[發明專利]雙繞組無軸承磁通切換電機轉子懸浮快速精準控制方法

有效

• 申請號: 202010881884.1
• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN112019109B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 周揚忠;張競;崔征山;楊公德
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P25/02;H02P27/08;H02N15/00;H02K1/18;H02K3/28
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 陳明鑫;蔡學俊

1.一種雙繞組無軸承磁通切換電機轉子懸浮快速精準控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟S1、將檢測的電機轉子徑向位移矢量[x y]^T與轉子給定位移矢量[x^*y^*]^T＝[00]^T進行轉子徑向位移誤差計算，得到轉子徑向位移誤差矢量[e_x e_y]^T；

步驟S2、選取轉子徑向位移誤差的積分的積分、轉子徑向位移誤差的積分、轉子徑向位移誤差、轉子徑向位移誤差的微分作為懸浮系統狀態變量，懸浮系統狀態變量如下：

式中，上標“′”代表對變量進行一次時間微分；

步驟S3、建立轉子徑向運動狀態空間數學模型，在懸浮系統狀態變量、轉子徑向運動狀態空間數學模型基礎上，基于滑模變結構控制思想，構建徑向懸浮力控制器來代替現有徑向位移閉環控制中的PI控制器，徑向懸浮力控制器的輸出是x軸、y軸懸浮力給定

步驟S4、基于x軸、y軸懸浮力給定轉子位置角θ_r計算懸浮電流給定，得到x軸、y軸懸浮電流給定

步驟S5、利用矢量旋轉因子e^j30及2/3變換，把旋轉變換到靜止三相坐標系，得到三相懸浮繞組電流給定

其中，為sα、sβ坐標系懸浮電流給定；

步驟S6、將三相懸浮繞組電流給定和檢測的三相懸浮繞組電流i_sa、i_sb、i_sc送給懸浮電流控制器，輸出控制三相逆變橋臂開關狀態量S_a～S_c；在S_a～S_c控制作用下，逆變器輸出滿足要求的定子電流，實現轉子徑向懸浮快速精準控制；

所述步驟S3具體實現如下：

S31、建立轉子徑向運動狀態空間數學模型：

其中，F_x、F_y為檢測的磁懸浮力，l_rt為轉子軸長，h為轉子質心高度，ω_rm為轉子轉速，m為轉軸質量，重力加速度g＝9.8kg/m²，I_i、I_k分別為轉子繞i軸、k軸旋轉的轉動慣量；k_x和k_y分別是x、y方向單邊磁拉力系數；上標“”代表對變量進行二次時間微分；

S32、根據懸浮系統狀態變量，建立含有狀態變量的懸浮系統狀態方程：

S33、選取滑模切換面函數S₁(x)和S₂(y)

其中，系數都是大于0的常數；

S34、為了保證良好的動態性能和減小抖振，采用如下的趨近律：

S35、聯立步驟S33與S34，得到x軸、y軸懸浮力給定

其中，sgn(.)表示取對應變量的符號。

2.根據權利要求1所述的雙繞組無軸承磁通切換電機轉子懸浮快速精準控制方法，其特征在于，所述步驟S4中x軸、y軸懸浮電流給定計算公式如下：

其中，N₁₁(θ_r)、N₁₂(θ_r)、N₂₁(θ_r)、N₂₂(θ_r)是與轉子位置角θ_r有關的函數。

3.根據權利要求1所述的雙繞組無軸承磁通切換電機轉子懸浮快速精準控制方法，其特征在于，所述步驟S5中三相逆變橋臂開關狀態量S_a～S_c計算可以采用電流滯環控制策略計算出：

當時，S_i＝1(i＝a～c)，

當時，S_i＝0(i＝a～c)；

其中，ε為允許設定的電流控制誤差。