專利名稱：無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)解耦控制系統(tǒng)及其構(gòu)造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)無(wú)耦合懸浮運(yùn)行控制技術(shù)，屬于電力傳動(dòng)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)解耦控制系統(tǒng)及其構(gòu)造方法。
背景技術(shù)：
無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)是利用電力電子技術(shù)和微處理器控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)的同時(shí)具有懸浮和旋轉(zhuǎn)功能的新型交流電機(jī)，其結(jié)構(gòu)的特殊性在于電機(jī)定子槽中有兩套繞組用以產(chǎn)生支承轉(zhuǎn)子懸浮的懸浮繞組和用以產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩繞組。該新型電機(jī)具有突出的性能超高速、無(wú)磨損、免潤(rùn)滑等，相比其他類型的無(wú)軸承電機(jī)(主要有感應(yīng)型、永磁型和開(kāi)關(guān)磁阻型)，無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)具有控制簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)子堅(jiān)固可靠、適用于環(huán)境惡劣場(chǎng)所等諸多優(yōu)點(diǎn)。無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的強(qiáng)耦合非線性系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)電機(jī)的穩(wěn)定懸浮運(yùn)行，必須解除徑向懸浮力和電磁轉(zhuǎn)矩之間、以及徑向懸浮力垂直分量和水平分量之間的耦合關(guān)系，因此無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)的解耦控制是實(shí)現(xiàn)其懸浮和調(diào)速同步運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)和專利的檢索發(fā)現(xiàn)，Michioka C等人提出了“A Decoupling control method of reluctance-type bearingless motors considersing magnetic saturation”(IEEE Trans, on Industry Applications，1996，32 (5) :1204-1210)、張漢年等人提出了“基于前饋補(bǔ)償器的無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)解耦控制”(東南大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版，2005，Vol. 35 Sup(II) :193-197)和“無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)解耦集成控制策略”(電氣傳動(dòng)，2009，Vol. 39 (9) :56-59)，上述解耦策略分別采用前饋補(bǔ)償和反饋解耦方法，但沒(méi)有對(duì)電機(jī)的磁鏈進(jìn)行定向，動(dòng)態(tài)性能較差；此外，張漢年等人申請(qǐng)了“無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)徑向位置模糊補(bǔ)償逆控制方法”的國(guó)家發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)?00910312M9.幻、朱烷秋等人申請(qǐng)了“無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)基于支持向量機(jī)逆系統(tǒng)復(fù)合控制器”的國(guó)家發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)?201010117622. 4)、張婷婷等人申請(qǐng)了 “無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆解耦控制器構(gòu)造方法”的國(guó)家發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)?01110021862. 9)，上述解耦方法是在逆系統(tǒng)解耦基礎(chǔ)上分別附加了模糊算法、支持向量機(jī)算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，但實(shí)現(xiàn)難度加大，且未對(duì)電機(jī)磁鏈進(jìn)行定向，電機(jī)的瞬態(tài)響應(yīng)不佳。