專利名稱：無軸承同步磁阻電機轉(zhuǎn)子位移軟測量和懸浮系統(tǒng)構(gòu)造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種無軸承同步磁阻電機轉(zhuǎn)子位移軟測量方法及懸浮系統(tǒng)構(gòu)造方法，適用于無軸承同步磁阻電機的無位移傳感器高轉(zhuǎn)速懸浮運行控制，屬于交流電機控制設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無軸承同步磁阻電機是一種高技術(shù)含量、高附加值的新型特種電機，其定子槽中嵌有極對數(shù)差值為1的兩套繞組轉(zhuǎn)矩繞組和懸浮繞組，控制這兩套繞組中的電流便能使電機產(chǎn)生固有旋轉(zhuǎn)與穩(wěn)定懸浮。無軸承同步磁阻電機具有一系列突出的優(yōu)點低噪聲、低功耗、高轉(zhuǎn)速、免潤滑、高潔凈等，具有廣泛的應(yīng)用前景，在數(shù)控精密機床驅(qū)動、飛輪儲能發(fā)電系統(tǒng)、家用電器、工業(yè)機器人控制等電力傳動領(lǐng)域極具應(yīng)用價值。與永磁型、感應(yīng)型、開關(guān)磁阻型等其他類型的無軸承電機相比，無軸承同步磁阻電機具有控制簡單、堅固可靠、轉(zhuǎn)矩脈動低等優(yōu)點。無軸承同步磁阻電機懸浮控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是轉(zhuǎn)子徑向位移的精確檢測，目前的方法大都是采用機械式電渦流位移傳感器來獲取轉(zhuǎn)子徑向位移。但采用位移傳感器帶來的缺陷主要有增大電機及其系統(tǒng)的復(fù)雜程度和體積，同時降低電機的可靠性；位移傳感器增大系統(tǒng)的成本，而且對安裝條件和使用環(huán)境要求嚴(yán)格，制約電機的推廣應(yīng)用。本申請人已申請一項關(guān)于無軸承同步磁阻電機無位移傳感器控制方法國家發(fā)明專利(申請?zhí)?201010017952. 6)，但該方法中向電機轉(zhuǎn)矩繞組注入的高次諧波電流會影響轉(zhuǎn)子懸浮精度， 增大電機的轉(zhuǎn)矩脈動，并且該方法算法復(fù)雜，增加電機控制系統(tǒng)的軟、硬件復(fù)雜程度，降低逆變器的電壓利用率。為了去除無軸承同步磁阻電機的機械位移傳感器，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子位移的軟測量，簡化控制算法，降低系統(tǒng)成本，進一步拓寬無軸承同步磁阻電機的應(yīng)用領(lǐng)域，需采用一些新的控制方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種無軸承同步磁阻電機轉(zhuǎn)子位移軟測量方法，基于該方法構(gòu)建的懸浮系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定懸浮，可以省略機械位移傳感器，懸浮系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、控制性能優(yōu)良等諸多優(yōu)點。本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下一、一種無軸承同步磁阻電機轉(zhuǎn)子位移軟測量方法，包括以下步驟1. 1)在兩相靜止α - β坐標(biāo)下，無軸承同步磁阻電機懸浮繞組的定子反電勢為(1)式中Ua2、Ue2為懸浮繞組等效兩相電壓，ia2、i02為懸浮繞組等效兩相電流，R2為懸浮繞組每相電阻。
1. 2)在兩相靜止坐標(biāo)下，無軸承同步磁阻電機懸浮繞組的磁鏈估算模型為
權(quán)利要求
1.一種無軸承同步磁阻電機轉(zhuǎn)子位移軟測量方法，其特征是包括步驟1)構(gòu)建懸浮繞組的反電動勢模型，將懸浮繞組三相檢測電流、電壓經(jīng)坐標(biāo)變換后，依據(jù)式(1)，產(chǎn)生懸浮繞組的定子反電動勢
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無軸承同步磁阻電機轉(zhuǎn)子位移軟測量方法，其特征是所述步驟1)中，在兩相靜止α-β坐標(biāo)下，無軸承同步磁阻電機懸浮繞組的定子反電勢為
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無軸承同步磁阻電機轉(zhuǎn)子位移軟測量方法，其特征是所述步驟2)中，包括步驟`2. 1)在兩相靜止坐標(biāo)下，無軸承同步磁阻電機懸浮繞組磁鏈的估算模型為
