[发明专利]无轴承电机悬浮力单闭环唯一PID控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无轴承电机的控制方法，尤其涉及一种无轴承电机悬浮力单闭环唯一PID控制方法。

背景技术

无轴承电机的控制通常分为两部分：转矩控制和悬浮力控制。

①目前，国内外学者对于无轴承电机控制的研究均集中在如何实现转矩绕组和悬浮绕组的解耦上，其解耦控制算法均是建立在转矩绕组控制采用d轴电流为零的转子磁场定向矢量控制的基础上，其悬浮效果不仅依赖于转矩绕组磁场定向控制的准确性，同时也受悬浮绕组自身磁场定向控制准确性的约束。

②传统的悬浮绕组控制是通过控制悬浮绕组电流来控制悬浮绕组磁场，对悬浮电流进行闭环控制，从而间接的控制所需悬浮力的大小和方向，使得悬浮力控制的准确性和快速性受到限制，存在着动态悬浮响应慢的缺点。

③传统的悬浮绕组矢量控制需要定转子的旋转坐标变换，控制算法复杂。

④传统的悬浮绕组控制采用电流跟踪型逆变器和正弦脉宽调制方法(SPWM)，直流母线电压利用率不高，逆变器开关器件开关次数多，开关损耗较高。

⑤传统的的悬浮绕组控制采用的是位移闭环和电流闭环的双闭环控制，需要电流调节器，系统过于复杂，使悬浮力控制的准确性和快速性受到限制，动态响应慢。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种无轴承电机悬浮力单闭环唯一PID控制方法。可以提高对悬浮力控制的准确性和系统的动态响应速度，从而为无轴承电机悬浮力控制的研究开辟一条新的思路。

本发明无轴承电机悬浮力单闭环唯一PID控制方法，采用X轴电涡流传感器采集得到无轴承电机转子的横向实时位移信号x，采用Y轴电涡流传感器采集得到无轴承电机转子的纵向实时位移信号y，将所述横向实时位移信号x和给定的无轴承电机转子的横向参考位移信号x^*经过第一减运算环得到横向位移矢量差X，将所述纵向实时位移信号y和给定的永磁型无轴承电机转子的纵向参考位移信号y^*经过第二减运算环得到纵向位移矢量差Y，其特征在于：

将所述横向位移矢量差X和纵向位移矢量差Y经过偏移量计算得到转子偏心位移的幅值S=X2+Y2]]>和转子偏心位移的相角θ=tg-1YX;]]>将转子偏心位移的幅值S经过PID调节器得到径向悬浮力的给定幅值，将转子偏心位移的相角θ加上180°作为径向悬浮力的给定相角；将转矩控制系统输出转矩绕组合成气隙磁链的幅值|ψ_m1|和相角μ与径向悬浮力的给定幅值和相角依次经过悬浮力数学模型F＝k_Mψ_m1ψ_s2∠(λ-μ)和极坐标变换得到静止坐标系下α相的实际悬浮绕组磁链ψ_α^*和β相的实际悬浮绕组磁链ψ_β^*，其中F为x、y方向径向力的合力，ψ_m1为转矩控制系统输出转矩绕组合成气隙磁链，ψ_s2为悬浮绕组定子磁链，λ为悬浮绕组定子磁链ψ_s2与α轴的夹角，k_M为固定系数；采用悬浮绕组定子磁链幅值与相位计算模块检测永磁型无轴承电机的三相输入电流和电压即A相电流Ia、A相电压Ua，B相电流Ib、B相电压Ub，C相电流Ic、C相电压Uc，输出静止坐标系下α相的给定悬浮绕组磁链ψ_α和β相的给定悬浮绕组磁链ψ_β；将静止坐标系下α相的实际悬浮绕组磁链ψ_α^*与α相的给定悬浮绕组磁链ψ_α经过第三减运算环得到α相悬浮绕组磁链矢量差，将β相的实际悬浮绕组磁链ψ_β^*与β相的给定悬浮绕组磁链ψ_β经过第四减运算环得到β相悬浮绕组磁链矢量差；将α相悬浮绕组磁链矢量差和β相悬浮绕组磁链矢量差经过空间电压矢量模块SVM得到功率变换器的三相开关信号，将功率变换器的三相开关信号经过功率变换器VSI得到永磁型无轴承电机的三相驱动电流和电压即永磁型无轴承电机的三相输入电流和电压即A相电流Ia、A相电压Ua，B相电流Ib、B相电压Ub，C相电流Ic、C相电压Uc。