為了從本質(zhì)上提高無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)的瞬態(tài)解耦性能，增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)負(fù)載擾動(dòng)的適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工況下的高性能動(dòng)態(tài)解耦控制，必需采用一些新的控制方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)解耦控制系統(tǒng)及其構(gòu)造方法，以實(shí)現(xiàn)無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)多變量之間的完全動(dòng)態(tài)解耦，并具有優(yōu)越的瞬態(tài)和靜態(tài)調(diào)節(jié)性能。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(wú)軸承同步磁阻電機(jī)解耦控制系統(tǒng)，包括擴(kuò)展的閉環(huán)調(diào)節(jié)器、磁場(chǎng)定向解耦模型和兩個(gè)擴(kuò)展的SVPWM逆變器，其中擴(kuò)展的閉環(huán)調(diào)節(jié)器由閉環(huán)調(diào)節(jié)器和一個(gè)單邊磁拉力補(bǔ)償模型組成；閉環(huán)調(diào)節(jié)器以轉(zhuǎn)子兩軸方向上的給定位移、檢測(cè)位移、給定轉(zhuǎn)速和檢測(cè)轉(zhuǎn)速為輸入信號(hào)，輸出轉(zhuǎn)矩給定值和兩個(gè)混合懸浮力分量；單邊磁拉力補(bǔ)償模型以轉(zhuǎn)子兩軸方向上的檢測(cè)位移為輸入信號(hào)， 輸出兩個(gè)磁拉力補(bǔ)償量；兩個(gè)混合懸浮力分量與兩個(gè)磁拉力補(bǔ)償量相加求和，之后輸出兩個(gè)懸浮力分量的給定值，作為磁場(chǎng)定向解耦模型的輸入信號(hào)；磁場(chǎng)定向解耦模型由一個(gè)轉(zhuǎn)矩控制模型和一個(gè)懸浮力/電流調(diào)制器組成；其中轉(zhuǎn)矩控制模型以電磁轉(zhuǎn)矩給定值、氣隙磁鏈給定值和電機(jī)轉(zhuǎn)矩繞繞組的三相檢測(cè)電流值為輸入信號(hào)，輸出轉(zhuǎn)矩繞組的兩相定子電流參考值到其中一個(gè)擴(kuò)展的SVPWM逆變器中；懸浮力/ 電流調(diào)制器以電磁轉(zhuǎn)矩給定值和擴(kuò)展的閉環(huán)調(diào)節(jié)器輸出的兩個(gè)懸浮力分量為輸入信號(hào)，輸出懸浮繞組的兩相定子電流參考值到另一個(gè)SVPWM逆變器中；兩個(gè)擴(kuò)展的SVPWM逆變器分別用于向被控電機(jī)的轉(zhuǎn)矩繞組和懸浮繞組供電；每個(gè)擴(kuò)展的SVPWM逆變器由一個(gè)SVPWM逆變器、一個(gè)Park逆變換、一個(gè)Clark變換、一個(gè)積分器和兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器組成；其中積分器以電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)值為輸入信號(hào)，其輸出信號(hào)同時(shí)作為 Park逆變換和Clark變換的輸入信號(hào)；同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下轉(zhuǎn)矩繞組或懸浮繞組的兩相電流給定值經(jīng)Park逆變換后的輸出信號(hào)，與轉(zhuǎn)矩繞組或懸浮繞組的三相電流檢測(cè)值經(jīng)Clark變換后的輸出信號(hào)相減求差，其結(jié)果作為PI調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)，PI調(diào)節(jié)器輸出兩相電壓參考值至SVPWM逆變器，然后由SVPWM逆變器向被控電機(jī)的轉(zhuǎn)矩繞組或懸浮繞組供電，從而分別實(shí)現(xiàn)被控電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和懸浮控制。進(jìn)一步的，擴(kuò)展的閉環(huán)調(diào)節(jié)器中的閉環(huán)調(diào)節(jié)器包括1個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和2個(gè)懸浮力調(diào)節(jié)器，其中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器以轉(zhuǎn)子的給定轉(zhuǎn)速與檢測(cè)轉(zhuǎn)速的偏差為輸入信號(hào)輸出轉(zhuǎn)矩給定值至磁場(chǎng)定向解耦模型中；2個(gè)懸浮力調(diào)節(jié)器分別以轉(zhuǎn)子兩軸方向上的給定位移與檢測(cè)位移的偏差作為輸入信號(hào)，分別輸出兩個(gè)混合懸浮力分量。