[发明专利]一种无轴承同步磁阻电机悬浮系统构造方法

说明书

技术领域

本发明涉及交流电机控制技术领域，特别是一种基于转子位移观测和电流内模解耦控制方法的无轴承同步磁阻电机悬浮系统构造方法，适用于高速条件下无位移传感器的无轴承同步磁阻电机电流解耦控制。

背景技术

无轴承同步磁阻电机是在普通同步磁阻电机定子绕组(转矩绕组)上再叠加一套附加绕组(悬浮绕组)，用以产生一个支承转子恒定悬浮的径向磁悬浮力，控制电机两套绕组的电流便能使电机同时产生电磁转矩和悬浮力。特殊的结构决定无轴承同步磁阻电机具有突出的高品质：低噪声、低功耗、高转速、免润滑、高洁净等。与其他类型的无轴承电机相比，无轴承同步磁阻电机具有坚固可靠、控制简单、转矩脉动低等优点。无轴承同步磁阻电机在高速精密机床主轴驱动、飞轮储能发电系统、家用电器、工业机器人等先进电控装备中的电力传动领域极具应用价值。

目前无轴承同步磁阻电机悬浮系统中对转子径向位移的精确检测大都采用机械式电涡流位移传感器，采用位移传感器带来的缺陷有：位移传感器增大电机系统的制造成本，同时导致电机的体积增大，降低电机的可靠性。现有技术中已公开一项关于无轴承同步磁阻电机的无位移传感器控制方法国家发明专利申请(申请号：201010017952.6)，但该申请中所述方法的算法复杂，对控制系统的软、硬件要求较高，额外注入的高频信号会增大转矩脉动。

另一方面，高速条件下无轴承同步磁阻电机的悬浮绕组定子电流存有复杂耦合关系，导致传统的悬浮系统瞬态调节性能不佳，要实现电机的高性能高速运行，必需解除悬浮绕组定子电流之间的相互干扰，目前尚无有关专利和文献涉及此项问题。

为进一步提高无轴承同步磁阻电机悬浮系统的控制性能，实现电机的无位移传感器转子位移观测，同时解除悬浮绕组定子电流耦合关系，必需采用一些新的控制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提高悬浮运行性能的无轴承同步磁阻电机悬浮系统构造方法，基于本发明方法构建的系统可无需采用机械位移传感器，同时实现悬浮绕组定子电流解耦控制，且具有结构简单、性能优良等优点。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种无轴承同步磁阻电机悬浮系统构造方法，包括以下步骤：

1)构建扩展的位移观测器，分别检测电机悬浮绕组和转矩绕组三相电流，经坐标变换后，得到同步旋转坐标下的两相电流，作为扩展的位移观测器的输入信号；扩展的位移观测器输出信号为静止坐标下的转子径向位移观测值和悬浮力的参考值；

2)建立扩展的悬浮力/电流调制器模型，扩展的位移观测器输出的悬浮力参考值作为扩展的悬浮力/电流调制器的输入信号；

3)构造内模控制器，将步骤2)中扩展的悬浮力/电流调制器输出的两个电流分量与步骤1)中的同步旋转坐标下的两相电流之间的偏差，分别送入内模控制器的两个输入端；内模控制器输出悬浮绕组的两相参考电压；

4)构造SVPWM逆变器，将步骤3)中内模控制器输出的定子电压给定值信号作为SVPWM电压源逆变器的输入参考信号，SVPWM逆变器输出实际需要的三相电压向悬浮绕组供电，产生电机转子所需的径向悬浮力，实现转子的稳定悬浮运行。

作为一种改进，本发明步骤1)中扩展的位移观测器包括PI自适应率、PID调节器、悬浮力观测器和Park逆变换；扩展的位移观测器相对应的转子位移观测方法包括以下步骤：

11)构建悬浮力观测器：在同步旋转d、q坐标系下无轴承同步磁阻电机转子两垂直方向上的径向悬浮力分量F_x、F_y为：