低下。若在带式输送机的驱动电机上安装变频器，并采用变频调速控制对其进行调节，根据载重灵活调节带速，使其总是保持高效工作状态，这对提高带式输送机的安全性能和节能降耗具有重要意义。
工业生产中，各种电机控制系统都是通过控制电动机的转速来实现的，因此调速系统是电机控制系统中最基本的系统。按照电机类型的不同，电机的速度控制可分为直流调速和交流调速两大类。本书从直流电机的控制出发，引出并详细讨论了不同类型交流电机的控制技术，由浅至深、由简到繁地介绍了各种电机调速系统的控制技术，并介绍了目前最新的电机控制研究和发展动向。
1.直流电机的控制
直流调速即对直流电动机的速度进行控制。由于直流电动机中产生转矩的两个要素——电枢电流和励磁磁通相互解耦，并可通过相应电流分别控制，因此直流电动机调速时易获得良好的控制性能以及快速的动态响应，起动、制动方便，适于在宽范围内平滑调速，在变速传动领域过去一直占据主导地位。然而，由于直流电机需要设置机械式换向器电刷，使得直流调速存在固有的结构性缺陷：
1）机械换向器结构复杂导致成本增加，同时机械强度低，电刷容易磨损，需要经常维护，影响运行可靠性。
2）运行中电刷易产生火花，不能用于化工、矿山、炼油厂等有粉尘、易燃物质的恶劣环境，限制了使用场合。
3）由于存在换向问题，难以制造大容量、高转速及高电压直流电机。直流电机极限容量与转速的乘积被限制在106kW·r/min，使得目前3000r/min左右的高速直流电动机最大容量只能达到400～500kW；低速直流电动机也只能做到几千千瓦，远远不能适应现代工业生产向高速大容量发展的需要。
电力电子技术的发展和应用使直流电机调速系统摆脱了以往笨重的电动-发电机组供电形式，进步到了可控整流器的简洁供电方式，加上线性集成电路、运算放大器的应用和调节器的优化，现代直流调速技术的静态、动态性能均获得了很大的提高。
本书介绍了直流电动机调速系统的控制方法。首先说明了直流电动机的结构以及工作原理，构建了直流电动机的精确数学模型，推导了直流电动机的机械特性表达式。在此基础上，介绍了可逆晶闸管-直流电动机调速系统、脉宽调制直流电动机调速系统、直流电动机调速系统转速控制等直流电动机的调速策略。最后给出了直流电动机闭环调速系统的参数设计方法，介绍了直流调速系统的动静态性能指标，基于控制理论中的典型系统分析了系统参数与性能指标之间的关系，并以典型系统为目标对双闭环直流电动机调速系统进行了参数设计。
2.交流电机的控制
（1）交流调速技术的发展概况
交流调速即对交流电动机的速度控制。交流电动机，尤其是笼型异步电动机，由于结构简单、制造方便、造价低廉、坚固耐用、无需维护、运行可靠，更可用于恶劣的环境之中，特别是能做成高速大容量，其极限容量与转速乘积高达(4～6)×108kW·r/min，因此在工农业生产中得到了极为广泛的应用。但是交流电动机调速、控制比较困难，这是由于同步电动机的气隙磁场由电枢电流和励磁电流共同产生，其磁通值不仅决定于这两个电流的大小，还与工作状态有关；异步电动机则因电枢与励磁同在一个绕组中实现，两者间存在强烈的耦和，不能简单地通过控制电枢电压或电流来准确控制气隙磁通进而控制电磁转矩，因此不能有效地实现电机的运动控制。
交流电机调速原理早在20世纪30年代就进行了深入的研究，但一直受实现技术或手段的限制而进展缓慢。早期传统的交流调速多采用电磁装置和水银整流器或闸流管等原始变流器件来实现，最早是绕线式异步电动机转子串电阻调速，在吊车、卷扬机等设备中得到较为广泛的应用，但这种方法调速时会在电阻上浪费大量的电能，运行效率低下。20世纪50年代发展了异步电机定子串饱和电抗器实现调压调速的简单方法，但有转子损耗引起严重发热问题。笼型转子异步电机变极调速是一种高效的调速方法，但速度变化有级，应用范围受到限制。为了提高绕线式异步电机转子串电阻调速的运行效率，20世纪30年代就提出了串级调速的思想。这种方法把原本消耗在外接电阻上的转子转差功率引出，经整流变为直流电能供给同轴联接的直流电动机，使这部分能量变为机械功加以利用。交流电机变频调速是一种理想调速方法，早在20世纪20年代对此就有明确认识：既能在宽广的速度范围内实现无级调速，也不会在调速过程中使运行效率下降，更可获得良好的起动运行特征。但由于当时采用的水银整流器性能不理想而未能推广使用；采用旋转变流机作变频供电也因技术性能不如直流调速而未能推广使用。
