专利名称：绕组分段直线电机的无传感器控制装置及控制方法
技术领域：
本发明涉及一种绕组分段直线电机的无传感器控制装置及控制方法，属于直线电机控制技术领域。
背景技术：
直线电机不需要中间转换机构，可以将电能直接转换成直线运动的机械能，实现对系统的直接驱动，可应用于舰载机弹射起飞、火箭和卫星发射、科学实验、星际航行及采油设备等领域，极具运行优势和应用潜力。
直线电机分为短初级长次级和长初级短次级两种类型，前者在短行程场合具有一定优势，但次级运动时会带来拖曳电缆导线的问题。短次级直线电机则没有这些缺点，但其初级电枢较长，绕组的电阻和电感较大，会引起电机的损耗及系统效率的降低。所以长初级电机绕组一般采用分段供电的方式驱动。这种分段供电的直线电机只对与次级产生耦合的电枢段通电，并根据次级位置的变化将电源顺次切换至其余电枢段，并可随时更替发生故障的模块，便于维护管理。
绕组分段直线电机在运行过程中，控制系统需要根据准确的位置及速度信号来保证供电切换及控制策略的实施。传统的获取位置及速度信号的方法是采用机械传感器，但在一些特殊场合如电磁弹射领域，检测系统面临高温、粉尘、振动、强磁场等特殊工况，会对机械传感器(如光栅尺、磁栅尺)及其连接器形成很大干扰，极易导致传感器性能的不稳定，而影响检测精度。同时，对于高速直线电机来说，机械传感器的安装增加了电机动子与控制系统之间的连接线和接口电路，造成系统的可靠性难以保证。另外，在行程较长的系统中，常规传感器的大量铺设无疑增加了系统成本和维修难度。而位置信息和速度信息的获取又是必不可少的，随着无传感器技术研究理论渐趋成熟，无传感器检测成为解决这些问题的重要手段。
无位置传感器技术的基本原理是依赖于电机系统本身的运行状态变量(如磁链或者反电势等)来估计运动部件的位置和速度信息。在电机处于低速时，大多利用电机的凸极特性以及磁场饱和特性来预估运动部件的位置和速度；处于高速状态时，反电势或者磁链中就包含有位置及速度信号，这使得高速时的无传感技术比低速有着更广泛的应用范围，而且相对更简单。相比于普通电机呈现周期性变化的状态变量，绕组分段直线电机的次级动子在两电枢段之间过渡时，具有两通路的三相反电势或磁链信号，它们随动子位置而呈现出非周期性变化。因此，对于绕组分段直线电机来说，常规的普通高速电机无传感器检测的方法显然不能够适用，它必需获取准确的速度或位置信息来进行供电切换，若检测方法不当，不能准确识别动子位置，必然会造成供电切换的失效，影响电机运行的稳定性，甚至造成电机系统的损坏。发明内容
本发明的目的是解决常规的普通高速电机无传感器控制的方法不能用于绕组分段直线电机的控制的问题，提供一种绕组分段直线电机的无传感器控制装置及控制方法。
本发明所述绕组分段直线电机的无传感器控制装置，所述直线电机每个定子段的长度均大于所述直线电机动子沿运动方向的长度，它由第一智能功率模块、第二智能功率模块、第一电流传感器、第二电流传感器、光隔驱动器、逻辑信号处理及锁存器和微控制器 DSP组成，
微控制器DSP由第一电流信号采样处理单元、第二电流信号采样处理单元、第一 Clark变换单元、第二 Clark变换单元、第一 Park变换单元、第二 Park变换单元、第一反电势观测器、第二反电势观测器、区间判断信号单元、复合相加单元、位置及速度估计单元、速度调节器、第一电流调节器、第二电流调节器、第一 Park逆变换单元、第二 Park逆变换单元、第一空间矢量脉宽调制单元和第二空间矢量脉宽调制单元组成，
第一智能功率模块用于对所述直线电机的奇数段绕组进行驱动，第二智能功率模块用于对所述直线电机的偶数段绕组进行驱动，
第一电流传感器用于采集第一智能功率模块中的三相电流信号，第二电流传感器用于采集第二智能功率模块中的三相电流信号，
