[发明专利]一种无轴承同步磁阻电机无传感器控制器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力传动控制设备的技术领域，是一种无轴承同步磁阻电机无传感器控制器及其控制方法，对无轴承同步磁阻电机的无传感器运行进行高性能的稳定控制。

背景技术

无轴承同步磁阻电机能满足现代工业对高速度、无润滑、无摩擦、免维修的高性能驱动电机的要求，它是一种既具有磁轴承优良性能，又兼备同步磁阻电机特点的新型电机。同传统无轴承电机相比，无轴承同步磁阻电机具有诸多优势：转子上省略了永磁体，也无励磁绕组，结构简单，运行可靠，成本低，还因其可以实现很高的凸极比，从而同时具有高转矩密度、快速动态响应、低转矩脉动、低损耗、高功率因数等优点，更加适合高速及高精度等特殊应用领域。

无轴承同步磁阻电机包括转矩绕组和悬浮力绕组两套绕组，无轴承同步磁阻电机的控制系统由转矩控制系统和悬浮力控制系统两个子系统组成。对于转矩控制系统，转速传感器要检测转子转速，与给定值进行比较后送入控制系统产生转矩命令电流。对于悬浮力控制系统，位移传感器要得到转子位置检测值，与给定值进行比较后送入控制系统产生悬浮力命令电流。传统的电机控制多采用传感器采集信息进行反馈比较控制，转速测量装置多采用光电编码盘等机械式的速度传感器，转子位置测量装置通常采用电涡流传感器进行检测，这些传感器增加了控制系统重量和成本，易受干扰，降低了系统可靠性，不便于安装与维护，不适用于恶劣环境。而且当无轴承同步磁阻电机运行在高速、超高速状态下，机械式传感器已不能满足系统性能要求。因此，无速度和无径向位移传感器技术成为解决这一问题的有效手段。对无轴承同步磁阻电机的无传感器运行控制必将成为无轴承同步磁阻电机研究的一个重要方面，但目前还未见对无轴承同步磁阻电机无速度传感器运行方面的研究报道。

无传感器控制就是利用电机绕组中容易测量的非位移、转速信息，配合以适当的算法来获得位移、转速信息，实现无物理传感器的高性能控制。目前对于普通电机控制，已有很多关于无传感器的研究方法：反电动势法、模型参考自适应法、扩展的卡尔曼滤波法、高频谐波信号注入法等。反电动势法方法简单，但是很大程度上依赖于参数的精确度；基于电压电流的模型参考自适应法因存在纯积分环节，辨识准确性差，且受定子电阻影响，低速时不稳定；基于反电势的模型参考自适应法可解决纯积分问题，但速度过零点时辨识误差大；基于瞬时无功模型的模型参考自适应法不受定子电阻影响，但速度给定为负阶跃时转速不稳定；扩展的卡尔曼滤波法运用最小方差最优预测估计法削弱随机干扰和测量噪声，但算法复杂，参数配置缺乏一定的标准，运算量很大；高频谐波信号注入法估计速度，可提高其低速性能，但受电机负载影响较大。

发明内容

本发明的目的是为了能实现无轴承同步磁阻电机的无传感器稳定控制，提高无轴承同步磁阻电机的工作性能，扩大无轴承同步磁阻电机的应用而提供一种结构简单、性能优良的无轴承同步磁阻电机无传感器控制器，同时提供一种简单方便、快速准确的无轴承同步磁阻电机无传感器控制器的控制方法。

本发明无轴承同步磁阻电机无传感器控制器采用的技术方案是：由电流采样和转换单元、最小二乘支持向量机预测模型、线性闭环控制器和并联的第一、第二扩展的电流滞环PWM逆变器组成，线性闭环控制器由1个转速控制器和2个径向位置控制器组成，2个径向位置控制器分别串接于第一扩展的电流滞环PWM逆变器之前，1个转速控制器串接于第二扩展的电流滞环PWM逆变器之前；第一、第二扩展的电流滞环PWM逆变器分别串接于无轴承同步磁阻电机的悬浮力绕组子系统、转矩绕组子系统之前；第一、第二扩展的电流滞环PWM逆变器的输出分别连接电流采集和转换单元的输入，电流采集和转换单元的输出连接最小二乘支持向量机预测模型，最小二乘支持向量机预测模型输出预测信号，预测信号分别与无轴承同步磁阻电机给定参考值比较后输入线性闭环控制器。

进一步地，所述的电流采集和转换单元由并联的第一路采集转换转矩绕组电流单元和第二路采集转换悬浮力绕组单元组成，第一路采集转换转矩绕组电流单元由第一霍尔电流传感器、第三Clark变换、第三Park变换依次串接组成；第二路采集转换悬浮力绕组单元由第二霍尔电流传感器、第四Clark变换、第四Park变换依次串接组成；第一、第二扩展的电流滞环PWM逆变器2的输出分别连接第一、第二霍尔电流传感器。