[發(fā)明專利]無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子偏心位移控制器及其構(gòu)造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310336188.2
• 申請(qǐng)日: 2013-08-05
• 公開（公告）號(hào): CN103414428A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱熀秋;祝蘇明;曹莉;刁小燕;潘偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P23/00
• 分類號(hào): H02P23/00;H02P23/12;H02P25/08
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種直接對(duì)無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子偏心位移進(jìn)行控制使其達(dá)到穩(wěn)定懸浮和高速旋轉(zhuǎn)的控制器，適用于無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)的高性能控制。無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)在機(jī)床電主軸、渦輪分子泵、離心機(jī)、壓縮機(jī)、機(jī)電貯能、航空航天等特殊電氣傳動(dòng)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景,?屬于電力傳動(dòng)控制設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

利用電磁軸承支撐無(wú)軸承電機(jī)的轉(zhuǎn)子，并對(duì)轉(zhuǎn)子偏心位移進(jìn)行精確控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的穩(wěn)定懸浮一直是無(wú)軸承電機(jī)研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)。現(xiàn)有的電機(jī)轉(zhuǎn)子穩(wěn)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?qū)崿F(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)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：矢量控制方法需要繁瑣的坐標(biāo)變換，增加了控制系統(tǒng)軟件和硬件的復(fù)雜程度，占用了過(guò)多的系統(tǒng)時(shí)鐘周期；直接懸浮力控制方法則需要對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子徑向懸浮力進(jìn)行在線辨識(shí)，不但增加了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)成本，而且徑向懸浮力辨識(shí)精度也決定了系統(tǒng)的整體控制性能。

無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)是一種既具有磁軸承優(yōu)良性能，又兼?zhèn)渫酱抛桦姍C(jī)特點(diǎn)的新型電機(jī)。同傳統(tǒng)無(wú)軸承電機(jī)相比，無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)具有諸多優(yōu)勢(shì)：轉(zhuǎn)子上無(wú)需永磁體和勵(lì)磁繞組，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，成本低等。由于其能夠?qū)崿F(xiàn)較高的凸極比，還具有高轉(zhuǎn)矩密度、快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)、低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、低損耗、高功率因數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，更加適合高速及高精度應(yīng)用領(lǐng)域。為了實(shí)現(xiàn)這種電機(jī)轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定懸浮與高速旋轉(zhuǎn)，使這種電機(jī)能夠得到廣泛應(yīng)用并發(fā)揮其所具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，需要一種能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮且簡(jiǎn)單可行的懸浮控制器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠的無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子偏心位移控制器及該控制器的構(gòu)造方法，提高無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)的懸浮性能指標(biāo)，使無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)具有更加優(yōu)良的動(dòng)、靜態(tài)控制性能。

?本發(fā)明無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子偏心位移控制器采用的技術(shù)方案是：所述偏心位移控制器由轉(zhuǎn)速控制器、轉(zhuǎn)矩繞組氣隙磁鏈估算模塊和偏心位移控制器組成，轉(zhuǎn)速控制器由速度閉環(huán)調(diào)節(jié)器、坐標(biāo)變換、CRPWM逆變器、光電編碼器和速度計(jì)算模塊組成，速度閉環(huán)調(diào)節(jié)器由PI控制器組成，坐標(biāo)變換由Park逆變換和Clark逆變換組成，速度閉環(huán)調(diào)節(jié)器、坐標(biāo)變換和第一CRPWM逆變器依次串接，第一CRPWM逆變器輸出連接無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)輸入，無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)經(jīng)光電編碼器和速度計(jì)算模塊得到電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)際轉(zhuǎn)速；偏心位移控制器由位移閉環(huán)調(diào)節(jié)器、懸浮力繞組電流計(jì)算模塊、第二CRPWM逆變器、偏心位移傳感器和偏心位移計(jì)算模塊組成；位移閉環(huán)調(diào)節(jié)器、懸浮力繞組電流計(jì)算模塊和第二CRPWM逆變器依次串接，第二CRPWM逆變器輸出連接無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)輸入，無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)經(jīng)偏心位移傳感器和偏心位移計(jì)算模塊得到電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)際位移；轉(zhuǎn)矩繞組氣隙磁鏈估算模塊由U-I模型磁鏈觀測(cè)器和極坐標(biāo)變換組成。

本發(fā)明無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子偏心位移控制器的構(gòu)造方法采用的技術(shù)方案是：包括以下步驟：

1）用PI控制器作為速度閉環(huán)調(diào)節(jié)器，與由一個(gè)Park逆變換和一個(gè)Clark逆變換串接組成的坐標(biāo)變換相串接，光電編碼器輸出轉(zhuǎn)子位置角????????????????????????????????????????????????，經(jīng)過(guò)速度計(jì)算模塊得到轉(zhuǎn)子實(shí)際轉(zhuǎn)速，與轉(zhuǎn)速給定值一并輸入至速度閉環(huán)調(diào)節(jié)器，由速度閉環(huán)調(diào)節(jié)器得到轉(zhuǎn)矩繞組交軸電流給定值，以轉(zhuǎn)矩繞組交軸電流給定值和轉(zhuǎn)矩繞組直軸電流給定值作為坐標(biāo)變換輸入，得到三相轉(zhuǎn)矩繞組電流命令值、、，經(jīng)第一CRPWM逆變器得到輸入無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)的三相轉(zhuǎn)矩繞組驅(qū)動(dòng)電流、、；

2）U-I模型磁鏈觀測(cè)器以三相轉(zhuǎn)矩繞組相電壓、、和相電流、、作為輸入，經(jīng)過(guò)Clark變換和極坐標(biāo)變換得到轉(zhuǎn)矩繞組氣隙磁鏈幅值及相位；將兩個(gè)模糊PID控制組成位移閉環(huán)調(diào)節(jié)器，偏心位移傳感器對(duì)轉(zhuǎn)子偏心位移進(jìn)行采集，經(jīng)過(guò)偏心位移計(jì)算模塊差分處理輸出轉(zhuǎn)子實(shí)際位移X、Y，位移閉環(huán)調(diào)節(jié)器得到兩相靜止坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮所需的徑向懸浮力、；懸浮力繞組電流計(jì)算模塊以、、、、、六個(gè)變量作為輸入，為轉(zhuǎn)子偏心角度且，以三相懸浮力繞組電流命令值、、為輸出，輸入第二CRPWM逆變器得到輸入無(wú)軸承同步磁阻電機(jī)的三相懸浮力繞組驅(qū)動(dòng)電流、、；