20世纪70年代中期全世界范围内出现了能源危机，节约能源成了人们普遍的共识。作为节约电能的重要手段，交流电机调速引起了人们的重视，尤其是拖动风机、水泵、压缩机的交流电机实施以调速来调节流量的运行方式，经改造后产生了巨大的节能效果，更为有力地推动了交流调速技术本身的快速发展。尤其是20世纪80年代以来，由于科学技术的迅速发展为交流调速的发展创造了极为有利的技术条件和物质基础。从此，以变频调速为主要内容的现代交流调速系统沿着下述几个方面迅速发展。
（2）电力电子器件的蓬勃发展和迅速换代推动了交流调速的迅速发展
20世纪50年代中期世界上第一只晶闸管研制成功，开创了电力电子技术发展的新时代。从此“电子”进入强电领域，电力电子器件成为弱电控制强电的桥梁与纽带，使得电能的变换、利用更加方便和高效，大大地促进了电机调速与控制技术的飞速发展。
20世纪60年代初，中、小型异步电机多采用晶闸管调压调速或采用晶闸管可控整流的电磁转差离合器，取代了传统的饱和电抗器调速；而在中、大容量绕线式异步电机中，多采用晶闸管串级调速装置代替早先机组式串级调速系统，并广泛应用于风机、水泵的调速节能改造。至于变频调速，由于作为第一代电力电子器件的晶闸管没有自关断能力，由它构成的逆变器需要有附加的换相措施，由此产生了几种晶闸管的变频调速装置。最简单的是利用电机反电动势换相的自控式同步电机变频调速系统（无换向器电机），这种调速电机在20世纪70年代就得到了迅速的推广。由于异步电机的输入电流相位总是滞后于端电压，不能利用其反电动势帮助逆变器中的晶闸管实现换相，必须采用电容强迫换相，使得其变频调速系统电路结构一般比较复杂。这一时期还较多地发展了供单台异步电机变频调速用的串联二极管式电流源型逆变器，供多台异步电机协同调速运行的串联电感式及带铺助换相晶闸管式的电压源型逆变器，还有利用电网电压自然换相、适合于低速大容量调速传动的交-交变频器（循环换流器）。这些晶闸管逆变器的输出电流或电压波形通常是矩形波、阶梯波或正弦波，除了基波外还含有较大的谐波成分，会对电机、电网产生严重的谐波负面效应。特别是5次、7次等低次谐波会在异步电机中引起转矩脉动、振动噪声、损耗发热、效率及功率因数下降等不良影响。这些都是由于所采用的晶闸管器件开关频率太低所致，必须从提高开关频率、优化输出波形着手来解决，此时电力电子器件成为了关键。
20世纪50年代出现的晶闸管只是一种可控制导通但不能控制关断的半控器件，开关频率又低，但它的通态压降小，可以做成高压大容量，因而在大功率（>1MW）、高电压（≥10kV）的交流调速装置中仍有不可替代的地位。20世纪70年代后，各种具有自关断能力的高频自关断器件随着调速节能技术的发展应运而生，主要有电流控制型的大功率晶体管（GTR）、门极关断（GTO）晶闸管，电压控制型的功率MOS场效应晶体管（Power MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、MOS门控晶闸管（MCT）等。由于电压控制（场控）型器件的驱动远比电流控制型简单、方便，因而更具发展前景。这些器件的开关频率和电压、电流容量均已达到相当高水平，在产品中已获得了广泛应用。
20世纪80年代以后，又出现了新一代电力电子器件——功率集成电路（PIC），它集成功率开关器件、驱动电路、保护电路、接口电路于一体，发展成了智能化的电力电子模块器件，目前广泛应用于交流调速中的智能功率模块（IPM）就是采用IGBT作功率开关器件，集成电流传感器、驱动电路及过载、短路、过热、欠电压等保护电路于一体，简化了接线，减小了体积，实现信号处理、故障诊断、驱动保护等功能，方便了使用，提高了可靠性，是电力电子器件今后发展的方向。
（3）脉宽调制技术