第一电流传感器的电流信号输出端连接第一电流信号采样处理单元的电流信号输入端，第一电流信号采样处理单元的电流信号输出端连接第一 Clark变换单元的电流信号输入端，第一 Clark变换单元的电流信号输出端同时连接第一 Park变换单元的电流信号输入端和第一反电势观测器的电流信号输入端，第一反电势观测器的电压信号输入端连接第一 Park逆变换单元的电压信号输出端，第一反电势观测器的电势信号输出端同时连接区间判断信号单元的第一电势信号输入端和复合相加单元的第一电势信号输入端，
第二电流传感器的电流信号输出端连接第二电流信号采样处理单元的电流信号输入端，第二电流信号采样处理单元的电流信号输出端连接第二 Clark变换单元的电流信号输入端，第二 Clark变换单元的电流信号输出端同时连接第二 Park变换单元的电流信号输入端和第二反电势观测器的电流信号输入端，第二反电势观测器的电压信号输入端连接第二 Park逆变换单元的电压信号输出端，第二反电势观测器的电势信号输出端同时连接区间判断信号单元的第二电势信号输入端和复合相加单元的第二电势信号输入端，
复合相加单元的电势信号输出端连接位置及速度估计单元的电势信号输入端，位置及速度估计单元的段间位置系数输入端连接区间判断信号单元的段间位置系数输出端， 区间判断信号单元的段间位置系数输出端同时连接逻辑信号处理及锁存器段间位置系数输入端，
位置及速度估计单元的位置信号输出端同时连接第一 Park变换单元的位置信号输入端、第一 Park逆变换单元的位置信号输入端、第二 Park变换单元的位置信号输入端及第二 Park逆变换单元的位置信号输入端，
位置及速度估计单元的速度信号输出端连接速度调节器的估算速度信号输入端， 速度调节器的给定速度信号输入端用于输入给定速度信号，
速度调节器电流信号输出端同时连接第一电流调节器的估计电流信号输入端和第二电流调节器的估计电流信号输入端，第一电流调节器的给定电流信号输入端用于输入给定电流信号，第一电流调节器的Park变换电流信号输入端连接第一 Park变换单元的电流信号输出端，第一电流调节器的电压信号输出端连接第一 Park逆变换单元的电压信号输入端，第一 Park逆变换单元的电压信号输出端连接第一空间矢量脉宽调制单元的电压信号输入端，第一空间矢量脉宽调制单元的电压信号输出端连接逻辑信号处理及锁存器的第一电压信号输入端，
第二电流调节器的给定电流信号输入端用于输入给定电流信号，第二电流调节器的Park变换电流信号输入端连接第二 Park变换单元的电流信号输出端，第二电流调节器的电压信号输出端连接第二 Park逆变换单元的电压信号输入端，第二 Park逆变换单元的电压信号输出端连接第二空间矢量脉宽调制单元的电压信号输入端，第二空间矢量脉宽调制单元的电压信号输出端连接逻辑信号处理及锁存器的第二电压信号输入端，
逻辑信号处理及锁存器的电压信号输出端连接光隔驱动器的电压信号输入端，光隔驱动器的第一组驱动信号输出端连接第一智能功率模块的驱动信号输入端，光隔驱动器的第二组驱动信号输出端连接第二智能功率模块的驱动信号输入端。
本发明所述基于上述装置的控制方法
采用第一智能功率模块对所述直线电机的奇数段绕组进行驱动，采用第二智能功率模块对所述直线电机的偶数段绕组进行驱动，
当电机动子整体位于一个定子段内时，通过相应的电流传感器对该定子段的电枢绕组的驱动电流进行采集，并控制相应的智能功率模块控制该定子段的电枢绕组的驱动电流，以电机动子位于奇数段的一个定子段内为例说明控制过程
采用第一电流传感器采集第一智能功率模块的三相电流信号，然后将该三相电流信号输入到第一电流信号采样处理单元进行A/D转换，得到三相电流信号ila、ilb和h。，三相电流信号ila、ilb和ilc;经第一 Clark变换单元进行三相静止坐标系到二相静止坐标系的变换获得二相静止坐标系的电流信号ila和iie，该二相静止坐标系的电流信号ila和 i10同时输入给第一 Park变换单元和第一反电势观测器，第一反电势观测器同时接收第一 Park逆变换单元输出的电压信号Ula和U10，第一反电势观测器经运算获得此时某一奇数段绕组的预估电势信号AGla, §10)，
