[发明专利]一种无轴承永磁同步电机无速度传感器

说明书

本发明公开一种测量无轴承永磁同步电机转速的无速度传感器，由一个神经网络左逆系统、4个延时模块和一个微分器组成，第一、第二个延时模块的输入分别是无轴承永磁同步电机定子的转矩绕组在α‑β坐标系上的电压分量，输出分别是在t时刻50个电压分量的平均值；第三、第四个延时模块的输入分别是转矩绕组在α‑β坐标系上的电流分量，输出分别是在t时刻50个电流分量的平均值，神经网络左逆系统输出的是无轴承永磁同步电机的转子角速度；延时模块通过对样本数据的帅选与过滤，减少神经网络学习次数与拟合失败的风险，神经网络左逆系统可以有效实现对非线性强耦合的电机转速系统的逼近拟合，避免了传统机械式速度传感器的安装与维护。

技术领域

本发明属于无轴承永磁同步电机领域，具体是无轴承永磁同步电机的无速度传感器的结构，用于无轴承永磁同步电机的控制系统中，测量无轴承永磁同步电机的转速。

背景技术

无轴承永磁同步电机是一种高转速、高精度及无需润滑的新型特种电机，在航天航空，化工制造，半导体工业及其他需要特殊环境的领域中应用广泛。目前无轴承永磁同步电机的控制方法大多采用矢量控制方法，这种方法需要通过获得转子速度来实现磁通的精确位置，从而实现转矩和悬浮力之间的解耦控制和电机稳定运行。传统的电机速度检测都采用光电标码盘等机械式的速度传感器来检测，然而，采用这种机械式的速度传感器具有诸多缺点，不仅存在安装与维护上的诸多不易，而且提高了电机成本和降低了系统的稳定性，限制了无轴承永磁同步电机在恶劣环境下的使用，更关键的在于高速和超高速无轴承永磁同步电机的运行速度范围和精度要求是传统机械式速度传感器无法满足的。

无速度传感器是通过检测电机控制系统中易于得到的非转速参数，通过控制算法来获得转速参数，即利用易于检测到的定子电压、电流等的物理量进行速度估计以取代传统的机械式速度传感器，从而实现无速度传感器的高精度控制。对于普通永磁同步电机而言，目前已经提出的无速度传感器辨识方法包括：卡尔曼滤波法、高频注入法及模型参考自适应法等，其中卡尔曼滤波法算法复杂，同时也要求系统和观测值必须为线性化，有很大的局限性；高频注入法虽低速性能较好，但易受电机负载干扰：模型参考自适应方法则容易受到电机参数影响，同时也存在模型精确度和稳定性不足的缺陷。

中国专利公开号为CN102130647A的文献中提出一种采用静态神经网络左逆算法实现对无轴承异步电机的速度辨识方法，但该方法不仅要求输入信号较多，同时缺少对输入信号的滤波处理，这会严重影响速度辨识的精确度，其次所用静态神经网络缺少必要的反馈和动态结构，影响系统动态性能。中国专利公开号为CN102629848A的文献中提出一种采用支持向量机实现电机的速度辨识方法，但是支持向量机的缺点在于结构的复杂和运算量大，对实际应用中数字处理芯片提出了较高的要求，费时较多。

发明内容

本发明的目的在于综合逆系统、神经网络和延时控制的技术优点，提出一种结构简单稳定、具有良好动态性能的无轴承永磁同步电机无速度传感器，以准确实现无轴承永磁同步电机全转速范围内转速检测。