随着高频自关断器件的应用，进一步推动了交流调速中的变流技术和控制策略的发展。首先是脉宽调制（PWM）技术的成熟和应用。脉冲宽度按正弦规律变化的正弦脉宽调制（SPWM）显著地降低了逆变器输出电压中的低次谐波，使电机运行时的转矩脉动大为减小，动态响应加快。由于PWM逆变器把变频与调压结合在一起，输入直流电压无需调节，电源侧可以简单地采用二极管不控整流，从而显著提高了调速系统输入侧功率因数。所用自关断器件开关频率的提高又使逆变器输出谐波次数升高、谐波幅值减小，有效地抑制了输出电力谐波对电机的影响，因而SPWM技术在中、小型异步电机变频调速中获得了极为广泛的使用。
从电机原理可知，要使交流电机具备优良的运行性能，首先要向电机提供三相平衡的正弦交流电压，当它作用在三相对称的交流电机绕组中时，就能产生三相平衡的正弦交流电流。若交流电机磁路对称、线性，就能在定、转子气隙中建立单一转向的圆形旋转磁场，使电机获得平稳的转矩、均匀的转速和优良的运行特性，这在大电网供电下自然能得到满足，但在变频器开关方式供电下就有一个发展过程。SPWM追求的是给电机提供一个频率可变的三相正弦电压，并未关心电机绕组内的电流和电机气隙中的旋转磁场。另一种电流跟踪型PWM方式则是避开电压的正弦性，直接追求在电机三相绕组中产生频率可变的对称正弦电流，这比只考虑电压波形进了一步。电流跟踪型PWM逆变器为电流控制型电压源逆变器，兼有电压和电流控制逆变器的特点，其中滞环控制电流跟踪PWM更因电流动态响应快、实现方便而受到重视。为了追求采用逆变器开关切换能在电机内部生成圆形磁场的效果，近期又研究出磁链跟踪型PWM技术。它将逆变器与交流电机作为一个整体来考虑，通过对逆变器开关模式的控制，形成不同的三相电压组合（电压空间矢量），使其产生的实际磁通尽可能地逼近理想的圆形磁通轨迹——理想磁链圆，从而使变频器的性能达到一个更高水平。这种方法采用三相统一处理的电压空间矢量来决定逆变器的开关状态，形成空间矢量脉宽调制（SVPWM）波形，操作简单方便，易于实现全数字控制，已呈现取代传统SPWM的趋势。
（4）矢量控制理论的诞生和发展奠定了现代交流调速系统高性能化的基础
由于交流电机定、转子各相绕组之间的耦合紧密，形成了一个复杂的非线性系统，使其转矩与电流不成正比，瞬时转矩控制困难，导致交流电机调速系统的动态性能不如直流调速系统优良。为了有效地控制交流电机的转矩，改善交流调速系统的动态性能，1973年德国学者F.Blaschke提出了矢量变换控制方法，它以坐标变换理论为基础，参照直流电机中磁场（励磁电流）与产生电磁转矩的电枢电流在空间相互垂直、没有耦合、可分别控制的特点，把交流电机的三相定子电流（电流空间矢量）经坐标旋转变换，也分解成励磁电流分量和与之垂直的转矩电流分量，通过控制定子电流矢量在旋转坐标系中的位置和大小，实现对两个分量的分别控制，也就实现了对磁场和转矩的解耦控制，达到与直流电机一样有效地控制电机瞬时转矩的目的，使之具有较好的动态特性。
矢量控制方法的采用使交流电机调速系统的转矩动态性能得到了显著的改善，开创了用交流调速系统取代直流调速系统的新时代，这无疑是交流传动控制理论上的一个质的飞跃。但是经典的矢量控制方法要进行坐标变换，比较复杂；而异步电机矢量控制时坐标轴线需要以转子磁链来定向，其计算比较繁琐，精度常受转子参数变化的影响，造成矢量变换控制系统的控制精度随运行状态变化，达不到理想效果。对此各国学者又相继提出了不少新的控制策略，如转差矢量控制、标量解耦控制等。1985年德国学者Depenbrock又提出了转矩直接控制，它将电机与逆变器作为一个整体来考虑，采用电压空间矢量方法在定子坐标系内进行磁通、转矩的计算，通过磁链跟踪型PWM逆变器的开关切换直接控制磁链和转矩，无需进行定子电流解耦所需的复杂坐标变换，系统控制更为简单、直接，动、静态性能优越。这些新的控制方法又进一步提升了交流电机的控制性能，使得现代高性能交流调速系统的动态性能已完全能达到甚至超越直流电机调速系统的水平。
（5）微型计算机控制技术的迅速发展和广泛应用