奇数段绕组的预估电势信号的α轴分量gla和β轴分量e经过一阶低通滤波，滤除高频干扰信号后，通过atan2(-gla，e10)函数可以求出其观测值^，^表示电机的d轴与其A相的夹角，再利用旋转和直线运动变换方程i = 1即求出动子位置，对动子位π置进行微分即获得动子的速度信号々；
第一 Park变换单元将输入的二相静止坐标系的电流信号ila和iie及位置信号^ 进行静止坐标系到旋转坐标系的变换，获得的结果输入到第一电流调节器，
速度调节器将其输入的速度信号 与给定速度信号/进行比较，经速度PID调节运算后获得电流信号、，
第一电流调节器将接收到的由电流信号ila和iie经静止坐标系到旋转坐标系变换后获得的信号和电流信号、与电流给定信号i/进行比较后，获得的电压信号经第一 Park逆变换单元进行二相旋转坐标系到二相静止坐标系的变换获得二相静止坐标系的电压信号Ula和U10，该二相静止坐标系的电压信号Ula和U10经第一空间矢量脉宽调制单元输入给逻辑信号处理及锁存器，
逻辑信号处理及锁存器将接收到的信号进行缓存处理后输出给光隔驱动器，光隔驱动器将强弱电信号进行隔离后输出给第一智能功率模块，由第一智能功率模块实现对所述直线电机的奇数段绕组的控制；
当电机动子的位置信号i达到预设定阈值时，即电机动子横跨相邻两个定子段时，启动与所述定子段相邻的下一个定子段的智能功率模块驱动所述下一个定子段的电枢绕组开始工作，同时通过相应的电流传感器对该定子段的电枢绕组驱动电流进行采集，该过程具体为
采用第一电流传感器采集第一智能功率模块的三相电流信号，然后将该三相电流信号输入到第一电流信号采样处理单元进行A/D转换，得到三相电流信号ila、ilb和h。，三相电流信号ila、ilb和ilc;经第一 Clark变换单元进行三相静止坐标系到二相静止坐标系的变换获得二相静止坐标系的电流信号ila和iie，该二相静止坐标系的电流信号ila和 i10同时输入给第一 Park变换单元和第一反电势观测器，第一反电势观测器同时接收第一 Park逆变换单元输出的电压信号U1 α和U1 e，第一反电势观测器经运算获得此时某一奇数段绕组的预估电势信号4，
采用第二电流传感器采集第二智能功率模块的三相电流信号，然后将该三相电流信号输入到第二电流信号采样处理单元进行A/D转换，得到三相电流信号i2a、i2b和i2。，三相电流信号i2a、i2b和i2。经第二 Clark变换单元进行三相静止坐标系到二相静止坐标系的变换获得二相静止坐标系的电流信号i2a和i2e，该二相静止坐标系的电流信号i2a和 i20同时输入给第二 Park变换单元和第二反电势观测器，第二反电势观测器同时接收第二 Park逆变换单元输出的电压信号U2α和U20，第二反电势观测器经运算获得此时某一偶数段绕组的预估电势信号hG2a，，
当电机动子勻速运动时
奇数段绕组的预估电势信号模值Ig1I，即H =和偶数段绕组的预估电势信号Ig2I，即1^1 = +1+ ，通过区间判断信号单元进行模值比较获取段间位置系数纟，该段间位置系数《输入给逻辑信号处理及锁存器，再把^、ej.lej送给位置及速度估计单元进行估算，获得位置信号i和速度信号 ；
当电机动子在相邻两个定子段间进行加速、减速或勻速运动时
奇数段绕组的预估电势信号和偶数段绕组的预估电势信号%2经复合运算单元进行相加合成，获得两个定子段感应电势信号的统一合成值(Ba，ge)，该电势信号值经过位置及速度估计单元进行估算，获得位置信号i和速度信号 ，
第一 Park变换单元将输入的二相静止坐标系的电流信号ila和iie及位置信号义进行静止坐标系到旋转坐标系的变换，获得的结果输入到第一电流调节器，
第二 Park变换单元将输入的二相静止坐标系的电流信号i2a和i20及位置信号义进行静止坐标系到旋转坐标系的变换，获得的结果输入到第二电流调节器，
速度调节器将其输入的速度信号 与给定速度信号/进行比较，获得电流信号i,，
