[发明专利]一种无轴承交流异步电机无传感器控制器

说明书

本发明公开一种无轴承交流异步电机无传感器控制器，包含有无轴承交流异步电机的无轴承交流异步电机控制系统的输出端分别连接3s/2s坐标变换模块和无速度传感器控制模块的输入端，3s/2s坐标变换模块的输出端连接无位移传感器控制模块的输入端，无位移传感器控制模块输出端连接无轴承交流异步电机控制系统第二个输入端，无速度传感器控制模块输出端分别连接无位移传感器控制模块以及无轴承交流异步电机控制系统第一个输入端；速度控制模块引入独立于转速的无功功率模型以及与转速有关的无功功率模型进行速度控制，转速识别的精度只受电压及电流的影响，通过无位移传感器控制模块，利用悬浮绕组电流与转子位移的关系实现对转子径向位移的精确估算。

技术领域

本发明属于无轴承交流异步电机驱动控制领域，特别涉及一种结合无位移传感器控制和无速度传感器控制的无传感器控制器。

背景技术

电机在高速超高速运行时，其机械轴承会产生严重的摩擦、腐蚀振动、热磨损等问题，传统的高速电机配有专门的气浮和液压装置，但是这会造成整个电机结构复杂、成本高、体积大等问题，并且气浮和液压装置本身就由于操作难度高而容易出现故障失效，故传统的高速超高速度电机在可靠性和安全性方面还需要进一步改善。磁轴承电机虽然具有无磨损、无机械噪声以及结构简单等特点，可以解决传统超高速电机的摩擦和热磨损问题，但是由于磁轴承电机的轴向利用率低，限制了其临界转速以及输出功率，并且成本较高。

无轴承交流异步电机是利用电动机定子内两组绕组产生的麦克斯韦力来悬浮转子的一种新型高性能电动机。由于其具有无可比拟的体积小、成本低、无摩擦、大功率、低能耗等优点，在航空航天、飞轮储能系统、核反应堆等诸多工业领域得到了广泛的应用。为了在运行时稳定且准确的控制无轴承交流异步电机的悬浮力，需要对转子径向位移进行准确的估算。目前，电涡流位移传感器因其优良的性能在无轴承感应电动机中得到了广泛的应用。但电涡流位移传感器也存在温度稳定性差、噪声大、线性化范围小等缺点，会严重影响无轴承交流异步电机的控制性能。因此，无轴承交流异步电机无位移传感器控制和无速度传感器控制是未来的研究方向。例如：中国专利申请号为201811437141.4，名称是“一种模型参考自适应的异步电机参数辨识方法”，其是针对用于异步电机无速度传感器的控制方法，该方法基于模型参考自适应定子电阻在线辨识来进行转速估计，不仅定子电阻在线辨识的精度会影响转速估计的精度，同时引入的一阶惯性环节虽然避免了传统模型参考自适应控制中的纯积分模块会引起的漂移问题，但是一阶惯性环节的灵敏性和稳定性在实际应用中仍然难以兼顾，最终会造成控制器控制精度的下降和控制结构的复杂。

发明内容

本发明的目的是针对无轴承交流异步电机现有控制方案的缺陷，提供一种能改善无轴承交流异步电机控制精度和系统鲁棒性的无位移传感器和无速度传感器的高性能无传感器控制器，同时针对大部分需要定子电阻识别的无传感器控制策略，本发明所提出的高性能无传感器控制器不需要定子电阻的识别，转速识别的精度只受电压及电流的影响，提高了整体转子转速的识别精度，同时避免了传统磁链模型所带来的积分计算，可以忽略饱和、漂移等问题。