本发明涉及交流电机驱动与控制技术领域，特别是无轴承同步磁阻电机无速度传感器条件下的高性能转矩和转速控制技术，是一种无轴承同步磁阻电机的转速控制方法、转矩控制系统。
背景技术：
无轴承同步磁阻电机是利用定子槽中嵌放的两套绕组(转矩绕组和悬浮绕组)在通入电流情况下共同作用来改变合成气隙磁场的分布，从而控制转子所受旋转力和悬浮力的大小和方向，实现电机的转速(转矩)控制和悬浮控制。与其他类型的无轴承交流电机相比，无轴承同步磁阻电机具有控制简单、结构坚固、成本低廉等优点，无轴承同步磁阻电机在高速精密机床电力驱动、飞轮储能发电、工业自动化装置电气传动等领域，具有较高的应用价值。
高性能的无轴承同步磁阻电机转矩控制系统均采用闭环控制，系统实现时，闭环转速反馈信号由机械式速度传感器来获取。然而，电机安装机械式速度传感器在环境恶劣情况下检测信号容易出现较大误差，降低控制系统的可靠性。速度传感器也进一步增大电机体积，增加系统的硬件复杂程度和系统总成本。
经对现有文献和专利的检索发现，钟名湖等人发表了“无速度传感器的无轴承同步磁阻电机控制系统”的论文(微特电机，2012年第6期)，上述方法是在电机转矩绕组上注入高频信号实现无速度传感器控制，但基于电机转矩绕组注入的高频信号不仅会加剧了电磁转矩的脉动，也降低了电机悬浮控制的精度。
为去除无轴承同步磁阻电机附加的速度传感器，降低系统成本，进一步提高无轴承同步磁阻电机的转矩控制性能，需采用一些新的控制方法。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种无轴承同步磁阻电机的转速估计方法、转矩控制系统，基于本发明转速估计方法构建的转矩控制系统，具有良好的转速估计精度，系统易于实现、响应快速，避免安装机械式速度传感器带来的诸多缺陷。
为了实现上述目的，本发明采取的技术手段为：一种无轴承同步磁阻电机的转速估计方法，包括以下步骤：
1)以无轴承同步磁阻电机转矩绕组三相检测电压ua1、ub1、uc1、当前转子位置角估计值
2)以无轴承同步磁阻电机的定子转矩绕组d-q轴电压u4d、u4q、当前电机转速估计值
3)建立自适应律，根据电机定子转矩绕组d-q轴电流估计值
进一步地，在步骤1)中，构建坐标变换，坐标变换包含clark变换和park变换，电机转矩绕组三相检测电压ua1、ub1、uc1、当前转子位置角估计值
进一步地，在步骤2)中，构造定子电流可调模型，具体如下：2.1)构建无轴承同步磁阻电机在d-q坐标下的转矩绕组定子电流参考模型；
首先建立电机转矩绕组电压方程，设定无轴承同步磁阻电机为4极转矩绕组和2极悬浮绕组，电机凸极转子极弧角度为30°，转子凸极区域的气隙为δ0，在两相同步旋转d-q坐标系下，电机转矩绕组电压方程为：
式中u4d、u4q为定子转矩绕组d-q轴电压，i4d、i4q分别为定子转矩绕组d-q轴电流，rs1是定子转矩绕组电阻，ω为转子角速度，l4d、l4q分别为定子d-q轴转矩绕组自感，
依据式(1)，无轴承同步磁阻电机在d-q轴下的转矩绕组定子电流数学模为：
构造无轴承同步磁阻电机转矩绕组定子电流参考模型：依据式(2)，电机转矩绕组定子电流参考模型可表示为：
式中
2.2)构造无轴承同步磁阻电机转矩绕组定子电流可调模型：依据式(3)，进一步设计电机转矩绕组定子电流的并联可调模型为：
式中
进一步地，在步骤3)中，建立自适应律步骤如下：定义状态变量误差
式中，
式中，
经推导，由式(5)、(6)可得：
根据popov超稳定性理论，取比例积分自适应律kp+ki/s，可以得出电机转速的估计公式为：
式中，kp、ki分别为比例和积分系数，s为拉普拉斯算子，
一种无轴承同步磁阻电机的转速估计系统，包括第一坐标变换模块、第二坐标变换模块、定子电流可调模型、自适应律模块和积分器，
第一坐标变换模块用于以无轴承同步磁阻电机转矩绕组三相检测电压ua1、ub1、uc1、当前转子位置角估计值
第二坐标变换模块用于以无轴承同步磁阻电机转矩绕组三相检测电流ia1、ib1、ic1、当前转子位置角估计值
定子电流可调模型用于以无轴承同步磁阻电机的定子转矩绕组d-q轴电压u4d、u4q、当前电机转速估计值
自适应律模块，根据电机定子转矩绕组d-q轴电流估计值