更進(jìn)一步的，本發(fā)明系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)為，包括數(shù)字信號(hào)微處理器DSP、SVPWM逆變器、位移傳感器、電流傳感器和光電解碼器；閉環(huán)調(diào)節(jié)器、SVPWM逆變器的控制、單邊磁拉力補(bǔ)償模型以及磁場(chǎng)定向解耦模型皆由數(shù)字信號(hào)微處理器DSP通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)；數(shù)字信號(hào)微處理器DSP中包括正交編碼脈沖QEP、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC和2個(gè)事件管
理器；電流傳感器分別檢測(cè)轉(zhuǎn)矩繞組和懸浮繞組的三相電流輸入到DSP中，以實(shí)現(xiàn)對(duì) SVPWM逆變器的控制；光電編碼器檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，并送入DSP中的正交編碼脈沖接口 QEP，以獲取用于實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)變換的轉(zhuǎn)子位置角；位移傳感器和電流傳感器將檢測(cè)到的位移和電流分別送入DSP中的模/數(shù)轉(zhuǎn)換ADC單元，在DSP中由軟件實(shí)現(xiàn)氣隙磁場(chǎng)定向解耦控制、單邊磁拉力補(bǔ)償控制和閉環(huán)調(diào)節(jié)器控制；DSP中的兩個(gè)事件管理器EVA和EVB單元發(fā)出PWM驅(qū)動(dòng)波形，分別被送入兩個(gè)SVPWM逆變器，由兩個(gè)SVPWM逆變器分別向被控電機(jī)懸浮繞組和轉(zhuǎn)矩繞組提供所需的三相電流。作為一種改進(jìn)，本發(fā)明系統(tǒng)中數(shù)字信號(hào)微處理器DSP還包括用于捕獲故障信號(hào)故障中斷輸入引腳PDPINTA和PDPINTB，當(dāng)捕獲到故障信號(hào)則DSP立即封鎖PWM波形的輸出，從而保護(hù)逆變器和被控電機(jī)。本發(fā)明還提供上述無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)解耦控制系統(tǒng)的構(gòu)造方法，其包括以下步驟1)構(gòu)造擴(kuò)展的SVPWM逆變器首先將同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下轉(zhuǎn)矩繞組或懸浮繞組的兩相電流給定值進(jìn)行Park逆變換，得到靜止坐標(biāo)下的兩相電流給定值；將轉(zhuǎn)矩繞組或懸浮繞組的三相電流檢測(cè)值進(jìn)行Clark變換，得到兩相電流檢測(cè)值；然后將上述兩相電流給定值與兩相電流檢測(cè)值之間的偏差分別送入兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器；Park逆變換和Clark變換所需角度由轉(zhuǎn)速檢測(cè)值經(jīng)積分器后獲得；PI調(diào)節(jié)器輸出兩相電壓參考值至SVPWM逆變器，最后由 SVPWM逆變器輸出實(shí)際需要的三相電壓分別向轉(zhuǎn)矩繞組和懸浮繞組供電，使電機(jī)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)和懸?。?)構(gòu)造磁場(chǎng)定向解耦模型，向磁場(chǎng)定向解耦模型輸入電磁轉(zhuǎn)矩給定值、氣隙磁鏈給定值、電機(jī)轉(zhuǎn)矩繞繞組三相檢測(cè)電流以及兩個(gè)懸浮力分量的參考值，磁場(chǎng)定向解耦模型同時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩繞組和懸浮繞組各自的兩相定子電流參考值，到步驟1)所述的擴(kuò)展的SVPWM 逆變器中，從而實(shí)現(xiàn)被控電機(jī)的解耦控制；3)構(gòu)造擴(kuò)展的閉環(huán)調(diào)節(jié)器，對(duì)經(jīng)步驟2~)后已解耦的轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)和懸浮子系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)解耦擴(kuò)展的閉環(huán)調(diào)節(jié)器包括一個(gè)閉環(huán)調(diào)節(jié)器和一個(gè)單邊磁拉力補(bǔ)償模型，其中閉環(huán)調(diào)節(jié)器以轉(zhuǎn)子兩軸方向上的給定位移、檢測(cè)位移、給定轉(zhuǎn)速和檢測(cè)轉(zhuǎn)速為輸入信號(hào)，輸出轉(zhuǎn)矩給定值和兩個(gè)混合懸浮力分量；單邊磁拉力補(bǔ)償模型以轉(zhuǎn)子兩軸方向上的檢測(cè)位移為輸入信號(hào)，輸出兩個(gè)磁拉力補(bǔ)償量；兩個(gè)混合懸浮力分量與兩個(gè)磁拉力補(bǔ)償量相加求和，求和結(jié)果即輸入至步驟2~)中所述磁場(chǎng)定向解耦模型的兩個(gè)懸浮力分量的給定值。進(jìn)一步的，上述步驟2~)中磁場(chǎng)定向解耦模型的構(gòu)造方法，包括以下步驟2. 1)建立電機(jī)包的懸浮力方程在同步旋轉(zhuǎn)d、q坐標(biāo)系下，無(wú)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
