[发明专利]永磁型无轴承永磁同步电机无径向位移传感器控制方法

权利要求书

1.一种永磁型无轴承同步电机无径向位移传感器控制方法，其特征在于通过检测转矩控制绕组和悬浮控制绕组的三相电压、电流，运用模型参考自适应原理，构建模型参考自适应径向位移估算模块，由模型参考自适应径向位移估算模块估算出转子的径向位移和并将所述位移信号和分别与给定的永磁型无轴承电机转子的参考位移信号x^*和y^*进行比较，经过位移环PID调节器调节后分别得到x轴和y轴的给定悬浮力F_x^*和F_y^*，然后由悬浮解耦控制算法得到悬浮控制所需的给定三相电流信号i_2A^*、i_2B^*、i_2C^*，并通过电流跟踪型逆变器的调制得到实时控制的三相电流i_2A、i_2B、i_2C。

2.根据权利要求1所述的永磁型无轴承同步电机无径向位移传感器控制方法，其特征在于所述构建模型参考自适应径向位移估算模块的步骤如下：

a)选择参考模型与可调模型：将以定子电流为状态变量的无轴承永磁同步电动机状态方程作为参考模型，将基于定子电流全维观测器的状态方程作为可调模型；

b)构建参考模型：

pψ→=-R1sL1dω100-ω1-R1sL1q0000-R2sL2qω200-ω2-R2sL2qψ→+1000010000100001u→+R1sψfL1d000,]]>ψ→=L1d0Md′x-Md′y0L1qMq′yMq′xMd′xMq′yL2d0-Md′yMq′x0L2qi→,]]>

式中u→=u1du1qu2du2q,]]>i→=i1d+ifi1qi2di2q,]]>ψ→=ψ1dψ1qψ2dψ2q]]>分别为定子电压、电流、磁链矢量，其中下标dq分别表示上述矢量在旋转dq轴的分量，下标1、2分别表示转矩控制绕组与悬浮控制绕组，ω₁、ω₂别为转矩控制绕组与悬浮控制绕组定子电流频率，ψ_f为永磁体等效励磁磁链，i_f为永磁体等效励磁电流，R_1s、R_2s分别为转矩控制绕组与悬浮控制绕组定子电阻，L_1d、L_1q、L_2d、L_2q分别为转矩控制绕组与悬浮控制绕组电机dq轴电感，x、y为径向位移，M′_d、M′_q为电机dq轴互感导数，p(＝^d/_dt)为微分算子。

将后式代入前式并忽略x、y的二次项，可得以定子电流为状态变量的无轴承永磁同步电动机状态方程，即参考模型：

其中A、B、C为状态方程矩阵：

A=R1sL1dω1R2sMd′xL1dL2dR2sMd′yL1dL2q-ω1R1sL1qR2sMq′yL1qL2dR2sMq′xL1qL2qR1sMd′xL1dL2dR2sMq′yL1qL2dR2sL2dω2R2sMd′yL1dL2qR1sMq′xL1qL2q-ω2R2sL2q,]]>B=1L1d0Md′xL1dL2dMd′yL1dL2q01L1qMq′yL1qL2dMq′xL1qL2qMd′xL1dL2dMq′yL1qL2d1L2d0Md′yL1dL2qMq′xL1qL2q01L2q,]]>

C=R1sifL1d0R1sMd′ifxL1dL2dR1sMd′ifyL1dL2q;]]>

c)构建可调模型：基于参考模型的定子电流全维观测器模型为：pi→^=A^i→^+B^u→+C^+G(i→^-i^),]]>其中i→^=[i^1d+ifi^1qi^2di^2q]T]]>为估计值，和为估算径向位移，G为增益矩阵，为用时变参数和分别代替A、B、C中的时不变参数x和y得到的状态方程矩阵：

A^=R1sL1dω1R2sMd′x^L1dL2dR2sMd′y^L1dL2q-ω1R1sL1qR2sMq′y^L1qL2dR2sMq′x^L1qL2qR1sMd′x^L1dL2dR2sMq′y^L1qL2dR2sL2dω2R2sMd′y^L1dL2qR1sMq′x^L1qL2q-ω2R2sL2q,]]>B^=1L1d0Md′x^L1dL2dMd′y^L1dL2q01L1qMq′y^L1qL2dMq′x^L1qL2qMd′x^L1dL2dMq′y^L1qL2d1L2d0Md′y^L1dL2qMq′x^L1qL2q01L2q,]]>C^=R1sifL1d0R1sMd′ifx^L1dL2dR1sMd′ify^L1dL2q;]]>

d)构造标准模型参考自适应系统结构：将可调模型减去参考模型，可得到一个由线性定常正向环节和非线性时变反馈环节构成的标准模型参考自适应系统：p(i→^-i→)=A^i→^-Ai→+(B^-B)u→+C^-C+G(i→^-i→).]]>定义状态广义误差e→=i→^-i→,]]>则上式为pe→=(A+G)e→+(A^-A)i→^+(B^-B)u→+C^-C=(A+G)e→-w;]]>定义Δx=x^-x,]]>Δy=y^-y,]]>ΔB=B^-B,]]>ΔC=C^-C,]]>w=-(ΔAi→^+ΔBu→+ΔC),]]>则

ΔA=00R2sMd′ΔxL1dL2dR2sMd′ΔyL1dL2d00R2sMq′ΔyL1qL2qR2sMq′ΔxL1qL2qR1sMd′ΔxL1dL2dR2sMq′ΔyL1qL2q00R2sMd′ΔyL1dL2qRlsMq′ΔxL1qL2q00,]]>ΔA=00Md′ΔxL1dL2dMd′ΔyL1dL2d00Mq′ΔyL1qL2qMq′ΔxL1qL2qMd′ΔxL1dL2dMq′ΔyL1qL2q00Md′ΔyL1dL2qMq′ΔxL1qL2q00,]]>ΔC=R1sifL1d0R1sMd′ifΔxL1dL2dR1sMd′ifΔyL1dL2d]]>

e)构建转子径向位移自适应律：根据Popov超稳定理论，由Popov积分不等式进行逆向求解得到参数自适应律；同时为了提高系统响应速度，实际使用中采用PI自适应方法：

式中k_px、k_py、k_Ix、k_Iy分别为x，y方向上的PI参数，s为拉普拉斯算子。