[发明专利]无轴承同步磁阻电机解耦控制系统及其构造方法

说明书

技术领域

本发明涉及无轴承同步磁阻电机无耦合悬浮运行控制技术，属于电力传动设备技术领域，特别是一种无轴承同步磁阻电机解耦控制系统及其构造方法。 

背景技术

无轴承同步磁阻电机是利用电力电子技术和微处理器控制技术实现的同时具有悬浮和旋转功能的新型交流电机，其结构的特殊性在于电机定子槽中有两套绕组：用以产生支承转子悬浮的悬浮绕组和用以产生电磁转矩的转矩绕组。该新型电机具有突出的性能：超高速、无磨损、免润滑等，相比其他类型的无轴承电机(主要有感应型、永磁型和开关磁阻型)，无轴承同步磁阻电机具有控制简单、转子坚固可靠、适用于环境恶劣场所等诸多优点。 

无轴承同步磁阻电机是一个复杂的强耦合非线性系统，为实现电机的稳定悬浮运行，必须解除径向悬浮力和电磁转矩之间、以及径向悬浮力垂直分量和水平分量之间的耦合关系，因此无轴承同步磁阻电机的解耦控制是实现其悬浮和调速同步运行的关键环节。 

经对现有文献和专利的检索发现，Michioka C等人提出了“A Decoupling control method of reluctance-type bearingless motors considersing magnetic saturation”(IEEE Trans.on Industry Applications，1996，32(5)：1204-1210)、张汉年等人提出了“基于前馈补偿器的无轴承同步磁阻电机解耦控制”(东南大学学报自然科学版，2005，Vol.35 Sup(II)：193-197)和“无轴承同步磁阻电机解耦集成控制策略”(电气传动，2009，Vol.39(9)：56-59)，上述解耦策略分别采用前馈补偿和反馈解耦方法，但没有对电机的磁链进行定向，动态性能较差；此外，张汉年等人申请了“无轴承同步磁阻电机径向位置模糊补偿逆控制方法”的国家发明专利(申请号：200910312549.3)、朱烷秋等人申请了“无轴承同步磁阻电机基于支持向量机逆系统复合控制器”的国家发明专利(申请号：201010117622.4)、张婷婷等人申请了“无轴承同步磁阻电机神经网络广义逆解耦控制器构造方法”的国家发明专利(申请号：201110021862.9)，上述解耦方法是在逆系统解耦基础上分别附加了模糊算法、支持向量机算法和神经网络算法，但实现难度加大，且未对电机磁链进行定向，电机的瞬态响应不佳。 

为了从本质上提高无轴承同步磁阻电机的瞬态解耦性能，增强系统对负载扰动的适应性，实现复杂工况下的高性能动态解耦控制，必需采用一些新的控制方法。 

发明内容

本发明的目的是提供一种无轴承同步磁阻电机解耦控制系统及其构造方法，以实现无轴承同步磁阻电机多变量之间的完全动态解耦，并具有优越的瞬态和静态调节性能。 

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种无轴承同步磁阻电机解耦控制系统，包括扩展的闭环调节器、磁场定向解耦模型和两个扩展的SVPWM逆变器，其中： 

扩展的闭环调节器由闭环调节器和一个单边磁拉力补偿模型组成；闭环调节器以转子两轴方向上的给定位移、检测位移、给定转速和检测转速为输入信号，输出转矩给定值和两个混合悬浮力分量；单边磁拉力补偿模型以转子两轴方向上的检测位移为输入信号，输出两个磁拉力补偿量；两个混合悬浮力分量与两个磁拉力补偿量相加求和，之后输出两个悬浮力分量的给定值，作为磁场定向解耦模型的输入信号； 

磁场定向解耦模型由一个转矩控制模型和一个悬浮力/电流调制器组成；其中转矩控制模型以电磁转矩给定值、气隙磁链给定值和电机转矩绕绕组的三相检测电流值为输入信号，输出转矩绕组的两相定子电流参考值到其中一个扩展的SVPWM逆变器中；悬浮力/电流调制器以电磁转矩给定值和扩展的闭环调节器输出的两个悬浮力分量为输入信号，输出悬浮绕组的两相定子电流参考值到另一个SVPWM逆变器中；