[發明專利]一種軸向分相混合勵磁式磁懸浮電機控制系統

在審

• 申請號: 202210414458.6
• 申請日: 2022-04-20
• 公開（公告）號: CN114598225A
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 王冬冬;孫玉坤;朱志瑩
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: H02P23/00
• 分類號: H02P23/00;H02P23/14;H02P27/08;H02N15/00;H02K16/04;H02K1/18;H02K1/17;H02K1/14;H02K3/28
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種軸向分相混合勵磁式磁懸浮電機控制系統，其特征在于，包括以下模塊：位置傳感器、位移傳感器、轉矩和懸浮力估計模塊、二階滑模控制器、滯環比較器、脈沖產生模塊和功率變換器；

所述位置傳感器采集得到軸向分相混合勵磁式磁懸浮電機轉子實時位置角度θ，并通過對轉子位置角度θ進行微分得到電機轉速ω；

所述位移傳感器為八個電渦流位移傳感器，其測量轉子徑向四自由度偏心位移(x_A,y_A,x_B,y_B)；

所述轉矩和懸浮力估計模塊根據轉子實時位置角θ和徑向四自由度偏心位移(x_A,y_A,x_B,y_B)計算得到電機實時電磁轉矩和懸浮力；

所述二階滑模控制器通過選取滑模函數和控制率，使得控制量的運動軌線到達滑動流形，并在未來時刻保持在該流形上；

所述滯環比較器具有上下兩個閾值U+和U-，U+為滯環比較器的上閾值，U-為滯環比較器的下閾值，當輸入值Uin≥U+時，輸出邏輯信號1，若此時Uin開始減小但仍大于U-，則輸出邏輯信號的值仍保持為1；當Uin≤U-時，輸出邏輯信號-1，若此時Uin增大但仍小于U+，則輸出邏輯信號的值仍保持為-1；

所述脈沖產生模塊將前級的輸入經過所設置的邏輯產生脈沖寬度調制信號，輸出具有0和1兩個值的信號，0控制開關管關斷，1控制開關管導通；

所述功率變換器由前級脈沖產生模塊所產生的PWM脈沖控制其開關管的開通和關斷，并輸出預期電流控制電機的轉速和徑向位移。

2.根據權利要求1所述的軸向分相混合勵磁式磁懸浮電機控制系統，其特征在于，八個電渦流位移傳感器徑向安裝在軸向分相混合勵磁式磁懸浮電機定子軸兩端，采用差動檢測的方式進行檢測。

3.根據權利要求1所述的軸向分相混合勵磁式磁懸浮電機控制系統，其特征在于，所述二階滑模控制器采用超螺旋算法，其控制率為：

在上式中，u為滑模控制率，K₁、K₂為滑模參數，s為滑模函數，sgn為符號函數，當s＞0時，sgn(s)＝1，當s＝0時，sgn(s)＝0，當s＜0時，sng(s)＝-1；

電機的機電運動方程為：

在上式中，J為電機的轉動慣量，ω為電機的角速度，T_e為電磁轉矩，T_L為負載轉矩，B為阻尼系數；

進一步地，將上式轉換為：

其中，為電機的角速度ω對時間的導數，u和d的表達式如下所示：

將超螺旋算法控制率公式代入轉換后的機電運動方程中可得：

在上式中，為滑模函數s對時間的導數，d為擾動項，包括負載轉矩、風阻等；

最終得到參考轉矩為：

在上式中，T_e^*為參考電磁轉矩。

4.根據權利要求1所述的軸向分相混合勵磁式磁懸浮電機控制系統，其特征在于，所述脈沖產生模塊根據前級的輸入產生寬度可調節的脈沖控制信號，并控制功率器件的開通和關斷，同時控制輸出的電流值。

5.根據權利要求1所述的軸向分相混合勵磁式磁懸浮電機控制系統，其特征在于，所述功率變換器采用的功率器件為絕緣柵雙極型晶體管，結構為H橋結構。

6.根據權利要求1所述的軸向分相混合勵磁式磁懸浮電機控制系統，其特征在于，所述功率變換器中轉矩繞組功率變換器和懸浮繞組功率變換器采用相同的H橋結構，每相的轉矩繞組和懸浮繞組分開控制。

7.根據權利要求6所述的軸向分相混合勵磁式磁懸浮電機控制系統，其特征在于，懸浮繞組分為x方向懸浮繞組和y方向懸浮繞組，兩方向懸浮繞組分開控制。