无轴承薄片电机最小输出电流位置误差自适应补偿策略

1.本发明涉及无轴承薄片电机转子位置误差补偿技术领域，尤其涉及无轴承薄片电机最小输出电流位置误差自适应补偿策略。


背景技术：

2.无轴承薄片电机无机械磨损、体积小、易维护、寿命长、精度高等优点使其在离心机、密封泵、半导体工业、生命科学以及航空航天等高性能要求场合有着不可替代的作用。为降低系统成本，多采用无位置传感器算法，主要有反电势积分估算法、基于滑膜观测器观测法、高频注入法以及卡尔曼滤波法等。无轴承薄片电机驱动系统对转子位置估算准确度要求较高，传统无位置传感器算法易受到环路滤波、电机参数误差以及外部扰动等诸多非理想因素的影响，会造成转子位置估算不准确，严重时甚至会造成系统失稳，故需要对上述非理想因素进行补偿。综上所述，研究一种实现简单、鲁棒性强转子位置估算误差补偿策略十分必要。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的缺陷，提供无轴承薄片电机最小输出电流位置误差自适应补偿策略，针对传统转子磁链观测器中环路滤波、电机参数误差等非理想因素造成的转子位置估算误差问题，基于扰动观察法的思想，对转子位置误差进行自适应补偿。此策略以输出电流为观察对象，实现无轴承薄片电机转子位置估算误差的全补偿。该观察量便于获取，且能够准确反映转子位置误差，算法实现简单，系统结构简单。
4.本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
5.无轴承薄片电机最小输出电流位置误差自适应补偿策略，基于扰动观察法的思想，以输出电流为观察对象，对无轴承薄片电机转子误差进行全补偿。所述方案的实现步骤如下：
6.步骤1)，首先主动施加一个任意极性的算法调节步长dθc；
7.步骤2)，对当前时刻无轴承薄片电机转矩电流信号进行采样；
8.步骤3)，将采样得到的转矩电流进行数学处理，得到当前时刻αβ坐标系下的转矩电流i
α
(k)、 i
β
(k)；
9.步骤4)，将转矩电流i
α
(k)、i
β
(k)进行数学处理得到当前时刻输出电流幅值|is|(k)；
10.步骤5)，当前时刻输出电流幅值|is(k)|与上一时刻输出电流幅值|is|(k-1)进行比较，若|is|(k) ＞|is|(k-1)，则改变下一周期调节步长dθc的极性，反之，不变；
11.步骤6)，重复步骤2)至步骤5)，实时获取无轴承薄片电机转子位置误差补偿角度δθc，对转子位置误差进行全补偿。
12.作为本发明无轴承薄片电机最小输出电流位置误差自适应补偿策略，所述步骤1)调节步长dθc可根据系统性能需求设定适当的值。
13.作为本发明无轴承薄片电机最小输出电流位置误差自适应补偿策略，所述步骤2)中无轴承薄片电机转矩电流信号通过对霍尔器件输出电压采样获得。
14.作为本发明无轴承薄片电机最小输出电流位置误差自适应补偿策略，所述步骤3)中的数学处理为坐标变换。
15.作为本发明无轴承薄片电机最小输出电流位置误差自适应补偿策略，所述步骤4)中的数学处理为平方和的算术平方根运算。
16.作为本发明无轴承薄片电机最小输出电流位置误差自适应补偿策略，所述步骤6)中无轴承薄片电机转子位置误差补偿角度δθc初值设置为0。
17.本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
18.1.能够对传统转子磁链观测器中环路滤波、电机参数误差等非理想因素造成的无轴承薄片电机转子位置估算误差进行全补偿；
19.2.选取的观察量输出电流，便于获取且能够准确反映转子位置误差；
20.3.算法实现简单、系统结构简单。
附图说明
21.图1为本发明基于最小输出电流的无轴承薄片电机转子位置误差自适应补偿方法流程图。
22.图2为本发明输出电流与转子位置误差的关系。
具体实施方式