「 η [Fx= KdhK+KqiJy…/ ⑴式⑴中KtnKtl分別為電機(jī)d、q軸懸浮力/電流常數(shù)；id、、分別為轉(zhuǎn)矩繞組等效兩相電流；ix、iy分別為懸浮繞組兩相電流；2. 2)構(gòu)造懸浮力/電流調(diào)制器的數(shù)學(xué)模型在同步旋轉(zhuǎn)d、q坐標(biāo)系下，無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)的定子磁鏈方程為式O)中Wd、Ψ,為定子磁鏈d、q軸分量；Ld、Lq分別為轉(zhuǎn)矩繞組d、q軸電感；將式(2)代入式(1)中，可得 「 ^ [Fx-KlIxTd^K1IyTqk=驚貼⑴
κK式(3)中足
權(quán)利要求
1.一種無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)解耦控制系統(tǒng)，其特征是，包括擴(kuò)展的閉環(huán)調(diào)節(jié)器、磁場(chǎng)定向解耦模型和兩個(gè)擴(kuò)展的SVPWM逆變器，其中擴(kuò)展的閉環(huán)調(diào)節(jié)器由閉環(huán)調(diào)節(jié)器和一個(gè)單邊磁拉力補(bǔ)償模型組成；閉環(huán)調(diào)節(jié)器以轉(zhuǎn)子兩軸方向上的給定位移、檢測(cè)位移、給定轉(zhuǎn)速和檢測(cè)轉(zhuǎn)速為輸入信號(hào)，輸出轉(zhuǎn)矩給定值和兩個(gè)混合懸浮力分量；單邊磁拉力補(bǔ)償模型以轉(zhuǎn)子兩軸方向上的檢測(cè)位移為輸入信號(hào)，輸出兩個(gè)磁拉力補(bǔ)償量；兩個(gè)混合懸浮力分量與兩個(gè)磁拉力補(bǔ)償量相加求和，之后輸出兩個(gè)懸浮力分量的給定值，作為磁場(chǎng)定向解耦模型的輸入信號(hào)；磁場(chǎng)定向解耦模型由一個(gè)轉(zhuǎn)矩控制模型和一個(gè)懸浮力/電流調(diào)制器組成；其中轉(zhuǎn)矩控制模型以電磁轉(zhuǎn)矩給定值、氣隙磁鏈給定值和電機(jī)轉(zhuǎn)矩繞繞組的三相檢測(cè)電流值為輸入信號(hào)，輸出轉(zhuǎn)矩繞組的兩相定子電流參考值到其中一個(gè)擴(kuò)展的SVPWM逆變器中；懸浮力/電流調(diào)制器以磁鏈給定值和擴(kuò)展的閉環(huán)調(diào)節(jié)器輸出的兩個(gè)懸浮力分量為輸入信號(hào)，輸出懸浮繞組的兩相定子電流參考值到另一個(gè)SVPWM逆變器中；兩個(gè)擴(kuò)展的SVPWM逆變器分別用于向被控電機(jī)的轉(zhuǎn)矩繞組和懸浮繞組供電；每個(gè)擴(kuò)展的SVPWM逆變器由一個(gè)SVPWM逆變器、一個(gè)Park逆變換、一個(gè)Clark變換、一個(gè)積分器和兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器組成；其中積分器以電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)值為輸入信號(hào)，其輸出信號(hào)同時(shí)作為Park 逆變換和Clark變換的輸入信號(hào)；同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下轉(zhuǎn)矩繞組或懸浮繞組的兩相電流給定值經(jīng)Park逆變換后的輸出信號(hào)，與轉(zhuǎn)矩繞組或懸浮繞組的三相電流檢測(cè)值經(jīng)Clark變換后的輸出信號(hào)相減求差，其結(jié)果作為PI調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)，PI調(diào)節(jié)器輸出兩相電壓參考值至 SVPWM逆變器，然后由SVPWM逆變器向被控電機(jī)的轉(zhuǎn)矩繞組或懸浮繞組供電，從而分別實(shí)現(xiàn)被控電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和懸浮控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)解耦控制裝置，其特征是，擴(kuò)展的閉環(huán)調(diào)節(jié)器中的閉環(huán)調(diào)節(jié)器包括1個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和2個(gè)懸浮力調(diào)節(jié)器，其中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器以轉(zhuǎn)子的給定轉(zhuǎn)速與檢測(cè)轉(zhuǎn)速之間偏差為輸入信號(hào)，輸出轉(zhuǎn)矩給定值至磁場(chǎng)定向解耦模型中；2 