[發明專利]無軸承永磁同步電機轉矩脈動抑制控制器及其構造方法

在審

• 申請號: 201811032311.0
• 申請日: 2018-09-05
• 公開（公告）號: CN109361332A
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發明（設計）人: 朱熀秋;郝正杰;孫玉坤;陸寶富;楊澤斌;許波;張維煜;孫曉東;潘偉
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02P21/05
• 分類號: H02P21/05;H02P21/22;H02P25/024;H02P27/08;H02P6/10
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本發明公開了一種無軸承永磁同步電機轉矩脈動抑制器及其構造方法，通過轉矩控制器、懸浮力控制器、電流傳感器、光電編碼器和電渦流位移傳感器，轉矩控制器中的轉矩脈動抑制控制器通過PID調節器一調制后得到初始比例值k_c，經過限幅模塊二得到比例值k，PI調節器一調制后生成定子合成電流指令值i_s^*輸入到電流計算模塊，得到直軸電流初始指令值i_Mdc^*和交軸電流指令值i_Mq^*，直軸電流初始指令值i_Mdc^*經過限幅模塊一得到直軸電流指令值i_Md^*，將比例值k和直軸電流指令值i_Md^*輸入判斷模塊，實現增磁調壓控制，既可抑制電機轉矩脈動，又實現了無軸承永磁同步電機的精確調速，并且減弱了電機負載效應對懸浮穩定性的影響，提高了無軸承永磁同步電機高速、超高速運行時的工作性能。

技術領域

本發明屬于電機控制領域，尤其涉及一種無軸承永磁同步電機轉矩脈動抑制控制器及其構造方法。

背景技術

無軸承永磁同步電機是一種集合了永磁同步電機和磁軸承特性的新型電機，它不僅具有永磁同步電機功率因數高、效率高、功率密度大的優點，還具有磁軸承無機械摩擦、無需潤滑和免維護等特點，可實現高速或超高速運行，在化學化工、生命科學、能源交通、航空航天及機器人等領域具有潛在應用前景。但是無軸承永磁同步電機采用永磁體勵磁，轉矩電流小，再由于存在齒槽效應與逆變器開關死區效應，電機繞組電流脈動較大，電流脈動會引入一定程度的紋波轉矩，導致轉速的穩定性變差；而且由于電流跟蹤性能較差，在電機空載或輕載運行時穩定性會變得更差，難以適用于高速高精場合，因此，研究無軸承永磁同步電機的轉矩脈動抑制技術尤為重要。

目前常用的電機轉矩脈動抑制技術主要包括觀測器反饋控制法、編程電流法和轉速環控制器輸出補償法等。專利[CN 105337550A]提出了一種基于無差拍電流控制和角度重復性控制的轉矩脈動抑制技術，實現了在恒速和變速變負載情況下轉矩脈動的抑制，但是這種方法需要進行迭代計算，計算量較大且復雜；專利[CN 103378789A]采用疊加q軸電流補償的方法對轉矩進行抑制，該方法比較依賴電機參數，而電機參數在電機運行過程中是攝動的，對抑制效果會有影響；專利[CN 104579080A]提出了基于增量式卡爾曼濾波器的dq軸電流濾波方法，并通過增量預測方法消除了數字控制方式的一拍滯后延時，有利于減少因相電流極性誤判斷導致的誤補償，但是卡爾曼濾波算法需要花費大量的時間，在實際應用中會對結果產生影響；專利[CN 104579080A]獲取5次和7次諧波電流，通過諧振調節器得到諧波電壓的d軸補償量和q軸補償量，反饋消除5次和7次諧波電流，抑制6次和12次轉矩脈動，該方法避免了傳統轉矩脈動抑制方法中需準確檢測電流過零點的問題，然而諧振調節器在輸入為階躍信號時，輸出電流會產生一定程度的超調，從而影響補償效果。

為了解決上述問題，本發明提出了一種基于增磁調壓的無軸承永磁同步電機轉矩脈動抑制控制器。相比于其他方法，該方法無需準確檢測電流信號，避免了硬件干擾和系統誤差，提高了系統的穩定性和可靠性。

發明內容

本發明根據現有技術針對無軸承永磁同步電機由于轉矩脈動而引起的調速抖動，以及電機負載效應對懸浮力的影響，提出了一種無軸承永磁同步電機轉矩脈動抑制器及其構造方法，既可抑制電機轉矩脈動，又實現了無軸承永磁同步電機的精確調速，并且減弱了電機負載效應對懸浮穩定性的影響，提高了無軸承永磁同步電機高速、超高速運行時的工作性能。

本發明所采用的技術方案如下：

一種無軸承永磁同步電機轉矩脈動抑制控制器包括轉矩控制器、懸浮力控制器、電流傳感器、光電編碼器和電渦流位移傳感器一和電渦流位移傳感器二；