[發(fā)明專(zhuān)利]無(wú)軸承永磁同步電機(jī)懸浮力前饋補(bǔ)償解耦方法及控制裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110267335.6
• 申請(qǐng)日: 2011-09-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102299680A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張漢年;孫剛;徐開(kāi)軍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): H02P21/14
• 分類(lèi)號(hào): H02P21/14
• 代理公司: 南京天翼專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 王玉梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力傳動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種正弦波表面式無(wú)軸承永磁同步電機(jī)的懸浮力前饋補(bǔ)償解耦方法及控制裝置，適用于表面式無(wú)軸承永磁同步電機(jī)高性能懸浮運(yùn)行與變頻調(diào)速控制。

背景技術(shù)

無(wú)軸承永磁同步電機(jī)是利用磁軸承與普通永磁同步電機(jī)在結(jié)構(gòu)上的相似性，將用于產(chǎn)生徑向懸浮力的懸浮繞組和普通永磁同步電機(jī)固有的轉(zhuǎn)矩繞組一起疊放在定子中，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定懸浮和電磁轉(zhuǎn)矩輸出。由于省略了機(jī)械軸承對(duì)轉(zhuǎn)子的支承，具有一系列突出的高品質(zhì)：超高速、無(wú)磨損、無(wú)潤(rùn)滑、大功率等。相比感應(yīng)型和磁阻型(同步磁阻型和開(kāi)關(guān)磁阻型)等其他無(wú)軸承電機(jī)，無(wú)軸承永磁同步電機(jī)具有控制簡(jiǎn)單、體積小、功率密度大等優(yōu)點(diǎn)。

無(wú)軸承永磁同步電機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的多變量、強(qiáng)耦合、非線(xiàn)性系統(tǒng)，電機(jī)負(fù)載條件下其徑向懸浮力和電磁轉(zhuǎn)矩之間以及兩個(gè)徑向懸浮力分量之間存有交叉耦合關(guān)系，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子懸浮失敗，因此無(wú)軸承電機(jī)永磁同步電機(jī)的解耦控制是實(shí)現(xiàn)其穩(wěn)定懸浮和調(diào)速運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

經(jīng)對(duì)現(xiàn)有專(zhuān)利和文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，費(fèi)德成等人提出了“基于逆系統(tǒng)理論的無(wú)軸承永磁同步電機(jī)解耦控制研究”(中國(guó)工程科學(xué)，2005年第7卷第11期，第48頁(yè)～54頁(yè))、孫玉坤等人提出了“基于α階逆系統(tǒng)五自由度無(wú)軸承永磁電機(jī)解耦控制”(中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2006年第26卷第1期，第120頁(yè)～126頁(yè))，上述解耦控制采用完全依賴(lài)于被控電機(jī)精確模型的解析逆系統(tǒng)方法，該方法對(duì)電機(jī)參數(shù)變化和負(fù)載擾動(dòng)的魯棒性較差；孫曉東等人申請(qǐng)了“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆無(wú)軸承永磁同步電機(jī)解耦控制器構(gòu)造方法”的國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利(專(zhuān)利號(hào)：200710190554.2)、朱熀秋等人申請(qǐng)了“基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆五自由度無(wú)軸承永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)及控制方法”(專(zhuān)利號(hào)：200510040065.X)，上述解耦方法是在逆系統(tǒng)基礎(chǔ)上融入了復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，該方法導(dǎo)致控制算法更加復(fù)雜，工程實(shí)現(xiàn)難度加大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢；黃守道等人在“永磁型無(wú)軸承電機(jī)解耦控制策略”論文中(控制工程，2010年第17卷第5期，第603頁(yè)～606頁(yè))，提出了一種基于轉(zhuǎn)矩繞組氣隙磁場(chǎng)定向的解耦控制算法，該方法中轉(zhuǎn)矩繞組氣隙磁鏈幅值和相位的檢測(cè)值與實(shí)際值之間誤差較大，導(dǎo)致解耦效果不佳。

為了從本質(zhì)上提高無(wú)軸承永磁同步電機(jī)對(duì)負(fù)載擾動(dòng)的適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)不同工況下的高性能動(dòng)態(tài)解耦控制，必需采用一些新的控制方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種無(wú)軸承永磁同步電機(jī)懸浮力前饋補(bǔ)償解耦方法，以實(shí)現(xiàn)具有優(yōu)越動(dòng)、靜態(tài)調(diào)節(jié)性能的無(wú)軸承永磁同步電機(jī)多變量解耦；

本發(fā)明的另一個(gè)目的還在于提供一種基于上述方法對(duì)無(wú)軸承永磁同步電機(jī)懸浮力進(jìn)行前饋補(bǔ)償解耦的控制裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：一種無(wú)軸承永磁同步電機(jī)懸浮力前饋補(bǔ)償解耦方法，其包括以下步驟：

1)構(gòu)造擴(kuò)展的電流滯環(huán)PWM逆變器，其以被控電機(jī)轉(zhuǎn)矩繞組定子電流的兩個(gè)分量和以及轉(zhuǎn)速檢測(cè)值ω作為輸入信號(hào)，其輸出三相實(shí)際電流i_A1、i_B1、i_C1連接被控電機(jī)轉(zhuǎn)矩繞組，用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；

2)構(gòu)造擴(kuò)展的耦合懸浮力模型：其中包括構(gòu)造擴(kuò)展的坐標(biāo)變換、耦合懸浮力模型和懸浮運(yùn)動(dòng)模型；擴(kuò)展的坐標(biāo)變換包括積分運(yùn)算、反正切運(yùn)算、Cark變換和Park變換，將該擴(kuò)展的坐標(biāo)變換與耦合懸浮力模型、懸浮運(yùn)動(dòng)模型依次連接組成擴(kuò)展的耦合懸浮力模型；

3)構(gòu)造擴(kuò)展的前饋補(bǔ)償解耦控制器，其中包括構(gòu)造前饋補(bǔ)償解耦控制器和廣義坐標(biāo)變換；該廣義坐標(biāo)變換包括反正切運(yùn)算、積分運(yùn)算、Park逆變換和Cark逆變換，該擴(kuò)展的前饋補(bǔ)償解耦控制器以?xún)蓚€(gè)懸浮力分量參考值和轉(zhuǎn)矩電流分量i_q、永磁體等效勵(lì)磁電流i_f和轉(zhuǎn)速ω為其輸入信號(hào)，其輸出懸浮繞組三相電流參考值經(jīng)一個(gè)電流滯環(huán)PWM逆變器后輸出實(shí)際三相電流i_A2、i_B2、i_C2，作為步驟2)中擴(kuò)展的耦合懸浮力模型的輸入信號(hào)，擴(kuò)展的耦合懸浮力模型輸出兩軸方向上的轉(zhuǎn)子徑向位移x、y；

4)對(duì)兩個(gè)已解耦的懸浮力子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)分別設(shè)計(jì)閉環(huán)調(diào)節(jié)器。