基于非線性濾波器的無(wú)軸承異步電機(jī)自適應(yīng)逆解耦控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是一種基于非線性濾波器的自適應(yīng)逆解禪控制方法，適用于多變量輸入輸 出非線性的無(wú)軸承異步電機(jī)的高性能控制，屬于電力傳動(dòng)控制設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 無(wú)軸承異步電機(jī)具有復(fù)雜的電磁關(guān)系，是多變量、非線性、強(qiáng)禪合的系統(tǒng)，其旋轉(zhuǎn) 力和徑向懸浮力之間存在著復(fù)雜的非線性禪合關(guān)系，要實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定的懸浮和可控的 旋轉(zhuǎn)，必須對(duì)異步電機(jī)進(jìn)行非線性動(dòng)態(tài)解禪控制。
[0003] 矢量控制是從電機(jī)電磁理論出發(fā)，利用坐標(biāo)變換，將無(wú)軸承異步電機(jī)模型等效成 類似于直流電機(jī)模型來(lái)進(jìn)行控制，比較常用的是氣隙磁場(chǎng)定向和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制策 略，然而，氣隙磁場(chǎng)定向中氣隙磁鏈仍然受轉(zhuǎn)矩電流的影響，并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)真正意義上的解禪 控制，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向本質(zhì)上屬于穩(wěn)態(tài)解禪，只有當(dāng)轉(zhuǎn)子磁鏈達(dá)到穩(wěn)態(tài)并保持不變時(shí)才能實(shí) 現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子磁鏈之間的解禪，不能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)解禪。基于逆系統(tǒng)方法對(duì)無(wú)軸承異步電 機(jī)進(jìn)行解禪或局部解禪方法，其實(shí)現(xiàn)是依賴于被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，而被控對(duì)象是一 個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，其轉(zhuǎn)子參數(shù)隨工作環(huán)境的變化十分顯著，因此，基于精確數(shù)學(xué)模型的 逆系統(tǒng)方法很難在實(shí)際中應(yīng)用。
[0004] 為了進(jìn)一步提高無(wú)軸承異步電機(jī)的動(dòng)態(tài)工作性能，懸浮繞組獨(dú)立控制和自適應(yīng)逆 解禪控制方法被提出。如何將獨(dú)立控制和自適應(yīng)逆解禪方法應(yīng)用到無(wú)軸承異步電機(jī)動(dòng)態(tài)解 禪控制中，成為了研究的重點(diǎn)。
[0005] 國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的相關(guān)專利申請(qǐng)；1)專利申請(qǐng)?zhí)朇N200810155789. 2,名稱為：永磁型無(wú) 軸承電機(jī)直接懸浮力控制方法，此發(fā)明專利針對(duì)永磁型無(wú)軸承電機(jī)的懸浮力獨(dú)立控制；2) 專利申請(qǐng)?zhí)朇N201310429335. 0,名稱為；無(wú)軸承電機(jī)軸向混合磁軸承自適應(yīng)逆控制器的構(gòu) 造方法，此發(fā)明專利是針對(duì)軸向混合磁軸承而設(shè)計(jì)的控制方法。W上兩個(gè)專利所用的思想 與本專利有一定的相關(guān)性，但是各種電機(jī)的結(jié)構(gòu)、控制方法、控制要求存在本質(zhì)區(qū)別。對(duì)無(wú) 軸承異步電機(jī)懸浮繞組空間矢量脈寬調(diào)制控制方法和基于非線性濾波器的自適應(yīng)逆解禪 控制器的設(shè)計(jì)，目前沒(méi)有相關(guān)專利資料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為了克服無(wú)軸承異步電機(jī)內(nèi)部參數(shù)隨時(shí)間溫度變化而變化影響 控制穩(wěn)定，同時(shí)轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)和懸浮子系統(tǒng)之間需要傳遞磁場(chǎng)信息，各自的控制策略相互制約 的不足，提供一種懸浮繞組獨(dú)立控制和轉(zhuǎn)矩控制子系統(tǒng)自適應(yīng)逆控制方法。采用該方法可 W實(shí)現(xiàn)懸浮繞組和轉(zhuǎn)矩繞組獨(dú)立控制，各自的控制策略不會(huì)相互制約，并且轉(zhuǎn)矩控制子系 統(tǒng)可W控制系統(tǒng)給定信號(hào)與擾動(dòng)信號(hào)，可W達(dá)到二者的最優(yōu)控制效果。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案為；
[000引一種基于非線性濾波器的無(wú)軸承異步電機(jī)自適應(yīng)逆解禪控制器的控制方法，將無(wú) 軸承異步電機(jī)控制系統(tǒng)分成懸浮控制子系統(tǒng)、氣隙磁鏈觀測(cè)器和轉(zhuǎn)矩控制子系統(tǒng)，分別采 用獨(dú)立控制，具體按W下步驟：