高性能的控制策略涉及复杂的变换关系和实时数学运算，这又促进了微机数字控制技术在交、直流调速传动中的应用和发展。众所周知，常用的电子控制方式有采用模拟电子电路的模拟控制和采用数字电子电路的数字控制。大约在20世纪70年代之前，交、直流调速系统多采用模拟控制方式，由众多的线性运算放大器、二极管、晶体管等模拟器件构成控制器。这种控制装置体积大、可靠性差，特别是存在温度漂移对器件参数的影响而稳定性差，又难于实现信息存储、逻辑判断，复杂的数学运算控制（如矢量变换控制）几乎无法实现。随着数字电路、微机技术的发展，采用计算机软件实现各种规律控制已成可能。大规模集成电路技术的成熟导致微处理器、微控制器出现，使得电机的电子控制步入了一个崭新的数字化阶段。当前，以单片机为主体的微型计算机已成为调速系统数字控制的核心，展现出十分优越的控制性能：
1）数字控制器硬件标准、简洁、成本低、可靠性高。
2）数字控制实现灵活、功能齐全，可以按需编写、更换软件，具有最大的柔性。
3）可实现复杂的逻辑判断、数字运算，使得新型、复杂的控制策略能得以实现。
与模拟控制相比，数字控制实时性较差，模拟量数字化时引入的量化误差影响控制精度和平稳性，但随着微机运算速度和字长的提高，这些障碍将得到克服。
（6）交流调速系统的基本类型
根据被控对象——交流电动机的种类，现代交流调速系统可分为异步电动机调速系统和同步电动机调速系统。
1）异步电动机调速系统的基本类型：按照异步电机的原理，从定子通过气隙传入转子的电磁功率可以分为两部分：①轴上的机械功率，这是拖动负载做功的有效功率；②转子绕组内的转差功率，它与转差的大小成正比。可以按照调速过程中转差功率是否增大、真实消耗还是得以回收来划分调速类型。
·转差功率消耗型。调速过程中全部转差功率均转换成热能形式，不可逆地被消耗掉，而且消耗越多调速范围越宽，当然运行效率将越低。常见的调压调速、绕线式异步电动机转子串电阻调速、电磁转差离合器（电磁调速电机）就属于这种调速类型。值得指出的是尽管转差功率消耗型调速时耗能，但在离心式风机、水泵中采用调速调流量方式仍有相当大的节能效果。这是因为离心式风机、水泵的输入功率是转速的三次方关系，随减小流量而降低转速时电机的输入功率大大减小，抵消掉因调速引起的能耗后仍有20%的节能潜力，十分可观。
·转差功率回馈型。调速时转差功率的一部分被消耗掉，大部分通过变流装置返回电网或转化为机械功被利用，以此维持较高的运行效率。绕线式异步电机串级调速就属于此类调速方式。
·转差功率不变型。这种方法主要是通过改变同步转速实现调速，转差功率消耗水平保持不变，因而是一种真正意义上的高效调速方式，变频调速、变极调速就是具体的方法。变频调速更是交流电机的主要调速方式，以此为基础可以构成许多高性能的交流调速系统。
2）同步电动机调速系统：同步电机是一种常用的交流电机，因其转子的稳定转速与同步转速严格一致而得名。同步电机应用广泛且功率覆盖面广阔，可作为发电机、电动机和调相机运行。同步电机的功率因数可调，可在不同的场合应用不同类型的同步电机，以提高电机运行效率。同步电机本身结构稍复杂，直接接入电网运行时存在失步与起动困难两大问题，且仅能采用变频调速方法进行控制。但随着变频调速技术的不断发展成熟，同步电机变频调速具有自己独特之处，在交流传动领域内和异步电机同样具有重要的作用。
按照转子励磁方式的不同，同步电机可分为电励磁同步电机和永磁同步电机。电励磁同步电机的转子是通有直流电流的励磁绕组，可以通过调节转子的直流励磁电流，改变电机的输入功率因数，因此电机运行效率高。电励磁同步电机气隙大且容易制造，但电机的控制相对复杂。永磁同步电机是由电励磁同步电机发展而来的，其转子使用永磁体提供励磁，无需直流励磁，从而省去了励磁绕组、集电环和电刷，使电机结构变得简单可靠。
19世纪20年代世界上出现了第一台永磁同步电机，但由于其永磁材料采用了天然磁铁矿石，因此磁能密度低、电机体积庞大，很快便被电励磁同步电机代替。随着各种高性能永磁材料的相继问世，永磁同步电机也逐渐发展起来，广泛应用于工业领域、民用领域等。永磁同步电机常用的控制策略是矢量控制和直接转矩控制，而矢量控制的电流控制策略具有多种形式，常见的电流控制方式有：id=0控制、最大转矩/电流比控制、弱磁控制。
