[发明专利]基于新型扰动观测器的永磁直线电机无位置传感器控制方法

说明书

本发明公开了一种基于新型扰动观测器的永磁直线电机无位置传感器控制方法。以永磁直线电机静止坐标系下的电压方程为重构目标，设计了新型的扰动观测器，扰动观测器输入为静止坐标系下的电压u_α、u_β和电流i_α、i_β，输出为静止坐标系下的反电势估计值然后将送入锁相环结构，即可求解出位置和速度信息；新型扰动观测器具有较高的抗干扰能力，当存在高频和低频干扰情况下，都能较为精确的估计出位置和速度信息。基于新型扰动观测器的无位置传感器控制方法无需信号注入，避免了滤波器使用，具有高精度和响应速度，确保了永磁直线电机无位置传感器的稳定运行。

技术领域

本发明涉及一种直线永磁电机的无位置控制方法。适用于轨道交通、航空航天、数控机床、物流运输等直线电机位置传感器耗费大量成本、无法安装、或可靠性差的情况。

背景技术

永磁直线电机以其结构简单，高效率，大推力的优点受到了越来越多的应用和关注，特别是在轨道交通中的应用前景广阔，直线电机基本原理与旋转电机相同，只是结构与旋转电机不同。结构的转变拓展了新的应用领域，同时直线电机与旋转电机以其各自特有的优点满足社会不同的需求。然而，永磁直线电机的使用往往需配合位置传感器，而位置传感器一方面耗费成本大，且安装、维护等问题也引起了诸多不便，高温潮湿等恶劣环境下可靠性低。永磁直线电机的无位置传感器运行可以有效解决这一问题，为拓宽永磁直线电机应用有重要意义。

当今科研人员研究的无位置传感器运行策略的方法可分为三类：1、基于凸极或饱和凸极的信号注入法；2、基于电磁方程的基波分析法；3、智能算法。其中，信号注入法适于在低速和零速下使用，基波分析法多适于在中高速情况下使用。基于新型扰动观测器的无位置传感器运行策略从属于基波分析法，以电机的电压方程为重构对象。新型扰动观测器具有精度高，响应快，参数灵活，抗干扰能力强等优点满足无位置传感器运行策略位置估计高精度，快收敛，强稳定性的要求。

发明内容

本发明的目的是设计的新型扰动观测器准确、迅速的估计出位置信息，并对高频干扰和直流干扰具有较强抗干扰能力，最终将高精度的位置信息反馈给控制器，以控制电机可靠运行，基于扰动观测器的位置估计模块代替位置传感器，从而解决了位置传感器其使用时的成本高、恶劣环境可靠性差、大规模实施难度大等问题。

本发明采用的技术方案是：一种基于新型扰动观测器的永磁直线电机无位置传感器控制方法步骤如下：

步骤1，电流和电压的检测和计算：检测永磁直线电机的三相电流i_a，i_b，i_c，并经过3s/2s(Clark)变换得到两相静止坐标系下电流i_α和i_β。检测直流电源的电压与三相占空比，经3s/2s(Clark)变换得两相静止坐标系下电流u_α和u_β。

步骤2，永磁直线电机的启动：两开关置于1触点，系统处于启动阶段。此阶段下，函数发生器给定恒定频率的角度，供坐标变换使用。i_α和i_β再经2s/2r(Park)变换得到两相旋转坐标系下的电流i_d和i_q。i_d参考值为0，i_q参考值为一恰当正值，分别与反馈的i_d，i_q做差，经过PI控制器输出参考电压u_d，u_q。u_d，u_q经过2r/2s(Park^-1)坐标变换后得到u_α，u_β的参考值，最终输出SVPWM波驱电机动子运动。