[发明专利]一种无轴承异步电机无速度传感器控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电气传动中的稳定控制技术领域，特别是涉及一种无轴承异步电机无速度传感器控制方法。

背景技术

近年来，随着工业的快速发展，人们对电机的需求越来越大，要求也越来越高。和其他传统电机相比，无轴承异步电机(bearingless induction motor，BIM)具有无摩擦、无磨损、无需润滑、耐腐蚀、寿命长、能实现高速、超高速运行等特点，被广泛应用在定期维修困难的生命科学领域，易受酸、碱腐蚀的化工领域，以及半导体工业等领域。又因其结构简单、气隙均匀、成本低等优点，使其在机械加工、中小型发电设备、人工心脏泵以及对精度要求较高的数控机床等特种电气驱动/传动领域具有潜在的应用市场。然而，无轴承异步电机速度传感器的安装，阻碍了其高速运行，除此之外，还增大了无轴承异步电机的轴向尺寸。因此开展对无轴承异步电机的无传感器研究，对其低成本实用化运行具有重要的理论价值和现实意义。

为了解决机械式速度传感器带来的弊端，经过多年研究，无轴承异步电机无速度传感器矢量控制取得了一定的成就，研究人员提出了磁链观测法、定转子电阻在线辨识法、基于单维离散滑模的模型参考自适应转速辨识方法等，但这些方法都利用了无轴承异步电机的非理想特性，易受电机结构以及参数的影响，因此在实际控制系统中很难得到真正应用。为了弥补以上方法的不足，又有学者提出了高频信号注入法，其基本原理是利用注入的高频电压信号估计转子位置偏差角。但是，注入的高频信号极易和其他高频谐波信号掺杂在一起，不容易分离，需要另外安装信号处理装置，使控制系统变得更加复杂，同时也增加了成本投入，因此限制了无轴承异步电机向实用化方向发展。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种无轴承异步电机无速度传感器控制方法，具体通过以下技术手段实现上述技术目的：

一种无轴承异步电机无速度传感器控制方法,其特征在于,包括悬浮控制过程，中间控制过程和转矩控制过程，其中悬浮控制过程包括如下步骤：

步骤一：将电涡流传感器测得的无轴承异步电机转子的径向位移偏移量x、y与转子在x、y方向上的给定径向位移偏移量x^*、y^*作为比较器的输入，其输出值经PID控制器调节后产生无轴承异步电机转子在x、y方向上的给定径向悬浮力F_x^*、F_y^*；

步骤二：将给定径向悬浮力F_x^*、F_y^*经力/电流转换器转换后得到无轴承异步电机径向悬浮力绕组的给定控制电流分量i^*_2sα、i^*_2sβ，对给定控制电流分量i^*_2sα、i^*_2sβ进行3s/2r坐标变换得到无轴承异步电机径向悬浮力绕组的三相给定电流值i^*_2A、i^*_2B和i^*_2C；

步骤三：将三相给定电流值i^*_2A、i^*_2B和i^*_2C经过电流反馈型脉冲宽度调制CRPWM逆变后，得到无轴承异步电机悬浮绕组三相电流值i_2A、i_2B和i_2C，用于控制电机转子的悬浮。

其中中间控制过程，包括如下步骤：

步骤1：求无轴承异步电机的电磁转矩，

将无轴承异步电机转矩绕组的三相电流值i_1A、i_1B、i_1C经过3s/2r坐标变换后得到d-q坐标系下d轴上的电流分量i_1d、q轴上的电流分量i_1q，再将q轴上的电流分量i_1q和无轴承异步电机的气隙磁链Ψ₁代入式T_e＝p₁ψ₁i_1q，得无轴承异步电机的电磁转矩T_e，其中p₁为转矩绕组的极对数；

步骤2：构造无轴承异步电机的转子位置偏差角，