個(gè)懸浮力調(diào)節(jié)器分別以轉(zhuǎn)子兩軸方向上的給定位移與檢測(cè)位移的偏差作為輸入信號(hào)，分別輸出一個(gè)混合懸浮力分量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)解耦控制裝置，其特征是，系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)為，包括數(shù)字信號(hào)微處理器DSP、SVPWM逆變器、位移傳感器、電流傳感器和光電解碼器；閉環(huán)調(diào)節(jié)器、SVPWM逆變器的控制、單邊磁拉力補(bǔ)償模型以及磁場(chǎng)定向解耦模型皆由數(shù)字信號(hào)微處理器DSP通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)；數(shù)字信號(hào)微處理器DSP中包括正交編碼脈沖QEP、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC和2個(gè)事件管理器；電流傳感器分別檢測(cè)轉(zhuǎn)矩繞組和懸浮繞組的三相電流輸入到DSP中，以實(shí)現(xiàn)對(duì)SVPWM 逆變器的控制；光電編碼器檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，并送入DSP中的正交編碼脈沖接口 QEP，以獲取用于實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)變換的轉(zhuǎn)子位置角；位移傳感器和電流傳感器將檢測(cè)到的位移和電流分別送入DSP中的模/數(shù)轉(zhuǎn)換ADC單元，在DSP中由軟件實(shí)現(xiàn)氣隙磁場(chǎng)定向解耦控制、單邊磁拉力補(bǔ)償控制和閉環(huán)調(diào)節(jié)器控制；DSP中的兩個(gè)事件管理器EVA和EVB單元發(fā)出PWM驅(qū)動(dòng)波形， 分別被送入兩個(gè)SVPWM逆變器，由兩個(gè)SVPWM逆變器分別向被控電機(jī)懸浮繞組和轉(zhuǎn)矩繞組提供所需的三相電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)解耦控制裝置，其特征是，數(shù)字信號(hào)微處理器DSP還包括用于捕獲故障信號(hào)故障中斷輸入引腳PDPINTA和PDPINTB，當(dāng)捕獲到故障信號(hào)則DSP立即封鎖PWM波形的輸出，從而保護(hù)逆變器和被控電機(jī)。
5.一種權(quán)利要求1所述的無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)解耦控制系統(tǒng)的構(gòu)造方法，其特征是， 包括以下步驟1)構(gòu)造擴(kuò)展的SVPWM逆變器首先將同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下轉(zhuǎn)矩繞組或懸浮繞組的兩相電流給定值進(jìn)行Park逆變換，得到靜止坐標(biāo)下的兩相電流給定值；將轉(zhuǎn)矩繞組或懸浮繞組的三相電流檢測(cè)值進(jìn)行Clark變換，得到兩相電流檢測(cè)值；然后將上述兩相電流給定值與兩相電流檢測(cè)值之間偏差分別送入兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器；Park逆變換和Clark變換所需角度由轉(zhuǎn)速檢測(cè)值經(jīng)積分器后獲得；PI調(diào)節(jié)器輸出兩相電壓參考值送至SVPWM逆變器，最后由SVPWM 逆變器輸出實(shí)際需要的三相電壓分別向轉(zhuǎn)矩繞組和懸浮繞組供電，使電機(jī)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)和懸??；2)構(gòu)造磁場(chǎng)定向解耦模型，向磁場(chǎng)定向解耦模型輸入電磁轉(zhuǎn)矩給定值、氣隙磁鏈給定值、電機(jī)轉(zhuǎn)矩繞繞組三相檢測(cè)電流以及兩個(gè)懸浮力分量的參考值，磁場(chǎng)定向解耦模型同時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩繞組和懸浮繞組各自的兩相定子電流參考值，到步驟1)所述的擴(kuò)展的SVPWM逆變器中，從而實(shí)現(xiàn)被控電機(jī)的解耦控制；3)構(gòu)造擴(kuò)展的閉環(huán)調(diào)節(jié)器，對(duì)經(jīng)步驟幻后已解耦的轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)和懸浮子系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)解耦擴(kuò)展的閉