專利名稱：一種無軸承同步磁阻電機(jī)懸浮系統(tǒng)構(gòu)造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及交流電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于轉(zhuǎn)子位移觀測和電流內(nèi)模解耦控制方法的無軸承同步磁阻電機(jī)懸浮系統(tǒng)構(gòu)造方法，適用于高速條件下無位移傳感器的無軸承同步磁阻電機(jī)電流解耦控制。
背景技術(shù)：
無軸承同步磁阻電機(jī)是在普通同步磁阻電機(jī)定子繞組(轉(zhuǎn)矩繞組)上再疊加一套附加繞組(懸浮繞組)，用以產(chǎn)生一個支承轉(zhuǎn)子恒定懸浮的徑向磁懸浮力，控制電機(jī)兩套繞組的電流便能使電機(jī)同時產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和懸浮力。特殊的結(jié)構(gòu)決定無軸承同步磁阻電機(jī)具有突出的高品質(zhì)低噪聲、低功耗、高轉(zhuǎn)速、免潤滑、高潔凈等。與其他類型的無軸承電機(jī)相比，無軸承同步磁阻電機(jī)具有堅(jiān)固可靠、控制簡單、轉(zhuǎn)矩脈動低等優(yōu)點(diǎn)。無軸承同步磁阻電機(jī)在高速精密機(jī)床主軸驅(qū)動、飛輪儲能發(fā)電系統(tǒng)、家用電器、工業(yè)機(jī)器人等先進(jìn)電控裝備中的電力傳動領(lǐng)域極具應(yīng)用價值。目前無軸承同步磁阻電機(jī)懸浮系統(tǒng)中對轉(zhuǎn)子徑向位移的精確檢測大都采用機(jī)械式電渦流位移傳感器，采用位移傳感器帶來的缺陷有位移傳感器增大電機(jī)系統(tǒng)的制造成本，同時導(dǎo)致電機(jī)的體積增大，降低電機(jī)的可靠性?，F(xiàn)有技術(shù)中已公開一項(xiàng)關(guān)于無軸承同步磁阻電機(jī)的無位移傳感器控制方法國家發(fā)明專利申請(申請?zhí)?01010017952. 6)，但該申請中所述方法的算法復(fù)雜，對控制系統(tǒng)的軟、硬件要求較高，額外注入的高頻信號會增大轉(zhuǎn)矩脈動。另一方面，高速條件下無軸承同步磁阻電機(jī)的懸浮繞組定子電流存有復(fù)雜耦合關(guān)系，導(dǎo)致傳統(tǒng)的懸浮系統(tǒng)瞬態(tài)調(diào)節(jié)性能不佳，要實(shí)現(xiàn)電機(jī)的高性能高速運(yùn)行，必需解除懸浮繞組定子電流之間的相互干擾，目前尚無有關(guān)專利和文獻(xiàn)涉及此項(xiàng)問題。為進(jìn)一步提高無軸承同步磁阻電機(jī)懸浮系統(tǒng)的控制性能，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無位移傳感器轉(zhuǎn)子位移觀測，同時解除懸浮繞組定子電流耦合關(guān)系，必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能夠提高懸浮運(yùn)行性能的無軸承同步磁阻電機(jī)懸浮系統(tǒng)構(gòu)造方法，基于本發(fā)明方法構(gòu)建的系統(tǒng)可無需采用機(jī)械位移傳感器，同時實(shí)現(xiàn)懸浮繞組定子電流解耦控制，且具有結(jié)構(gòu)簡單、性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為一種無軸承同步磁阻電機(jī)懸浮系統(tǒng)構(gòu)造方法，包括以下步驟1)構(gòu)建擴(kuò)展的位移觀測器，分別檢測電機(jī)懸浮繞組和轉(zhuǎn)矩繞組三相電流，經(jīng)坐標(biāo)變換后，得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下的兩相電流，作為擴(kuò)展的位移觀測器的輸入信號；擴(kuò)展的位移觀測器輸出信號為靜止坐標(biāo)下的轉(zhuǎn)子徑向位移觀測值和懸浮力的參考值；2)建立擴(kuò)展的懸浮力/電流調(diào)制器模型，擴(kuò)展的位移觀測器輸出的懸浮力參考值作為擴(kuò)展的懸浮力/電流調(diào)制器的輸入信號；
3)構(gòu)造內(nèi)?？刂破鳎瑢⒉襟E2)中擴(kuò)展的懸浮力/電流調(diào)制器輸出的兩個電流分量與步驟1)中的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下的兩相電流之間的偏差，分別送入內(nèi)?？刂破鞯膬蓚€輸入端；內(nèi)?？刂破鬏敵鰬腋±@組的兩相參考電壓；4)構(gòu)造SVPWM逆變器，將步驟3)中內(nèi)?？刂破鬏敵龅亩ㄗ与妷航o定值信號作為 SVPWM電壓源逆變器的輸入?yún)⒖夹盘枺琒VPWM逆變器輸出實(shí)際需要的三相電壓向懸浮繞組供電，產(chǎn)生電機(jī)轉(zhuǎn)子所需的徑向懸浮力，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定懸浮運(yùn)行。作為一種改進(jìn)，本發(fā)明步驟1)中擴(kuò)展的位移觀測器包括PI自適應(yīng)率、PID調(diào)節(jié)器、 懸浮力觀測器和Park逆變換；擴(kuò)展的位移觀測器相對應(yīng)的轉(zhuǎn)子位移觀測方法包括以下步驟11)構(gòu)建懸浮力觀測器在同步旋轉(zhuǎn)d、q坐標(biāo)系下無軸承同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子兩垂直方向上的徑向懸浮力分量Fx、Fy為
權(quán)利要求