第一电流调节器将接收到的由电流信号ila和iie经静止坐标系到旋转坐标系变换后获得的信号和电流信号、与电流给定信号i/进行比较后，获得的电压信号经第一 Park逆变换单元进行二相旋转坐标系到二相静止坐标系的变换获得二相静止坐标系的电压信号ula和u10，该二相静止坐标系的电压信号ula和u10经第一空间矢量脉宽调制单元输入给逻辑信号处理及锁存器，
第二电流调节器将接收到的由电流信号i2a和i20经静止坐标系到旋转坐标系变换后获得的信号和电流信号、与电流给定信号i/进行比较后，获得的电压信号经第二 Park逆变换单元进行二相旋转坐标系到二相静止坐标系的变换获得二相静止坐标系的电压信号u2a和u20，该二相静止坐标系的电压信号u2a和u20经第二空间矢量脉宽调制单元输入给逻辑信号处理及锁存器，
逻辑信号处理及锁存器将接收到的信号进行缓存处理后输出给光隔驱动器，光隔驱动器将强弱电信号进行隔离后输出给第一智能功率模块和第二智能功率模块，由第一智能功率模块和第二智能功率模块实现对所述直线电机的奇数段绕组和偶数段绕组的控制。
所述位置及速度估计单元对电机动子位置进行判断的具体方法分为加速或减速运动位置判断方法和勻速运动位置判断方法
加速或减速运动位置判断方法
根据公式
权利要求
1. 一种绕组分段直线电机的无传感器控制装置，所述直线电机每个定子段的长度均大于所述直线电机动子沿运动方向的长度，其特征在于它由第一智能功率模块(1-1)、第二智能功率模块(1-2)、第一电流传感器(2-1)、第二电流传感器(2-2)、光隔驱动器(3)、逻辑信号处理及锁存器(4)和微控制器DSP ( 组成，微控制器DSP 由第一电流信号采样处理单元(5-11)、第二电流信号采样处理单元 (5-12)、第一 Clark变换单元(5_21)、第二 Clark变换单元(5_22)、第一 Park变换单元 (5-31)、第二Park变换单元(5-3 、第一反电势观测器(5_41)、第二反电势观测器(5_42)、 区间判断信号单元(5-5)、复合相加单元(5-6)、位置及速度估计单元(5-7)、速度调节器 (5-8)、第一电流调节器(5-91)、第二电流调节器(5-9 、第一Park逆变换单元(5-101)、第二 Park逆变换单元(5-102)、第一空间矢量脉宽调制单元(5-111)和第二空间矢量脉宽调制单元(5-11 组成，第一智能功率模块(1-1)用于对所述直线电机的奇数段绕组进行驱动，第二智能功率模块(1-2)用于对所述直线电机的偶数段绕组进行驱动，第一电流传感器(2-1)用于采集第一智能功率模块(1-1)中的三相电流信号，第二电流传感器(2-2)用于采集第二智能功率模块(1-2)中的三相电流信号，第一电流传感器的电流信号输出端连接第一电流信号采样处理单元(5-11)的电流信号输入端，第一电流信号采样处理单元(5-11)的电流信号输出端连接第一 Clark变换单元(5-21)的电流信号输入端，第一 Clark变换单元(5_21)的电流信号输出端同时连接第一 Park变换单元(5-31)的电流信号输入端和第一反电势观测器(5_41)的电流信号输入端，第一反电势观测器(5-41)的电压信号输入端连接第一 Park逆变换单元(5-101) 的电压信号输出端，第一反电势观测器(5-41)的电势信号输出端同时连接区间判断信号单元(5-5)的第一电势信号输入端和复合相加单元(5-6)的第一电势信号输入端，第二电流传感器0-2)的电流信号输出端连接第二电流信号采样处理单元(5-12)的电流信号输入端，第二电流信号采样处理单元(5-1 的电流信号输出端连接第二 Clark变换单元(5-2 的电流信号输入端，第二 Clark变换单元(5-2 的电流信号输出端同时连接第二 Park变换单元(5-3 的电流信号输入端和第二反电势观测器(5-4 的电流信号输入端，第二反电势观测器(5-4 的电压信号输入端连接第二 Park逆变换单元(5-102) 