一种无轴承同步磁阻电机的转速估计系统的无轴承同步磁阻电机转矩控制系统，包括pi调节器和扩展的电流型pwm逆变器；pi调节器以电机转速给定值ω*与转速位移估计值
扩展的电流型pwm逆变器，由一个park逆变换、一个clark逆变换和一个电流型pwm逆变器组成。电机转矩绕组两相旋转坐标下的d轴参考电流
与现有技术相比，本发明的有益效果为：提供的转速估计方法，实现了电机转速的准确估计，省却了机械速度传感器，降低了系统的总成本；采用转速估计方法的转矩控制系统，在实现电机转速和转矩控制的基础上，避免了安装机械式速度传感器带来的电机结构复杂、控制难度较大等诸多缺陷。
附图说明
图1是本发明无轴承同步磁阻电机转速估计系统的原理框图；
图2是无轴承同步磁阻电机转矩控制系统的原理框图；
图3是扩展的电流型pwm逆变器的原理框图。
具体实施方式
为使本发明的内容更加明显易懂，以下结合附图和具体实施方式作进一步描述，本发明中控制系统在对无轴承同步磁阻电机进行转矩控制时，首先从被控电机的转矩绕组中检测三相电压和三相电流，用于构造无轴承同步磁阻电机转速估计系统，从而获取转速估计值。
实施例1、一种无轴承同步磁阻电机的转速估计方法，包括以下步骤：
1)以无轴承同步磁阻电机转矩绕组三相检测电压ua1、ub1、uc1、当前转子位置角估计值
2)以无轴承同步磁阻电机的定子转矩绕组d-q轴电压u4d、u4q、当前电机转速估计值
3)建立自适应律，根据电机定子转矩绕组d-q轴电流估计值
进一步地，在步骤1)中，构建坐标变换，坐标变换包含clark变换和park变换，电机转矩绕组三相检测电压ua1、ub1、uc1、当前转子位置角估计值
进一步地，在步骤2)中，构造定子电流可调模型，具体如下：2.1)构建无轴承同步磁阻电机在d-q坐标下的转矩绕组定子电流参考模型；
首先建立电机转矩绕组电压方程，设定无轴承同步磁阻电机为4极转矩绕组和2极悬浮绕组，电机凸极转子极弧角度为30°，转子凸极区域的气隙为δ0，在两相同步旋转d-q坐标系下，电机转矩绕组电压方程为：
式中u4d、u4q为定子转矩绕组d-q轴电压，i4d、i4q分别为定子转矩绕组d-q轴电流，rs1是定子转矩绕组电阻，ω为转子角速度，l4d、l4q分别为定子d-q轴转矩绕组自感，
依据式(1)，无轴承同步磁阻电机在d-q坐标下的转矩绕组定子电流数学模为：
构造无轴承同步磁阻电机转矩绕组定子电流参考模型：依据式(2)，电机转矩绕组定子电流参考模型可表示为：
式中
2.2)构造无轴承同步磁阻电机转矩绕组定子电流可调模型：依据式(3)，进一步设计电机转矩绕组定子电流的并联可调模型为：
式中
进一步地，在步骤3)中，建立自适应律步骤如下：定义状态变量误差
式中，
式中，
经推导，由式(5)、(6)可得：
根据popov超稳定性理论，取比例积分自适应律kp+ki/s，可以得出电机转速的估计公式为：
式中，kp、ki分别为比例和积分系数，s为拉普拉斯算子，
一种无轴承同步磁阻电机的转速估计系统，包括第一坐标变换模块、第二坐标变换模块、定子电流可调模型、自适应律模块和积分器，
第一坐标变换模块用于以无轴承同步磁阻电机转矩绕组三相检测电压ua1、ub1、uc1、当前转子位置角估计值
第二坐标变换模块用于以无轴承同步磁阻电机转矩绕组三相检测电流ia1、ib1、ic1、当前转子位置角估计值
定子电流可调模型用于以无轴承同步磁阻电机的定子转矩绕组d-q轴电压u4d、u4q、当前电机转速估计值
自适应律模块，根据电机定子转矩绕组d-q轴电流估计值
一种无轴承同步磁阻电机的转速估计系统的无轴承同步磁阻电机转矩控制系统，包括pi调节器和扩展的电流型pwm逆变器；pi调节器以电机转速给定值ω*与转速位移估计值
扩展的电流型pwm逆变器，由一个park逆变换、一个clark逆变换和一个电流型pwm逆变器组成。电机转矩绕组两相旋转坐标下的d轴参考电流
本发明提供的转速估计方法，实现了电机转速的准确估计，省却了机械速度传感器，降低了系统的总成本；采用转速估计方法的转矩控制系统，在实现电机转速和转矩控制的基础上，避免了安装机械式速度传感器带来的电机结构复杂、控制难度较大等诸多缺陷。
本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。