[發明專利]一種無軸承永磁電機徑向位移脈動抑制方法

在審

• 申請號: 202211278284.1
• 申請日: 2022-10-19
• 公開（公告）號: CN115694286A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 石滕瑞;王曉琳;鮑旭聰;寧亞;韓冰陽
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02P21/05
• 分類號: H02P21/05;H02P21/13;H02P21/18
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張弛

本發明公開一種無軸承永磁電機徑向位移脈動抑制方法。所述方法基于自抗擾控制架構并應用于無軸承永磁電機徑向懸浮系統二自由度位移環控制中，控制結構包括第一擴張狀態觀測器、第二擴張狀態觀測器、第一狀態誤差反饋控制器和第二狀態誤差反饋控制器。針對無軸承永磁電機徑向懸浮力交流分量所引起徑向位移脈動大的問題，本發明將基本擴張狀態觀測器與交流信號跟蹤環節組合成復合結構，該結構利用位移傳感器所獲取的位置信息對徑向懸浮系統中的交、直流擾動力分量進行實時精確觀測，并以狀態變量的形式將觀測結果輸送至狀態誤差反饋控制器，形成控制量作用于系統從而實現對擾動的抑制。期間，交流信號跟蹤環節所跟蹤信號的頻率由轉速傳感器所得信號經計算獲取。此種控制方法下的無軸承永磁電機系統能實現對轉子精準穩定、實時可靠的徑向懸浮控制，并有效減小轉子的徑向位移脈動范圍。

技術領域

本發明涉及無軸承永磁電機控制技術領域，具體涉及一種基于改進型擴張狀態觀測器的無軸承永磁電機徑向位移脈動抑制方法。

背景技術

無軸承永磁電機是將磁懸浮技術與永磁電機相結合的一種特種電機，其兼有前者無機械磨損、不需潤滑的優勢和后者結構簡單、功率密度高的特點。因此，采用無軸承永磁電機驅動的泵系統在半導體制造、醫療器械、航空航天等具有嚴格潔凈度指標要求的高速高精電氣驅動領域具有重要科研價值和廣泛應用前景。

無軸承永磁電機系統中，為實現對轉子精確穩定、實時可靠的徑向懸浮控制，二自由度徑向位移外環可采用抗擾性、魯棒性較好的自抗擾控制架構，通過內部擴張狀態觀測器對徑向懸浮系統內外擾動的實時觀測與補償，轉子徑向懸浮可獲得較好控制品質。然而，擴張狀態觀測器具有直流或低頻擾動分量抑制效果好、中高頻交流擾動分量跟蹤性能差的特點，此種局限性在徑向位移環交流擾動大的情況下會進一步放大。其中，由徑向懸浮力模型本身特性和轉子質心不平衡所造成的徑向懸浮力交流分量是位移環交流擾動的主要來源，而這會引起較大的徑向位移脈動。

故，需要一種新的技術方案以解決上述技術問題。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術中所涉及無軸承永磁電機徑向位移脈動大的問題，提供一種基于改進型擴張狀態觀測器的無軸承永磁電機徑向位移脈動抑制方法，使轉子在擾動情況下仍然能在較小徑向位移脈動范圍內精準穩定懸浮。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種無軸承永磁電機徑向位移脈動抑制方法，基于自抗擾控制架構并應用于無軸承永磁電機徑向懸浮系統二自由度位移環控制中，控制結構包括第一擴張狀態觀測器、第二擴張狀態觀測器、第一狀態誤差反饋控制器、第二狀態誤差反饋控制器，其中交流信號跟蹤環節復合于擴張狀態觀測器的擾動觀測回路組合成改進型結構，以增加對徑向懸浮系統中交流擾動力分量的實時觀測與抑制能力，從而減小轉子的徑向位移脈動范圍；該方法包括如下步驟：

步驟1)，利用位移傳感器獲取無軸承永磁電機X、Y方向徑向位移信號x、y，利用轉速傳感器獲取無軸承永磁電機的轉速信號ω；

步驟2)，將位移信號x、轉速信號ω和上一時刻懸浮直軸電流控制信號i_2d^*(k-1)作為第一擴張狀態觀測器的輸入，經計算得到狀態變量z_x1、z_x2、z_x3，z_x1對應X方向位移的觀測值，z_x2對應X方向速度的觀測值，z_x3對應X方向擾動的觀測值；同時，將位移信號y、轉速信號ω和上一時刻懸浮交軸電流控制信號i_2q^*(k-1)作為第二擴張狀態觀測器的輸入，經計算得到狀態變量z_y1、z_y2、z_y3，z_y1對應Y方向位移的觀測值，z_y2對應Y方向速度的觀測值，z_y3對應Y方向擾動的觀測值；