[0009] 步驟1，構(gòu)建轉(zhuǎn)矩繞組被控對(duì)象；包括化rk逆變換、空間矢量脈寬調(diào)制逆變器 SVPWM、角度計(jì)算模型W及轉(zhuǎn)矩子系統(tǒng)，將Park逆變換、空間矢量脈寬調(diào)制逆變器SVPWMW 及轉(zhuǎn)矩子系統(tǒng)依次串接，Park逆變換所需要的變換角度由角度計(jì)算模型給出；
[0010] 步驟2,構(gòu)建轉(zhuǎn)矩控制子系統(tǒng)：包括步驟1中搭建的轉(zhuǎn)矩繞組被控對(duì)象W及自適應(yīng) 逆控制器、對(duì)象模型、對(duì)象逆模型、LMS自適應(yīng)算法，所述自適應(yīng)逆控制器的輸入為無(wú)軸承電 機(jī)的給定角速度和轉(zhuǎn)子磁鏈，輸出為轉(zhuǎn)矩電壓和勵(lì)磁電壓，將轉(zhuǎn)矩繞組被控對(duì)象的輸出角 速度和磁鏈與對(duì)象模型的輸出角速度和磁鏈比較，差值作為對(duì)象逆模型的輸入，自適應(yīng)逆 控制器的輸出電壓與對(duì)象逆模型的輸出電壓之差就是轉(zhuǎn)矩繞組被控對(duì)象的實(shí)際輸入電壓； 將轉(zhuǎn)矩繞組被控對(duì)象的輸出與給定的角速度和磁鏈比較，比較的差值通過(guò)LMS自適應(yīng)算法 輸出步長(zhǎng)信號(hào)和y2在線調(diào)整自適應(yīng)逆控制器的權(quán)值參數(shù)；所述的轉(zhuǎn)矩控制子系統(tǒng)的輸 入是給定角速度和轉(zhuǎn)子磁鏈，通過(guò)控制獲得的第一組輸出量為轉(zhuǎn)子角速度和轉(zhuǎn)子磁鏈；第 二組輸出量為轉(zhuǎn)矩繞組的=相電壓電流；
[0011] 步驟3,構(gòu)建氣隙磁鏈觀測(cè)器；氣隙磁鏈觀測(cè)器是由Clarke變換和氣隙磁鏈辨識(shí) 模型依次串接搭建而成，將步驟2中獲得的第二組輸出量轉(zhuǎn)矩繞組的=相電流ika、ikb、ils。 和=相電壓Uk。、Ukb、UlJt入氣隙磁鏈觀測(cè)器，經(jīng)過(guò)Clarke變換轉(zhuǎn)換成兩相靜止坐標(biāo)系下 的電流輸出分量和電壓輸出分量Uk"、Ukp，然后通過(guò)所述氣隙磁鏈辨識(shí)模型將輸 出量ii日。、ii日日、Uk。、Ui日日轉(zhuǎn)換成所需的氣隙磁鏈值；
[0012] 步驟4,構(gòu)建懸浮控制子系統(tǒng)；包括位置閉環(huán)控制器、力/電流轉(zhuǎn)換、電流閉環(huán)控制 器、空間矢量脈寬調(diào)制逆變器SVPWM、無(wú)軸承異步電機(jī)的懸浮力子系統(tǒng)、Clarke變換，將位 置閉環(huán)控制器、力/電流轉(zhuǎn)換、電流閉環(huán)控制器、空間矢量脈寬調(diào)制逆變器SVPWMW及無(wú)軸 承異步電機(jī)的懸浮力子系統(tǒng)依次相串接，Clarke變換將懸浮繞組的=相電流轉(zhuǎn)換為電流閉 環(huán)控制器所需要的比較電流；所述懸浮控制子系統(tǒng)的第一組輸入量是給定的X軸方向、y軸 方向位移，浮控制子系統(tǒng)的第二組輸入量為所述步驟3的氣隙磁鏈觀測(cè)器所輸出的氣隙磁 鏈值，通過(guò)懸浮控制子系統(tǒng)控制得到實(shí)際的X軸方向、y軸方向的位移；
[0013] 步驟5,用上述的轉(zhuǎn)矩控制子系統(tǒng)、氣隙磁鏈觀測(cè)器和懸浮控制子系統(tǒng)構(gòu)建出解禪 控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)軸承異步電機(jī)的解禪控制。
[0014] 進(jìn)一步，所述步驟2的對(duì)象模型和對(duì)象逆模型構(gòu)建方法為：
[0015] 步驟2. 1，用非線性自適應(yīng)濾波器離線建立對(duì)象模型和對(duì)象逆模型，均采用四個(gè)非 線性自適應(yīng)濾波器分別模擬對(duì)象模型和對(duì)象逆模型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；
[0016] 步驟2. 2,離線確定各個(gè)濾波器的權(quán)值參數(shù)，采集轉(zhuǎn)矩繞組被控對(duì)象的輸入轉(zhuǎn)矩繞 組電壓建模信號(hào)W及第一組輸出的轉(zhuǎn)子角速度和磁鏈；然后用輸入的電壓建模信號(hào)加上小 的抖動(dòng)信號(hào)同時(shí)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩繞組被控對(duì)象與對(duì)象模型，再將兩者的輸出相比較，誤差用來(lái)修 改對(duì)象模型的權(quán)值參數(shù)；
[0017] 步驟2. 3,用對(duì)象模型的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)對(duì)象逆模型，將輸入的電壓建模信號(hào)加上小 的抖動(dòng)信號(hào)與對(duì)象逆模型的輸出比較，最后用兩者之差去修改對(duì)象逆模型的權(quán)值參數(shù)，直 到建模誤差達(dá)到要求，對(duì)象模型和對(duì)象逆模型構(gòu)建完成。
[0018] 進(jìn)一步，所述步驟2中，所述LMS自適應(yīng)算法（74)公式如下：
[0019]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于非線性濾波器的無(wú)軸承異步電機(jī)自適應(yīng)逆解耦控制器的控制方法，其特征在 于，將無(wú)軸承異步電機(jī)控制系統(tǒng)分成懸浮控制子系統(tǒng)（2)、氣隙磁鏈觀測(cè)器（5)和轉(zhuǎn)矩控制 子系統(tǒng)（7)，分別采用獨(dú)立控制，具體按以下步驟： 步驟1，構(gòu)建轉(zhuǎn)矩繞組被控對(duì)象（6):包括Park逆變換（61)、空間矢量脈寬調(diào)制逆變器 SVPWM(62)、角度計(jì)