[发明专利]一种基于双两相三桥臂拓扑的无轴承薄片电机控制系统

说明书

本发明公开了一种基于双两相三桥臂拓扑的无轴承薄片电机控制系统，用两相三桥臂拓扑代替传统的双H桥拓扑，总共少了两相桥臂，降低了系统硬件成本。采用基于两相三桥臂拓扑的空间矢量脉宽调制技术，提出了一种基于位移、转速、电流三闭环的无轴承薄片电机空间矢量脉宽调制控制策略。此种控制策略下的无轴承薄片电机控制系统结构简单、动静态性能好且系统鲁棒性强。

技术领域

本发明涉及无轴承薄片电机控制技术领域，尤其涉及一种基于双两相三桥臂拓扑的无轴承薄片电机控制系统。

背景技术

无轴承薄片电机采用磁悬浮技术将电机转子悬浮，从而避免了传统机械轴承电机由于机械损耗导致的轴承寿命短、维护费用高、机械噪声大等问题，并且具有体积小、易安装、精度高等优点。

两相无轴承薄片电机当前多采用传统双H桥逆变拓扑，对于具有悬浮与转矩两套绕组的无轴承薄片电机，则总共需要4个H桥，系统硬件成本较高。故对低成本拓扑驱动两相无轴承薄片电机，并维持其高性能运行的研究具有重大意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的缺陷，提供一种基于双两相三桥臂拓扑的无轴承薄片电机控制系统，针对两相无轴承薄片电机，用两相三桥臂拓扑代替传统的双H桥拓扑，总共少了两相桥臂，降低了系统硬件成本。针对两相三桥臂拓扑，采用空间矢量脉宽调制技术，提出了一种基于位移、转速、电流三闭环的无轴承薄片电机空间矢量脉宽调制控制策略。此种控制策略下的无轴承薄片电机控制系统结构简单、动静态性能好且系统鲁棒性强。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于双两相三桥臂拓扑的无轴承薄片电机控制系统，悬浮系统与转矩系统的控制均采用两相三桥臂拓扑，降低了系统硬件成本。在此基础上，提出了一种基于位移、转速、电流三闭环的无轴承薄片电机空间矢量脉宽调制控制策略，此种控制策略下的无轴承薄片电机控制系统结构简单、动静态性能好且系统鲁棒性强。所述方案的实现步骤如下：

步骤1)，采样无轴承薄片电机实时悬浮和转矩电流信号i_La、i_Lb、i_Ta、i_Tb，转子转角信号θ_r以及位移信号D_xy；

步骤2)，将电机位移信号D_xy通过位移调节器得到转子径向参考力F_xyref，再通过解耦模型解算得到dq坐标系下悬浮参考电流i_Ldref、i_Lqref；

步骤3)，将电机悬浮电流信号i_La、i_Lb以及转子转角信号θ_r进行数学处理，解耦计算得到dq坐标系下悬浮实际电流i_Ld、i_Lq，并结合悬浮参考电流i_Ldref、i_Lqref通过电流调节器得到悬浮指令电压u_Ld、u_Lq；

步骤4)，采用基于三相两桥臂的空间矢量脉宽调制算法，结合悬浮指令电压u_Ld、u_Lq，得到悬浮系统开关信号；

步骤5)，将电机转角信号θ_r进行微分运算得到电机转速ω，通过转速调节器得到dq坐标系下转矩参考电流i_Tdref、i_Tqref；

步骤6)，将电机转矩电流信号i_Ta、i_Tb以及转子转角信号θ_r进行数学处理，解耦计算得到dq坐标系下转矩实际电流i_Td、i_Tq并结合转矩参考电流i_Tdref、i_Tqref通过电流调节器得到转矩指令电压u_Td、u_Tq；