[發明專利]一種無軸承永磁薄片電機轉子徑向位移控制器的構造方法

有效

• 申請號: 201310335997.1
• 申請日: 2013-08-05
• 公開（公告）號: CN103427755A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 朱熀秋;祝蘇明;陳金海;許波;汪志群
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02P23/00
• 分類號: H02P23/00;H02P25/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及一種直接對無軸承永磁薄片電機轉子徑向位移進行控制使其達到穩定懸浮并且高速旋轉的控制器，適用于密封泵、高速或超高速數控機床、工業機器人、航空航天、生命科學等眾多使用無軸承永磁薄片電機的特殊電氣傳動領域，屬于電力傳動控制的技術領域。

背景技術

利用電磁軸承支撐無軸承電機的轉子，并對轉子徑向位移進行精確控制實現電機轉子的穩定懸浮一直是無軸承電機研究的重點及難點。現已提出的電機轉子穩定懸浮控制方法主要有兩種：矢量控制方法和直接懸浮力控制方法，基本上能夠實現電機轉子徑向懸浮力的控制，但這兩種控制方法均存在明顯的不足和缺點：矢量控制方法需要繁瑣的坐標變換，增加了控制系統軟件的復雜程度，占用了過多的系統時鐘周期；直接懸浮力控制方法則需要對電機轉子徑向懸浮力進行在線辨識，不但增加了系統硬件設計成本，而且徑向懸浮力辨識精度也決定了系統的整體控制性能。

無軸承永磁薄片電機是一種新型的無軸承電機，它可以利用自身磁阻力巧妙地實現轉子軸向平移與左右、前后翻轉運動三個自由度的被動懸浮控制，在此基礎上，再對其徑向位移進行主動控制。為了實現這種電機轉子的穩定懸浮與高速旋轉，使這種電機能夠得到廣泛應用并發揮其所具有的獨特優勢，需要設計一種能夠實現其轉子徑向穩定懸浮且簡單可行的主動懸浮控制器。

發明內容

本發明提供一種無軸承永磁薄片電機轉子徑向位移控制器的構造方法，所構造的的無軸承永磁薄片電機轉子徑向位移控制器結構簡單、性能可靠，實現無軸承永磁薄片電機電磁轉矩和徑向懸浮力之間的獨立控制，提高無軸承永磁薄片電機的懸浮性能指標，使無軸承永磁薄片電機具有優良的動、靜態控制性能。?

本發明所述一種無軸承永磁薄片電機轉子徑向位移控制器的構造方法采用的技術方案是包括以下步驟：

1）構造由電流內環和速度外環構成的轉速控制器，電流內環由電流閉環調節器、坐標變換、CRPWM逆變器和電流傳感器構成，速度外環由速度閉環調節器、霍爾傳感器構成；采用PI控制器作為速度閉環調節器，采用兩個PI控制器組成電流閉環調節器，利用霍爾傳感器檢測轉子位置角????????????????????????????????????????????????，計算得到轉子實際轉速，以轉子實際轉速和轉速給定值作為速度閉環調節器的輸入，得到轉矩繞組交軸電流給定值；由電流傳感器對三相轉矩繞組實際驅動電流、、采樣，經過第一坐標變換得到轉矩繞組實際直軸、交軸電流、，?以轉矩繞組交軸電流給定值、轉矩繞組直軸電流給定值和轉矩繞組實際直軸、交軸電流、作為電流閉環調節器的輸入，得到轉矩繞組直軸、交軸電流命令值、；第二坐標變換以轉矩繞組直軸、交軸電流命令值、為輸入，以三相轉矩繞組電流命令值、、為輸出，三相轉矩繞組電流命令值，，輸入到CRPWM逆變器后得到輸入無軸承永磁薄片電機的三相轉矩繞組驅動電流、、；

2）設計以轉矩繞組實際直軸、交軸電流、和永磁薄片轉子位置角為輸入，以轉矩繞組氣隙磁鏈幅值及相位為輸出的轉矩繞組氣隙磁鏈估算模塊；

3）由轉子偏心位移和偏心角度計算模塊、微分先行PID控制器、懸浮力繞組電流計算模塊、CRPWM逆變器、徑向位移傳感器和徑向位移計算模塊組成徑向位移控制器；徑向位移傳感器對轉子徑向位移采集，經過徑向位移計算模塊差分處理輸出轉子實際徑向位移X、Y，與轉子位移給定值X*、Y*一并輸入到轉子偏心位移和偏心角度計算模塊，經計算得出轉子偏心位移和偏心角度，轉子偏心位移輸入到微分先行PID控制器得到轉子穩定懸浮所需的徑向懸浮力幅值；懸浮力繞組電流計算模塊以、、、、五個變量作為輸入，以三相懸浮力繞組電流命令值、、為輸出，以三相懸浮力繞組電流命令值，，作為CRPWM逆變器輸入，得到無軸承永磁薄片電機的轉子穩定懸浮所需的三相懸浮力繞組驅動電流、、；

4）調整微分先行PID控制器、速度閉環調節器和電流閉環調節器的參數，并計算懸浮力繞組電流；?

5）由所述轉速控制器、徑向位移控制器和轉矩繞組氣隙磁鏈估算模塊構成無軸承永磁薄片電機轉子徑向位移控制器。

本發明的優點在于：

1．無軸承永磁薄片電機轉子徑向位移控制器將徑向位移傳感器檢測的轉子實際徑向位移X、Y與位移給定值X^*、Y^*進行比較，通過懸浮力繞組電流計算模塊直接生成控制徑向位移所需要的電流值，使永磁薄片轉子穩定懸浮，與矢量控制方法相比，省去了中間復雜的坐標矢量變換，降低了控制系統的復雜程度及控制算法耗用的系統時鐘周期，控制系統響應更快。