的电压信号输出端，第二反电势观测器(5-42)的电势信号输出端同时连接区间判断信号单元(5-5)的第二电势信号输入端和复合相加单元(5-6)的第二电势信号输入端，复合相加单元(5-6)的电势信号输出端连接位置及速度估计单元(5-7)的电势信号输入端，位置及速度估计单元(5-7)的段间位置系数输入端连接区间判断信号单元(5-5)的段间位置系数输出端，区间判断信号单元(5-5)的段间位置系数输出端同时连接逻辑信号处理及锁存器(4)段间位置系数输入端，位置及速度估计单元(5-7)的位置信号输出端同时连接第一 Park变换单元(5_31)的位置信号输入端、第一 Park逆变换单元(5-101)的位置信号输入端、第二 Park变换单元 (5-32)的位置信号输入端及第二 Park逆变换单元(5-102)的位置信号输入端，位置及速度估计单元(5-7)的速度信号输出端连接速度调节器(5-8)的估算速度信号输入端，速度调节器(5-8)的给定速度信号输入端用于输入给定速度信号，速度调节器(5-8)电流信号输出端同时连接第一电流调节器(5-91)的估计电流信号输入端和第二电流调节器(5-9 的估计电流信号输入端，第一电流调节器(5-91)的给定电流信号输入端用于输入给定电流信号，第一电流调节器(5-91)的Park变换电流信号输入端连接第一 Park变换单元(5-31)的电流信号输出端，第一电流调节器(5_91)的电压信号输出端连接第一 Park逆变换单元(5-101)的电压信号输入端，第一 Park逆变换单元 (5-101)的电压信号输出端连接第一空间矢量脉宽调制单元(5-111)的电压信号输入端， 第一空间矢量脉宽调制单元(5-111)的电压信号输出端连接逻辑信号处理及锁存器(4)的第一电压信号输入端，第二电流调节器(5-9 的给定电流信号输入端用于输入给定电流信号，第二电流调节器(5-9 的Park变换电流信号输入端连接第二 Park变换单元(5-3 的电流信号输出端，第二电流调节器(5-9 的电压信号输出端连接第二 Park逆变换单元(5-102)的电压信号输入端，第二Park逆变换单元(5-10 的电压信号输出端连接第二空间矢量脉宽调制单元(5-112)的电压信号输入端，第二空间矢量脉宽调制单元(5-112)的电压信号输出端连接逻辑信号处理及锁存器(4)的第二电压信号输入端，逻辑信号处理及锁存器的电压信号输出端连接光隔驱动器(3)的电压信号输入端，光隔驱动器(3)的第一组驱动信号输出端连接第一智能功率模块(1-1)的驱动信号输入端，光隔驱动器(3)的第二组驱动信号输出端连接第二智能功率模块(1- 的驱动信号输入端。
2.根据权利要求1所述的绕组分段直线电机的无传感器控制装置，其特征在于所述第一反电势观测器(5-41)和第二反电势观测器(5-4 为状态观测器。
3.根据权利要求1所述的绕组分段直线电机的无传感器控制装置，其特征在于所述第一反电势观测器(5-41)和第二反电势观测器(5-42)为滑膜观测器。
4.根据权利要求1、2或3所述的绕组分段直线电机的无传感器控制装置，其特征在于 所述第一智能功率模块(1-1)和第二智能功率模块(1-2)的型号为TMS150RLEA060。
5.根据权利要求1、2或3所述的绕组分段直线电机的无传感器控制装置，其特征在于 所述光隔驱动器(3)的型号为HCPL4504。
6.根据权利要求1、2或3所述的绕组分段直线电机的无传感器控制装置，其特征在于 所述第一电流传感器0-1)和第二电流传感器0-2)的型号为LA-100P。
7.根据权利要求1、2或3所述的绕组分段直线电机的无传感器控制装置，其特征在于 所述逻辑信号处理及锁存器的型号为74LSM1。
8.根据权利要求1、2或3所述的绕组分段直线电机的无传感器控制装置，其特征在于 所述微控制器DSP 的型号为TMS320F28335。