環(huán)調(diào)節(jié)器包括1個(gè)閉環(huán)調(diào)節(jié)器和1個(gè)單邊磁拉力補(bǔ)償模型，其中閉環(huán)調(diào)節(jié)器以轉(zhuǎn)子兩軸方向上的給定位移、檢測(cè)位移、給定轉(zhuǎn)速和檢測(cè)轉(zhuǎn)速為輸入信號(hào)，輸出轉(zhuǎn)矩給定值和兩個(gè)混合懸浮力分量；單邊磁拉力補(bǔ)償模型以轉(zhuǎn)子兩軸方向上的檢測(cè)位移為輸入信號(hào)，輸出兩個(gè)磁拉力補(bǔ)償量；兩個(gè)混合懸浮力分量與兩個(gè)磁拉力補(bǔ)償量相加求和，求和結(jié)果即輸入至步驟2~)中所述磁場(chǎng)定向解耦模型的兩個(gè)懸浮力分量的給定值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的構(gòu)造方法，其特征是，步驟幻中磁場(chǎng)定向解耦模型的構(gòu)造方法，包括以下步驟.2. 1)建立電機(jī)包的懸浮力方程在同步旋轉(zhuǎn)d、q坐標(biāo)系下，無(wú)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Ifx=KJJx+KJJy(1)\FyKJJy式⑴中KpKtl分別為電機(jī)d、q軸懸浮力/電流常數(shù)；id、、分別為轉(zhuǎn)矩繞組等效兩相電流；ix、iy分別為懸浮繞組兩相電流；.2. 2)構(gòu)造懸浮力/電流調(diào)制器的數(shù)學(xué)模型在同步旋轉(zhuǎn)d、q坐標(biāo)系下，無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)的定子磁鏈方程為\Ψ =LJd (2)式(2)中ΨρΨ,為定子磁鏈d、q軸分量；LtnLtl分別為轉(zhuǎn)矩繞組d、q軸電感；將式⑵代入式⑴中，可得[Fx=KlIjF^K2lyTq[Fy=K2IjFq-KlIyTd式⑶中
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的構(gòu)造方法，其特征是，步驟；3)中擴(kuò)展的閉環(huán)調(diào)節(jié)器中的電機(jī)單邊磁拉力補(bǔ)償模型的構(gòu)造方法包括以下步驟.3.1)構(gòu)造單邊磁拉力補(bǔ)償模型當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子偏離中心位置時(shí)，轉(zhuǎn)子上會(huì)產(chǎn)生同徑向位移x、y成正比的麥克斯韋磁拉力Fx(l、Fy(l，其大小為
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的構(gòu)造方法，其特征是，步驟；3)中，擴(kuò)展的閉環(huán)調(diào)節(jié)器中閉環(huán)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)方法為其中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，懸浮力調(diào)節(jié)器采用PD調(diào)節(jié)器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)解耦控制系統(tǒng)及其構(gòu)造方法，用于懸浮和轉(zhuǎn)速控制；系統(tǒng)在應(yīng)用時(shí)，首先構(gòu)造向被控電機(jī)轉(zhuǎn)矩繞組和懸浮繞組供電的擴(kuò)展的SVPWM逆變器；然后構(gòu)建磁場(chǎng)定向解耦模型，將該磁場(chǎng)定向解耦模型串接于擴(kuò)展的SVPWM逆變器之前，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的解耦控制；最后設(shè)計(jì)擴(kuò)展的閉環(huán)調(diào)節(jié)器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行高性能閉環(huán)控制。本發(fā)明系統(tǒng)中擴(kuò)展的閉環(huán)調(diào)節(jié)器和磁場(chǎng)定向解耦模型采用數(shù)字信號(hào)微處理器DSP實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)還包括位移和電流傳感器、光電解碼器用于獲取DSP分析控制所需的電流、位移和轉(zhuǎn)子位置角信號(hào)。本發(fā)明用于無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)解耦控制，算法簡(jiǎn)單，性能優(yōu)良。
文檔編號(hào)H02P27/06GK102545767SQ201210013000
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者孫剛, 張漢年, 張照鋒, 張磊, 鮑安平 申請(qǐng)人:南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院