[發明專利]無軸承永磁同步電機徑向力精確補償解耦控制方法

有效

• 申請號: 202010059364.2
• 申請日: 2020-01-18
• 公開（公告）號: CN111245318B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 付新;李玲玲;蘇芮;胡亮
• 申請（專利權）人: 浙江大學;浙江啟爾機電技術有限公司
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/13;H02P6/182;H02P25/022
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱亞冠

本發明提出一種無軸承永磁同步電機徑向力精確補償解耦控制方法，包括位置控制器、力/電流轉換、電流控制器、徑向位移傳感模塊、轉矩繞組磁鏈和轉子角位置觀測器、神經網絡以及電壓型逆變器。離線訓練神經網絡確定無軸承永磁同步電機系統力?位置模型；將徑向位移傳感測量信號與轉子角位置觀測信號反饋到神經網絡輸入端，得到的輸出信號與位置控制器的輸出信號疊加，實現對無軸承永磁同步電機徑向力的精確補償解耦控制。該方法解決了轉子徑向位置x，y間的非線性耦合問題，提高了轉子懸浮的控制精度與響應速度等動態與靜態系統性能，達到對無軸承永磁同步電機懸浮子系統高精度控制的目的。

技術領域

本發明涉及電機控制技術領域，具體涉及無軸承永磁同步電機徑向力精確補償解耦控制方法，適用于無軸承永磁同步電機的高性能控制。

背景技術

無軸承電機通過磁場力將轉子懸浮于電機內部空間，去除了傳統電機中支承電機轉子的機械軸承。無軸承電機結合了磁懸浮軸承和電機的功能，具有無摩擦，無磨損，無污染，無需潤滑，免維護運行，高耐久性，高速以及高精度的優點，相較于磁懸浮軸承降低了系統復雜性和轉子軸向長度；無軸承電機在機床主軸、渦輪分子泵、飛輪儲能、人工心臟以及要求高潔凈度環境的半導體產業等領域具有廣泛的應用前景。無軸承永磁同步電機是具有無軸承特點的永磁同步電機，在具有上述無軸承電機優點的同時更進一步的具有結構簡單，運行可靠，高效率，高功率密度和扭矩密度，高魯棒性以及適用于高速等優點。

無軸承永磁同步電機是一個多變量，非線性，強耦合的系統，解耦控制是實現無軸承永磁同步電機穩定工作的難點。轉子磁場定向控制可以實現電磁轉矩與徑向懸浮力之間的解耦控制；但是理論分析證明在徑向位移x，y之間也存在較強的非線性耦合問題，這會影響轉子懸浮的穩態誤差與響應速度等靜態與動態性能。由于電機系統參數的變化，轉子徑向偏心力的線性補償對于系統控制性能的提高有限，因此需要設計一種可以實現對于轉子徑向偏心力精確補償的控制方法。

發明內容

本發明的主要目的是提供一種無軸承永磁同步電機徑向力精確補償解耦控制方法，解決無軸承永磁同步電機中存在的α，β方向上位移之間非線性耦合的問題，提高無軸承永磁同步電機轉子懸浮的控制精度和動態響應速度等性能。

本發明是采用以下技術方案及技術措施實現的。

本發明提出一種無軸承永磁同步電機徑向力精確補償解耦控制方法，包含如下步驟：

步驟一、徑向位移傳感器提供轉子位置信號x，y與參考位置x^*，y^*比較得到位置誤差信號E_x，E_y；

步驟二、位置控制器對位置誤差信號E_x，E_y進行放大，得到徑向力F_α和F_β；

步驟三、徑向位移傳感器提供的轉子位置信號x，y以及轉子角位置觀測信號θ作為神經網絡的輸入，得到轉子偏心補償力F_sx，F_sy；

步驟四、步驟二中的徑向力F_α和F_β和步驟三中的偏心補償力F_sx，F_sy疊加得到參考徑向力經過力/電流轉換輸出參考電流轉矩繞組磁鏈觀測器為力/電流轉換提供其計算所必須的轉矩繞組磁鏈信息；

步驟五、參考電流經過電流PI控制器輸出電壓信號u_α和u_β作為電壓型逆變器的輸入，產生懸浮繞組所需的驅動電流。

所述步驟三中的徑向偏心力F_sx，F_sy即為轉子所受單邊磁拉力，可以近似由下式表示：

式中，可知F_sx，F_sy非線性耦合。