9.一种基于权利要求1所述绕组分段直线电机的无传感器控制装置的控制方法，其特征在于采用第一智能功率模块(1-1)对所述直线电机的奇数段绕组进行驱动，采用第二智能功率模块(1-2)对所述直线电机的偶数段绕组进行驱动，当电机动子整体位于一个定子段内时，通过相应的电流传感器对该定子段的电枢绕组的驱动电流进行采集，并控制相应的智能功率模块控制该定子段的电枢绕组的驱动电流， 以电机动子位于奇数段的一个定子段内为例说明控制过程采用第一电流传感器采集第一智能功率模块(1-1)的三相电流信号，然后将该三相电流信号输入到第一电流信号采样处理单元(5-11)进行A/D转换，得到三相电流信号ila、ilb和ilc，三相电流信号ila、ilb和I1。经第一 Clark变换单元(5-21)进行三相静止坐标系到二相静止坐标系的变换获得二相静止坐标系的电流信号ila和iie，该二相静止坐标系的电流信号ila和iie同时输入给第一 Park变换单元(5_31)和第一反电势观测器 (5-41)，第一反电势观测器(5-41)同时接收第一 Park逆变换单元(5-101)输出的电压信号Ula和U10，第一反电势观测器(5-41)经运算获得此时某一奇数段绕组的预估电势信号(βιa，βιβ)，奇数段绕组的预估电势信号I的α轴分量和β轴分量经过一阶低通滤波， 滤除高频干扰信号后，通过atan2(-gla，gie)函数可以求出其观测值^，^表示电机的d轴与其A相的夹角，再利用旋转和直线运动变换方程力=θ · 1即求出动子位置，对动子位置π进行微分即获得动子的速度信号々；第一 Park变换单元(5-31)将输入的二相静止坐标系的电流信号ila和iie及位置信号&进行静止坐标系到旋转坐标系的变换，获得的结果输入到第一电流调节器(5-91)，速度调节器(5-8)将其输入的速度信号 与给定速度信号/进行比较，经速度PID调节运算后获得电流信号、，第一电流调节器(5-91)将接收到的由电流信号ila和iie经静止坐标系到旋转坐标系变换后获得的信号和电流信号、与电流给定信号i/进行比较后，获得的电压信号经第一 Park逆变换单元(5-101)进行二相旋转坐标系到二相静止坐标系的变换获得二相静止坐标系的电压信号Ula和U10，该二相静止坐标系的电压信号Ula和U10经第一空间矢量脉宽调制单元(5-111)输入给逻辑信号处理及锁存器G)，逻辑信号处理及锁存器(4)将接收到的信号进行缓存处理后输出给光隔驱动器(3)， 光隔驱动器(3)将强弱电信号进行隔离后输出给第一智能功率模块(1-1)，由第一智能功率模块(1-1)实现对所述直线电机的奇数段绕组的控制；当电机动子的位置信号i达到预设定阈值时，即电机动子横跨相邻两个定子段时，启动与所述定子段相邻的下一个定子段的智能功率模块驱动所述下一个定子段的电枢绕组开始工作，同时通过相应的电流传感器对该定子段的电枢绕组驱动电流进行采集，该过程具体为采用第一电流传感器采集第一智能功率模块(1-1)的三相电流信号，然后将该三相电流信号输入到第一电流信号采样处理单元(5-11)进行A/D转换，得到三相电流信号 ila、ilb和I1。，三相电流信号ila、、和I1。经第一 Clark变换单元(5_21)进行三相静止坐标系到二相静止坐标系的变换获得二相静止坐标系的电流信号ila和iie，该二相静止坐标系的电流信号ila和iie同时输入给第一Park变换单元(5_31)和第一反电势观测器(5_41)， 第一反电势观测器(5-41)同时接收第一 Park逆变换单元(5-101)输出的电压信号Ula和 U10，第一反电势观测器(5-41)经运算获得此时某一奇数段绕组的预估电势信号采用第二电流传感器(2-2)采集第二智能功率模块(1-2)的三相电流信号，然后将该三相电流信号输入到第二电流信号采样处理单元(5-1 进行A/D转换，得到三相电流信号i2a、i2b和i2。