id=0控制通过令直轴电流id=0来实现永磁同步电机内部电磁特性的快速解耦。其中，表贴式同步电机的id=0控制相当于最大转矩/电流比控制。id=0控制实现了电机dq轴电流的静态解耦，系统结构较为简单，鲁棒性能好，转矩可实时动态控制。
最大转矩/电流比（Maximum Torque-Per-Ampere, MTPA）控制，是通过调节定子电流的交直轴分量，使相同幅值的定子电流产生最大的电磁转矩。最大转矩电流比是凸极电机在矢量控制上的一种优化，可提高逆变器电压的利用率，减少损耗，提高电机的效率。
弱磁控制是通过减弱励磁磁场来提高电机转速，其思想来源于他励直流电动机的调磁控制。弱磁控制后，永磁同步电机的运行特性更加适合电动汽车的驱动要求，可降低逆变器容量，提高驱动系统的效率。
此外，有一类特殊的永磁电动机——永磁无刷直流电机，它的电机本体须通过某一特殊装置或功能部件才能与调速装置紧密结合，缺少其中任一部分均不能单独运行，是一种典型的机电一体化调速电机，往往以配置转子（磁极）位置检测机构为其特征。永磁无刷直流电机因其结构简单、性能优良、运行可靠和维护方便的优点，在自动化伺服与驱动、家用电器、计算机外设、汽车电器及电动车辆驱动中获得了越来越广泛的应用。
3.电机控制技术的发展动向
电机的电子控制是一门集电机运行理论、电力电子技术、自动控制理论和微机控制技术于一体的机电一体化技术，随着这些相关技术的飞速进步，电机控制技术正在日新月异地不断发展。目前的发展动向主要表现在：
（1）采用新型电力电子器件的变换器和脉宽调制技术
随着一代代自关断器件的陆续产生，调速系统变流装置正朝高电压、大容量、高频化、小型化方向发展，适合中电压（≥10kV）、大容量（≥10MW）的变频器已获得应用。随着功率器件开关频率的提高，PWM技术进一步优化，可以获得十分理想的正弦电压输出。变频器电网侧交-直变换虽采用不控整流可使基波功率因数（位移因数）接近于1，但因输入电流谐波大而使得总功率因数低下。消除对电网的谐波污染、提高系统输入功率因数、优化变频器输入特性已成为当前变频技术关注热点。因此，PWM整流技术、新型单位功率因数变流器（如矩阵式交-交变换器）的研究和开发已引起广泛关注。
与此同时，如何提高变频器的开关频率也受到重视，特别是大功率逆变器中功率开关频率主要受到开关损耗的限制，如何降低开关损耗是变频器高频化的关键。近年来已研究出了应用谐振原理使功率器件在零电压或零电流下进行开关的软开关技术，其开关损耗接近为零，大大提高了变流器的运行效率。
（2）开发无机械传感器技术
交流电机是一个多变量、强耦合、时变的非线性系统，瞬时转矩控制困难，造成长时间以来其动态性能不如直流电机优良。各类电机闭环控制中常需检测转子速度或磁极位置，因而带来了传感器安装、维护、环境适应性及运行可靠性等诸多问题。为了降低造价并提高可靠性，国外从20世纪70年代开始进行了无速度传感器控制技术的研究。最初是利用检测定子电压、电流等易测量和电机模型进行速度估算，后来采用了模型参考自适应系统（MRAS）进行速度辨识，近年已将卡尔曼滤波器理论用于电机的参数辨识。为解决静止和极低速情况下电机转子位置（速度）的自检测，高频电压（电流）注入法也已引入了交流电机的无位置（速度）传感器运行研究中。目前无速度传感器技术已应用于商品化变频器之中。
（3）应用现代控制理论
自从高性能微处理器用于实时控制之后，使得现代控制理论中各种控制方法得到应用，基于现代控制理论的滑模变结构控制，采用微分几何理论的非线性解耦控制、模型参考自适应控制、模型预测控制等均已引入电机控制。但这些方法仍建立在对象精确的数学模型之上，需要大量传感器、观测器，结构复杂，仍无法摆脱系统非线性和参数变化的影响。智能控制无需对象的精确数学模型并具有较强的鲁棒性，近年已被陆续引入电机控制之中，如模糊控制、人工神经元网络控制、专家系统等，使电机控制正朝智能化控制方向发展。