[發明專利]一種無軸承同步磁阻電機懸浮系統構造方法

有效

• 申請號: 201110254720.7
• 申請日: 2011-08-31
• 公開（公告）號: CN102281029A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發明（設計）人: 孫剛;張漢年;徐開軍
• 申請（專利權）人: 南京信息職業技術學院
• 主分類號: H02P6/18
• 分類號: H02P6/18
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 王玉梅

技術領域

本發明涉及交流電機控制技術領域，特別是一種基于轉子位移觀測和電流內模解耦控制方法的無軸承同步磁阻電機懸浮系統構造方法，適用于高速條件下無位移傳感器的無軸承同步磁阻電機電流解耦控制。

背景技術

無軸承同步磁阻電機是在普通同步磁阻電機定子繞組(轉矩繞組)上再疊加一套附加繞組(懸浮繞組)，用以產生一個支承轉子恒定懸浮的徑向磁懸浮力，控制電機兩套繞組的電流便能使電機同時產生電磁轉矩和懸浮力。特殊的結構決定無軸承同步磁阻電機具有突出的高品質：低噪聲、低功耗、高轉速、免潤滑、高潔凈等。與其他類型的無軸承電機相比，無軸承同步磁阻電機具有堅固可靠、控制簡單、轉矩脈動低等優點。無軸承同步磁阻電機在高速精密機床主軸驅動、飛輪儲能發電系統、家用電器、工業機器人等先進電控裝備中的電力傳動領域極具應用價值。

目前無軸承同步磁阻電機懸浮系統中對轉子徑向位移的精確檢測大都采用機械式電渦流位移傳感器，采用位移傳感器帶來的缺陷有：位移傳感器增大電機系統的制造成本，同時導致電機的體積增大，降低電機的可靠性。現有技術中已公開一項關于無軸承同步磁阻電機的無位移傳感器控制方法國家發明專利申請(申請號：201010017952.6)，但該申請中所述方法的算法復雜，對控制系統的軟、硬件要求較高，額外注入的高頻信號會增大轉矩脈動。

另一方面，高速條件下無軸承同步磁阻電機的懸浮繞組定子電流存有復雜耦合關系，導致傳統的懸浮系統瞬態調節性能不佳，要實現電機的高性能高速運行，必需解除懸浮繞組定子電流之間的相互干擾，目前尚無有關專利和文獻涉及此項問題。

為進一步提高無軸承同步磁阻電機懸浮系統的控制性能，實現電機的無位移傳感器轉子位移觀測，同時解除懸浮繞組定子電流耦合關系，必需采用一些新的控制方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠提高懸浮運行性能的無軸承同步磁阻電機懸浮系統構造方法，基于本發明方法構建的系統可無需采用機械位移傳感器，同時實現懸浮繞組定子電流解耦控制，且具有結構簡單、性能優良等優點。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：一種無軸承同步磁阻電機懸浮系統構造方法，包括以下步驟：

1)構建擴展的位移觀測器，分別檢測電機懸浮繞組和轉矩繞組三相電流，經坐標變換后，得到同步旋轉坐標下的兩相電流，作為擴展的位移觀測器的輸入信號；擴展的位移觀測器輸出信號為靜止坐標下的轉子徑向位移觀測值和懸浮力的參考值；

2)建立擴展的懸浮力/電流調制器模型，擴展的位移觀測器輸出的懸浮力參考值作為擴展的懸浮力/電流調制器的輸入信號；

3)構造內模控制器，將步驟2)中擴展的懸浮力/電流調制器輸出的兩個電流分量與步驟1)中的同步旋轉坐標下的兩相電流之間的偏差，分別送入內模控制器的兩個輸入端；內模控制器輸出懸浮繞組的兩相參考電壓；

4)構造SVPWM逆變器，將步驟3)中內模控制器輸出的定子電壓給定值信號作為SVPWM電壓源逆變器的輸入參考信號，SVPWM逆變器輸出實際需要的三相電壓向懸浮繞組供電，產生電機轉子所需的徑向懸浮力，實現轉子的穩定懸浮運行。

作為一種改進，本發明步驟1)中擴展的位移觀測器包括PI自適應率、PID調節器、懸浮力觀測器和Park逆變換；擴展的位移觀測器相對應的轉子位移觀測方法包括以下步驟：

11)構建懸浮力觀測器：在同步旋轉d、q坐標系下無軸承同步磁阻電機轉子兩垂直方向上的徑向懸浮力分量F_x、F_y為：