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無軸承同步磁阻電機轉(zhuǎn)子位移軟測量方法，其特征是所述步驟3)中，將兩相靜止坐標(biāo)下的懸浮繞組磁鏈Ψ α 2、Ψ e 2，轉(zhuǎn)換為兩相同步旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)下的磁鏈Ψχ、Ψ,為
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無軸承同步磁阻電機轉(zhuǎn)子位移軟測量方法，其特征是所述步驟4)中，基于懸浮繞組磁鏈、電流和轉(zhuǎn)矩繞組電流構(gòu)建位移觀測器的步驟包括4. 1)在兩相同步旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)下，無軸承同步磁阻電機轉(zhuǎn)矩繞組和懸浮繞組的磁鏈方程為
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無軸承同步磁阻電機轉(zhuǎn)子位移軟測量方法，其特征是所述步驟2. 3. 2)中，限幅環(huán)節(jié)的限幅值L的設(shè)定方法是，如果實際磁鏈恒定為Α，則應(yīng)設(shè)定L = A; 如果實際磁鏈不恒定，此時輸入磁鏈的幅值為U，頻率為ω，則應(yīng)設(shè)定限幅值L = U/ω。
7.一種采用權(quán)利要求1 6任一所述方法的無軸承同步磁阻電機懸浮系統(tǒng)構(gòu)造方法， 其特征在于，包括以下步驟1)構(gòu)造擴展的磁鏈觀測器擴展的磁鏈觀測器由兩個Clark變換、一個反電動勢模型、 一個改進型磁鏈觀測器和一個Park變換共同構(gòu)成；該擴展的磁鏈觀測器以被控電機懸浮繞組三相檢測電流、三相檢測電壓為其輸入，懸浮繞組同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下的兩個磁鏈分量為其輸出；2)構(gòu)建擴展的位移觀測器該擴展的位移觀測器由一個位移觀測器、兩個Clark變換、 兩個Park變換和一個Park逆變換共同構(gòu)成；將此擴展的位移觀測器置于擴展的磁鏈觀測器之后，將步驟1)的擴展的磁鏈觀測器的輸出作為位移觀測器的第一個輸入，電機轉(zhuǎn)矩繞組和懸浮繞組三相檢測電流作為位移觀測器的第二、三個輸入，擴展的位移觀測器輸出信號為靜止坐標(biāo)下的轉(zhuǎn)子徑向位移觀測值；3)構(gòu)造PD調(diào)節(jié)器以轉(zhuǎn)子徑向位移兩個分量給定值和步驟幻得到的轉(zhuǎn)子位移觀測值之間的偏差作為PD調(diào)節(jié)器的輸入信號，經(jīng)PD調(diào)節(jié)器后輸出徑向懸浮力的命令值C、F；； 兩個PD調(diào)節(jié)器的參數(shù)根據(jù)實際控制對象和控制要求進行整定；4)建立懸浮力-電流調(diào)制模型在兩相靜止α-β坐標(biāo)下，懸浮繞組電流ia2、i02與徑向懸浮力Fa、F0的關(guān)系為
全文摘要
一種無軸承同步磁阻電機轉(zhuǎn)子位移軟測量方法，首先建立電機懸浮繞組的反電動勢模型將懸浮繞組三相檢測電流、電壓經(jīng)坐標(biāo)變換后送入反電動勢模型，產(chǎn)生定子反電動勢eα2、eβ2；其次構(gòu)造懸浮繞組擴展的磁鏈觀測器上述反電動勢作為其輸入信號，獲取磁鏈觀測值Ψx、Ψy；接著構(gòu)建擴展的位移觀測器將上述磁鏈估算值Ψx、Ψy作為其第一個輸入信號，將轉(zhuǎn)矩繞組和懸浮繞組的三相檢測電流經(jīng)坐標(biāo)變換后，作為其第二、三個輸入信號，最終獲取兩相靜止坐標(biāo)下的轉(zhuǎn)子位移觀測值α、β。采用上述方法構(gòu)造的無軸承同步磁阻電機懸浮系統(tǒng)，去除了位移傳感器，可實現(xiàn)轉(zhuǎn)子位移的軟測量技術(shù)和被控電機的高速穩(wěn)定懸浮運行，懸浮系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，算法易于實現(xiàn)，動態(tài)響應(yīng)快速等優(yōu)點。
文檔編號H02N15/00GK102158158SQ201010583419
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者孫剛, 張漢年 申請人:南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院