[发明专利]无轴承异步电机的独立逆解耦控制系统

说明书

无轴承异步电机的独立逆解耦控制系统，包括无轴承异步电机原系统、设置在无轴承异步电机原系统之前的无轴承异步电机逆系统，以及设置在无轴承异步电机逆系统之前的四个调节控制器，所述的独立逆解耦控制系统还包括气隙磁链独立观测器和转子磁链辨识器；α位移调节控制器、β位移调节控制器、磁链调节控制器和转速调节控制器均由极点配置法构造而成；无轴承异步电机原系统由独立磁悬浮原系统和独立转矩原系统组成该控制系统是一种实时性较强的高性能磁悬浮解耦控制系统，可实现无轴承异步电机的动态解耦控制、简化系统模型的复杂性、避免磁悬浮系统逆模型对转矩系统磁场定向方式的依赖，尤其适用于对动态控制性能要求较高的高速电机驱动应用场合。

技术领域

本发明涉及新型特种交流电机驱动与控制技术领域，具体说的是无轴承异步电机的独立逆解耦控制系统。

背景技术

无轴承电机是基于磁轴承与交流电机定子结构的相似性而提出的适合于高速运转的新型电机，在航空航天、物料密封传输、先进制造等领域具有广泛的应用前景。对现有文献和专利检索发现，无轴承电机内部存在复杂的电磁耦合关系，为此国内外已对其进行过逆解耦控制研究，但整体逆系统模型复杂，不便于工程应用；在逆系统建模时，现有研究大多忽略了定子电流动态方程，导致逆模型中包含有难以预测的负载转矩变量；在原系统中需通过定子电流闭环来抑制电流分量之间的非线性交叉耦合。为实现无轴承异步电机的高性能解耦控制、简化系统模型的复杂性、避免磁悬浮系统逆模型对转矩系统磁场定向方式的依赖，需提出新的无轴承异步电机的控制系统结构。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种无轴承异步电机的独立逆解耦控制系统，该控制系统是一种实时性较强的高性能磁悬浮解耦控制系统，可实现无轴承异步电机的动态解耦控制、简化系统模型的复杂性、避免磁悬浮系统逆模型对转矩系统磁场定向方式的依赖，尤其适用于对动态控制性能要求较高的高速电机驱动应用场合。

为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：无轴承异步电机的独立逆解耦控制系统，包括无轴承异步电机原系统、设置在无轴承异步电机原系统之前的无轴承异步电机逆系统，以及设置在无轴承异步电机逆系统之前的四个调节控制器，四个调节控制器为α位移调节控制器、β位移调节控制器、磁链调节控制器和转速调节控制器；

所述的独立逆解耦控制系统还包括气隙磁链独立观测器和转子磁链辨识器；

所述的α位移调节控制器、β位移调节控制器、磁链调节控制器和转速调节控制器均由极点配置法构造而成；

所述的无轴承异步电机原系统由独立磁悬浮原系统和独立转矩原系统组成；

所述的无轴承异步电机逆系统由并联排列的独立磁悬浮逆系统和独立转矩逆系统组成；独立磁悬浮逆系统的输入端与α位移调节控制器、β位移调节控制器的输出端连接，独立转矩逆系统的输入端与磁链调节控制器、转速调节控制器的输出端连接；

所述的独立磁悬浮逆系统的输入端与气隙磁链独立观测器的气隙磁链α、β轴分量输出端连接，独立磁悬浮逆系统与独立磁悬浮原系统串联，将独立磁悬浮系统解耦为α径向位移分量伪线性二阶积分子系统和β径向位移分量伪线性二阶积分子系统，α径向位移分量伪线性二阶积分子系统的α向径向位移的给定信号和检测反馈信号连接到α位移调节控制器的输入端，β径向位移分量伪线性二阶积分子系统的β向径向位移的给定信号和检测反馈信号连接到β位移调节控制器的输入端，实现α径向位移分量伪线性二阶积分子系统和β径向位移分量伪线性二阶积分子系统控制闭环；

所述的独立转矩逆系统与独立转矩原系统串联，将独立转矩系统解耦为电机转速伪线性二阶积分子系统和转子磁链伪线性二阶积分子系统，电机转速伪线性二阶积分子系统的电机转速的给定信号和反馈信号连接到转速调节控制器的输入端，转子磁链伪线性二阶积分子系统的转子磁链给定信号和经转子磁链辨识器得到的转子磁链反馈信号连接到磁链调节控制器的输入端，实现电机转速伪线性二阶积分子系统和转子磁链伪线性二阶积分子系统控制闭环。

本发明所述的独立转矩逆系统的模型为