23.下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
24.本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。
25.本发明公开了无轴承薄片电机最小输出电流位置误差自适应补偿策略。无轴承薄片电机系统对转子位置估算精度有较高的要求，针对传统转子磁链观测器中环路滤波、电机参数误差等非理想因素造成的转子位置估算误差问题，基于扰动观察法的思想，对转子位置误差进行自适应补偿。此策略以输出电流为观察对象，实现无轴承薄片电机转子位置估算误差的全补偿。该观察量便于获取，且能够准确反映转子位置误差，算法实现简单，系统结构简单。
26.所述方案的实现步骤如下：
27.步骤1)，首先主动施加一个任意极性的算法调节步长dθc；
28.步骤2)，对当前时刻无轴承薄片电机转矩电流信号进行采样；
29.步骤3)，将采样得到的转矩电流进行数学处理，得到当前时刻αβ坐标系下的转矩电流i
α
(k)、 i
β
(k)；
30.步骤4)，将转矩电流i
α
(k)、i
β
(k)进行数学处理得到当前时刻输出电流幅值|is|(k)；
31.步骤5)，当前时刻输出电流幅值|is(k)|与上一时刻输出电流幅值|is|(k-1)进行比较，若|is|(k) ＞|is|(k-1)，则改变下一周期调节步长dθc的极性，反之，不变；
32.步骤6)，重复步骤2)至步骤5)，实时获取无轴承薄片电机转子位置误差补偿角度δθc，对转子位置误差进行全补偿。
33.步骤1)调节步长dθc可根据系统性能需求设定适当的值。
34.步骤2)中无轴承薄片电机转矩电流信号通过对霍尔器件输出电压采样获得。
35.步骤3)中的数学处理为坐标变换。
36.步骤4)中的数学处理为平方和的算术平方根运算。
37.步骤6)中无轴承薄片电机转子位置误差补偿角度δθc初值设置为0。
38.图1为本发明基于最小输出电流的无轴承薄片电机转子位置误差自适应补偿方法流程图，其基本原理具体推导过程如下所示。
39.输出电流与转子位置误差的关系如图2所示。无轴承薄片电机转矩控制系统在采用“id＝0”控制策略下，当负载一定时，估算的转子位置准确条件下，输出电流全部用来产生电磁转矩，电机工作在最大转矩电流比状态，输出电流幅值|is|最小，此时的电流幅值记作|is|
min
。若估算的转子位置不准确，存在误差，那么只有电流在q轴上的投影分量才用于产生电磁转矩，电机偏离最大转矩电流比状态，输出电流幅值|is|将变大，输出电流与转子位置误差的关系可表示为：
40.|is|
min
＝|is|cosδθrꢀꢀꢀ
(1)
41.其中，δθr为转子位置估算误差，即转子位置估算角度与实际转子位置角度的差。
42.基于上述分析，在无轴承薄片电机电磁转矩一定时，q轴电流保持不变，输出电流幅值|is| 的大小能够较好的反映转子位置误差。若最小输出电流为目标，动态调整位置转子位置补偿角δθc，当输出电流|is|调节至最小值时，即实现了转子位置误差的全补偿。
43.结合图1，下面详细说明本发明无轴承薄片电机最小输出电流位置误差自适应补偿策略具体流程。首先主动施加一个任意极性的调节补偿dθc，比较dθc施加前后输出电流幅值的变化。若输出电流幅值变小，说明dθc极性正确，转子位置误差减小，则下一周期dθc的极性保持不变；若输出电流幅值增大，说明dθc极性错误，转子位置误差增大，则改变下一周的dθc的极性。根据前后周期输出电流幅值的变化，不断调整补偿角δθc，以实现无轴承薄片电机转子位置误差的补偿，δθc可表示为：
[0044][0045]
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0046]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。