[发明专利]无轴承永磁同步电机转矩脉动抑制控制器及其构造方法

说明书

本发明公开了一种无轴承永磁同步电机转矩脉动抑制器及其构造方法，通过转矩控制器、悬浮力控制器、电流传感器、光电编码器和电涡流位移传感器，转矩控制器中的转矩脉动抑制控制器通过PID调节器一调制后得到初始比例值k_c，经过限幅模块二得到比例值k，PI调节器一调制后生成定子合成电流指令值i_s^*输入到电流计算模块，得到直轴电流初始指令值i_Mdc^*和交轴电流指令值i_Mq^*，直轴电流初始指令值i_Mdc^*经过限幅模块一得到直轴电流指令值i_Md^*，将比例值k和直轴电流指令值i_Md^*输入判断模块，实现增磁调压控制，既可抑制电机转矩脉动，又实现了无轴承永磁同步电机的精确调速，并且减弱了电机负载效应对悬浮稳定性的影响，提高了无轴承永磁同步电机高速、超高速运行时的工作性能。

技术领域

本发明属于电机控制领域，尤其涉及一种无轴承永磁同步电机转矩脉动抑制控制器及其构造方法。

背景技术

无轴承永磁同步电机是一种集合了永磁同步电机和磁轴承特性的新型电机，它不仅具有永磁同步电机功率因数高、效率高、功率密度大的优点，还具有磁轴承无机械摩擦、无需润滑和免维护等特点，可实现高速或超高速运行，在化学化工、生命科学、能源交通、航空航天及机器人等领域具有潜在应用前景。但是无轴承永磁同步电机采用永磁体励磁，转矩电流小，再由于存在齿槽效应与逆变器开关死区效应，电机绕组电流脉动较大，电流脉动会引入一定程度的纹波转矩，导致转速的稳定性变差；而且由于电流跟踪性能较差，在电机空载或轻载运行时稳定性会变得更差，难以适用于高速高精场合，因此，研究无轴承永磁同步电机的转矩脉动抑制技术尤为重要。

目前常用的电机转矩脉动抑制技术主要包括观测器反馈控制法、编程电流法和转速环控制器输出补偿法等。专利[CN 105337550A]提出了一种基于无差拍电流控制和角度重复性控制的转矩脉动抑制技术，实现了在恒速和变速变负载情况下转矩脉动的抑制，但是这种方法需要进行迭代计算，计算量较大且复杂；专利[CN 103378789A]采用叠加q轴电流补偿的方法对转矩进行抑制，该方法比较依赖电机参数，而电机参数在电机运行过程中是摄动的，对抑制效果会有影响；专利[CN 104579080A]提出了基于增量式卡尔曼滤波器的dq轴电流滤波方法，并通过增量预测方法消除了数字控制方式的一拍滞后延时，有利于减少因相电流极性误判断导致的误补偿，但是卡尔曼滤波算法需要花费大量的时间，在实际应用中会对结果产生影响；专利[CN 104579080A]获取5次和7次谐波电流，通过谐振调节器得到谐波电压的d轴补偿量和q轴补偿量，反馈消除5次和7次谐波电流，抑制6次和12次转矩脉动，该方法避免了传统转矩脉动抑制方法中需准确检测电流过零点的问题，然而谐振调节器在输入为阶跃信号时，输出电流会产生一定程度的超调，从而影响补偿效果。

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于增磁调压的无轴承永磁同步电机转矩脉动抑制控制器。相比于其他方法，该方法无需准确检测电流信号，避免了硬件干扰和系统误差，提高了系统的稳定性和可靠性。

发明内容

本发明根据现有技术针对无轴承永磁同步电机由于转矩脉动而引起的调速抖动，以及电机负载效应对悬浮力的影响，提出了一种无轴承永磁同步电机转矩脉动抑制器及其构造方法，既可抑制电机转矩脉动，又实现了无轴承永磁同步电机的精确调速，并且减弱了电机负载效应对悬浮稳定性的影响，提高了无轴承永磁同步电机高速、超高速运行时的工作性能。

本发明所采用的技术方案如下：

一种无轴承永磁同步电机转矩脉动抑制控制器包括转矩控制器、悬浮力控制器、电流传感器、光电编码器和电涡流位移传感器一和电涡流位移传感器二；