1.一種無軸承同步磁阻電機(jī)懸浮系統(tǒng)構(gòu)造方法，其特征是，包括以下步驟1)構(gòu)建擴(kuò)展的位移觀測器，分別檢測電機(jī)懸浮繞組和轉(zhuǎn)矩繞組三相電流，經(jīng)坐標(biāo)變換后，得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下的兩相電流，作為擴(kuò)展的位移觀測器的輸入信號；擴(kuò)展的位移觀測器輸出信號為靜止坐標(biāo)下的轉(zhuǎn)子徑向位移觀測值和懸浮力的參考值；2)建立擴(kuò)展的懸浮力/電流調(diào)制器模型，擴(kuò)展的位移觀測器輸出的懸浮力參考值作為擴(kuò)展的懸浮力/電流調(diào)制器的輸入信號；3)構(gòu)造內(nèi)模控制器，將步驟幻中擴(kuò)展的懸浮力/電流調(diào)制器輸出的兩個電流分量與步驟1)中的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下的兩相電流之間的偏差，分別送入內(nèi)?？刂破鞯膬蓚€輸入端；內(nèi)?？刂破鬏敵鰬腋±@組的兩相參考電壓；4)構(gòu)造SVPWM逆變器，將步驟幻中內(nèi)?？刂破鬏敵龅亩ㄗ与妷航o定值信號作為SVPWM 電壓源逆變器的輸入?yún)⒖夹盘?，SVPWM逆變器輸出實(shí)際需要的三相電壓向懸浮繞組供電，產(chǎn)生電機(jī)轉(zhuǎn)子所需的徑向懸浮力，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定懸浮運(yùn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無軸承同步磁阻電機(jī)懸浮系統(tǒng)構(gòu)造方法，其特征是，步驟1) 中擴(kuò)展的位移觀測器包括PI自適應(yīng)率、PID調(diào)節(jié)器、懸浮力觀測器和Park逆變換；轉(zhuǎn)子位移觀測構(gòu)建方法包括以下步驟11)構(gòu)建懸浮力觀測器在同步旋轉(zhuǎn)d、q坐標(biāo)系下無軸承同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子兩垂直方向上的徑向懸浮力分量&、Fy為
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無軸承同步磁阻電機(jī)懸浮系統(tǒng)構(gòu)造方法，其特征是，步驟2) 中擴(kuò)展的懸浮力/電流調(diào)制器模型構(gòu)造方法包括以下步驟·2. 1)在兩相靜止α、β坐標(biāo)系下，懸浮繞組電流ia2、i02與徑向懸浮力Fa、Fe的關(guān)系為
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無軸承同步磁阻電機(jī)懸浮系統(tǒng)構(gòu)造方法，其特征是，步驟3) 中內(nèi)?？刂破飨鄬?yīng)的懸浮繞組定子電流內(nèi)模解稱方法包括以下步驟·3.1)構(gòu)建被控電機(jī)懸浮繞組電壓方程的內(nèi)?？刂破?^0^)； 3. 2)構(gòu)造低通濾波器Z⑷；·3.3)構(gòu)建等效反饋控制器F(s)，其輸出為靜止坐標(biāo)下的電壓分量給定值<、^^>將反 饋控制器F(s)串接與被控電機(jī)懸浮繞組之前，實(shí)現(xiàn)電機(jī)懸浮繞組定子電流的解稱控制； 步驟3. 1)中被控電機(jī)懸浮繞組電壓方程的內(nèi)?？刂破?^0^)的構(gòu)建方法包括以下步驟·3. 1. 1)在高速及超高速條件下，無軸承同步磁阻電機(jī)懸浮繞組基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 (d、q坐標(biāo)系)的電壓方程為
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無軸承同步磁阻電機(jī)懸浮系統(tǒng)構(gòu)造方法，其特征是，所述低 通濾波器為一型濾波器，即Zc^)選為
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無軸承同步磁阻電機(jī)懸浮系統(tǒng)構(gòu)造方法，其特征是，所述等 效反饋控制器F(s)的構(gòu)建方法包括以下步驟·3. 3. 1)依據(jù)式(10)、(11)，可得內(nèi)?？刂破髁Φ谋磉_(dá)式為
全文摘要
本發(fā)明公開一種無軸承同步磁阻電機(jī)懸浮系統(tǒng)構(gòu)造方法，系統(tǒng)構(gòu)造時包括構(gòu)建擴(kuò)展的位移觀測器；然后將電機(jī)懸浮繞組和轉(zhuǎn)矩繞組三相檢測電流，經(jīng)坐標(biāo)變換后送入擴(kuò)展的位移觀測器的輸入端；擴(kuò)展的位移觀測器同時輸出轉(zhuǎn)子位移的觀測值和懸浮力參考值，作為擴(kuò)展的懸浮力/電流調(diào)制器的輸入信號；將輸出的兩個電流分量給定值與從經(jīng)坐標(biāo)變換得到的兩相檢測電流之間的偏差，分別送入內(nèi)?？刂破鞯膬蓚€輸入端，后輸出兩個電壓給定信號作為SVPWM逆變器的輸入電壓；SVPWM逆變器向電機(jī)懸浮繞組供電，產(chǎn)生所期望的懸浮力，從而實(shí)現(xiàn)被控電機(jī)轉(zhuǎn)子位移觀測和懸浮繞組電流內(nèi)模解耦控制，構(gòu)造出的懸浮系統(tǒng)具有響應(yīng)快速，結(jié)構(gòu)簡單，性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H02P6/18GK102281029SQ201110254720
公開日2011年12月14日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者孫剛, 張漢年, 徐開軍 申請人:南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院