，三相电流信号i2a、i2b和经第二 Clark变换单元(5-22)进行三相静止坐标系到二相静止坐标系的变换获得二相静止坐标系的电流信号i2a和i2e，该二相静止坐标系的电流信号i2a和i2e同时输入给第二 Park变换单元(5-3 和第二反电势观测器 (5-42)，第二反电势观测器(5-4 同时接收第二 Park逆变换单元(5-10 输出的电压信号u2a和U20，第二反电势观测器(5-4 经运算获得此时某一偶数段绕组的预估电势信号^2 (^2 a，e2 β)，当电机动子勻速运动时奇数段绕组的预估电势信号模值1，即闷=ψ +ξβ和偶数段绕组的预估电势信号e21，即问=ψ22α + β22β，通过区间判断信号单元(5-5)进行模值比较获取段间位置系数^，该段间位置系数《输入给逻辑信号处理及锁存器@)，再把《、ej, |g2|送给位置及速度估计单元(5-7)进行估算，获得位置信号i和速度信号当电机动子在相邻两个定子段间进行加速、减速或勻速运动时 奇数段绕组的预估电势信号I和偶数段绕组的预估电势信号&经复合运算单元(5-6) 进行相加合成，获得两个定子段感应电势信号的统一合成值(Ba，ge)，该电势信号值经过位置及速度估计单元(5-7)进行估算，获得位置信号i和速度信号 ，第一 Park变换单元(5-31)将输入的二相静止坐标系的电流信号ila和iie及位置信号i进行静止坐标系到旋转坐标系的变换，获得的结果输入到第一电流调节器(5-91)，第二 Park变换单元(5-3 将输入的二相静止坐标系的电流信号i2a和i20及位置信号i进行静止坐标系到旋转坐标系的变换，获得的结果输入到第二电流调节器(5-92)， 速度调节器(5-8)将其输入的速度信号 与给定速度信号/进行比较，获得电流信号第一电流调节器(5-91)将接收到的由电流信号ila和iie经静止坐标系到旋转坐标系变换后获得的信号和电流信号、与电流给定信号i/进行比较后，获得的电压信号经第一Park逆变换单元(5-101)进行二相旋转坐标系到二相静止坐标系的变换获得二相静止坐标系的电压信号Ula和U10，该二相静止坐标系的电压信号Ula和U10经第一空间矢量脉宽调制单元(5-111)输入给逻辑信号处理及锁存器G)，第二电流调节器(5-9 将接收到的由电流信号i2a和i20经静止坐标系到旋转坐标系变换后获得的信号和电流信号、与电流给定信号i/进行比较后，获得的电压信号经第二Park逆变换单元(5-10 进行二相旋转坐标系到二相静止坐标系的变换获得二相静止坐标系的电压信号u2a和U20，该二相静止坐标系的电压信号u2a和U20经第二空间矢量脉宽调制单元(5-11 输入给逻辑信号处理及锁存器G)，逻辑信号处理及锁存器(4)将接收到的信号进行缓存处理后输出给光隔驱动器(3)， 光隔驱动器(3)将强弱电信号进行隔离后输出给第一智能功率模块(1-1)和第二智能功率模块(1-2)，由第一智能功率模块(1-1)和第二智能功率模块(1-2)实现对所述直线电机的奇数段绕组和偶数段绕组的控制。
10.根据权利要求9所述的绕组分段直线电机的无传感器控制方法，其特征在于所述位置及速度估计单元(5-7)对电机动子位置进行判断的具体方法分为加速或减速运动位置判断方法和勻速运动位置判断方法 加速或减速运动位置判断方法 根据公式
全文摘要
绕组分段直线电机的无传感器控制装置及控制方法，属于直线电机控制技术领域。它解决了常规的普通高速电机无传感器控制的方法不能用于绕组分段直线电机的控制的问题。控制装置由第一智能功率模块、第二智能功率模块、第一电流传感器、第二电流传感器、光隔驱动器、逻辑信号处理及锁存器和微控制器DSP组成；控制方法依据绕组分段直线电机相邻两个电枢段的三相反电势的非周期变化特点，通过电流传感器检测相邻两段电枢绕组中的三相电流信号，进而计算获得其三相电压信号，并进行采样处理，在非周期信号的变化过程中，抽取变量特征获得电势信号特征值，来获得动子的准确位置及速度信息。本发明适用于直线电机的控制。
文档编号H02P25/06GK102497157SQ20111037643
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月23日 优先权日2011年11月23日
发明者刘家曦, 李立毅, 祝贺, 马明娜 申请人:哈尔滨工业大学