[发明专利]无轴承永磁同步电机径向力精确补偿解耦控制方法

说明书

本发明提出一种无轴承永磁同步电机径向力精确补偿解耦控制方法，包括位置控制器、力/电流转换、电流控制器、径向位移传感模块、转矩绕组磁链和转子角位置观测器、神经网络以及电压型逆变器。离线训练神经网络确定无轴承永磁同步电机系统力‑位置模型；将径向位移传感测量信号与转子角位置观测信号反馈到神经网络输入端，得到的输出信号与位置控制器的输出信号叠加，实现对无轴承永磁同步电机径向力的精确补偿解耦控制。该方法解决了转子径向位置x，y间的非线性耦合问题，提高了转子悬浮的控制精度与响应速度等动态与静态系统性能，达到对无轴承永磁同步电机悬浮子系统高精度控制的目的。

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，具体涉及无轴承永磁同步电机径向力精确补偿解耦控制方法，适用于无轴承永磁同步电机的高性能控制。

背景技术

无轴承电机通过磁场力将转子悬浮于电机内部空间，去除了传统电机中支承电机转子的机械轴承。无轴承电机结合了磁悬浮轴承和电机的功能，具有无摩擦，无磨损，无污染，无需润滑，免维护运行，高耐久性，高速以及高精度的优点，相较于磁悬浮轴承降低了系统复杂性和转子轴向长度；无轴承电机在机床主轴、涡轮分子泵、飞轮储能、人工心脏以及要求高洁净度环境的半导体产业等领域具有广泛的应用前景。无轴承永磁同步电机是具有无轴承特点的永磁同步电机，在具有上述无轴承电机优点的同时更进一步的具有结构简单，运行可靠，高效率，高功率密度和扭矩密度，高鲁棒性以及适用于高速等优点。

无轴承永磁同步电机是一个多变量，非线性，强耦合的系统，解耦控制是实现无轴承永磁同步电机稳定工作的难点。转子磁场定向控制可以实现电磁转矩与径向悬浮力之间的解耦控制；但是理论分析证明在径向位移x，y之间也存在较强的非线性耦合问题，这会影响转子悬浮的稳态误差与响应速度等静态与动态性能。由于电机系统参数的变化，转子径向偏心力的线性补偿对于系统控制性能的提高有限，因此需要设计一种可以实现对于转子径向偏心力精确补偿的控制方法。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种无轴承永磁同步电机径向力精确补偿解耦控制方法，解决无轴承永磁同步电机中存在的α，β方向上位移之间非线性耦合的问题，提高无轴承永磁同步电机转子悬浮的控制精度和动态响应速度等性能。

本发明是采用以下技术方案及技术措施实现的。

本发明提出一种无轴承永磁同步电机径向力精确补偿解耦控制方法，包含如下步骤：

步骤一、径向位移传感器提供转子位置信号x，y与参考位置x^*，y^*比较得到位置误差信号E_x，E_y；

步骤二、位置控制器对位置误差信号E_x，E_y进行放大，得到径向力F_α和F_β；

步骤三、径向位移传感器提供的转子位置信号x，y以及转子角位置观测信号θ作为神经网络的输入，得到转子偏心补偿力F_sx，F_sy；

步骤四、步骤二中的径向力F_α和F_β和步骤三中的偏心补偿力F_sx，F_sy叠加得到参考径向力经过力/电流转换输出参考电流转矩绕组磁链观测器为力/电流转换提供其计算所必须的转矩绕组磁链信息；

步骤五、参考电流经过电流PI控制器输出电压信号u_α和u_β作为电压型逆变器的输入，产生悬浮绕组所需的驱动电流。

所述步骤三中的径向偏心力F_sx，F_sy即为转子所受单边磁拉力，可以近似由下式表示：

式中，可知F_sx，F_sy非线性耦合。