[发明专利]无轴承永磁同步电机径向广义逆内模控制器的构造方法

说明书

技术领域

本发明是一种无轴承永磁同步电机径向广义逆内模控制器的构造方法，属于特种驱动和传动领域，适用于无轴承永磁同步电机的高品质控制。

背景技术

集磁轴承与普通永磁同步电机优点于一体的无轴承永磁同步电机能有效满足现代工业、军事领域中高速高精、无需润滑、无机械摩擦、免维护的特种驱动和传动系统的特殊要求，在数控机床电主轴、离心机、涡轮分子泵、压缩机、航空航天、飞轮储能等领域具有很好的应用前景。

无轴承永磁同步电机定子槽中叠绕着极对数相差1的两套绕组（称为转矩绕组和悬浮力绕组），分别用来控制电磁转矩和径向悬浮力。径向悬浮力的控制是通过对无轴承永磁同步电机径向位移的负反馈调制以及径向悬浮力数学模型的调节，来获得控制悬浮力绕组电流的信号。由于无轴承永磁同步电机转子本身机械加工存在的偏心，将会导致悬浮运行时存在不平衡振动，而且转子悬浮运行过程中存在传感器的检测误差，加之无轴承永磁同步电机参数时变及负载扰动的影响，无轴承永磁同步电机径向位置的控制是一个非线性、强耦合系统，为了实现其稳定可靠的悬浮运行，必须对不同径向位置下的径向悬浮力进行非线性解耦控制，探索其不同径向位置的控制规律。

发明内容

本发明的目的是为了克服传统无轴承永磁同步电机径向位置控制方法的缺陷，提供一种无轴承永磁同步电机径向广义逆内模控制器的构造方法，所构造的控制器可以实现无轴承永磁同步电机径向悬浮力在不同径向位置下的非线性动态解耦控制，使控制系统具有优良的控制品质。

本发明的技术方案是依次按以下步骤：1）由Park逆变换、Clark逆变换、电流跟踪型逆变器依次串联构成扩展的电流跟踪型逆变器；2）将扩展的电流跟踪型逆变器串接在被控的无轴承永磁同步电机径向位置系统之前作为一个整体构成复合被控对象；3）由4个线性环节和非线性映射构造复合被控对象的广义逆系统，将广义逆系统串联于复合被控对象之前组成广义伪线性系统，广义伪线性系统等效为2个解耦的二阶位移线性子系统；4）对2个二阶位移线性子系统分别引入2个位移内模控制器构造内模控制器，2个位移内模控制器相并联，将内模控制器与广义逆系统以及扩展的电流跟踪型逆变器相结合组成广义逆内模控制器。

本发明的有益效果是：

1、通过构造无轴承永磁同步电机径向位置的广义逆系统，将多变量、强耦合、非线性时变的原系统解耦与线性化为2个单输入单输出的线性子系统，从而可以用相对简单的线性控制方法来解决复杂的非线性控制问题。

2、利用广义逆系统理论，不仅可以实现原系统的线性化与解耦，而且可以通过合理调整线性环节的参数，使伪线性子系统的极点在复平面内合理配置，获取十分理想的开环频率特性，从而实现系统的大范围线性化，解耦和降阶。

3、针对线性化解耦得到的2个单输入单输出的位移线性子系统，引入内模控制技术，设计系统的鲁棒控制器。内模控制具有设计简单、参数整定直观明了、控制性能优良等特点，使无轴承永磁同步电机径向位置系统具有优良的静、动态特性。

附图说明

图1是由Park逆变换21、Clark逆变换22和电流跟踪型逆变器23组成扩展的电流跟踪型逆变器2结构示意图；

图2由无轴承永磁同步电机径向位置系统1与扩展的电流跟踪型逆变器2组成复合被控对象3结构示意图；

图3是由广义逆系统4与复合被控对象3复合构成的广义伪线性系统5的示意图及其等效图；

图4是无轴承永磁同步电机径向广义逆内模控制器7的构造框图。

图中：1无轴承永磁同步电机径向位置系统；2扩展的电流跟踪型逆变器；3复合被控对象；4广义逆系统；5广义伪线性系统；6内模控制器；7广义逆内模控制器；21Park逆变换；22Clark逆变换；23电流跟踪型逆变器；41非线性映射；51、52二阶位移线性子系统；61、62位移内模控制器；611、621位移内部模型；612、622位移控制器。

具体实施方式