基于非线性滤波器的无轴承异步电机自适应逆解耦控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明是一种基于非线性滤波器的自适应逆解禪控制方法，适用于多变量输入输 出非线性的无轴承异步电机的高性能控制，属于电力传动控制设备的技术领域。
【背景技术】
[0002] 无轴承异步电机具有复杂的电磁关系，是多变量、非线性、强禪合的系统，其旋转 力和径向悬浮力之间存在着复杂的非线性禪合关系，要实现电机转子稳定的悬浮和可控的 旋转，必须对异步电机进行非线性动态解禪控制。
[0003] 矢量控制是从电机电磁理论出发，利用坐标变换，将无轴承异步电机模型等效成 类似于直流电机模型来进行控制，比较常用的是气隙磁场定向和转子磁场定向矢量控制策 略，然而，气隙磁场定向中气隙磁链仍然受转矩电流的影响，并没有实现真正意义上的解禪 控制，转子磁场定向本质上属于稳态解禪，只有当转子磁链达到稳态并保持不变时才能实 现电磁转矩和转子磁链之间的解禪，不能实现动态解禪。基于逆系统方法对无轴承异步电 机进行解禪或局部解禪方法，其实现是依赖于被控对象的精确数学模型，而被控对象是一 个复杂的非线性系统，其转子参数随工作环境的变化十分显著，因此，基于精确数学模型的 逆系统方法很难在实际中应用。
[0004] 为了进一步提高无轴承异步电机的动态工作性能，悬浮绕组独立控制和自适应逆 解禪控制方法被提出。如何将独立控制和自适应逆解禪方法应用到无轴承异步电机动态解 禪控制中，成为了研究的重点。
[0005] 国内现有的相关专利申请；1)专利申请号CN200810155789. 2,名称为：永磁型无 轴承电机直接悬浮力控制方法，此发明专利针对永磁型无轴承电机的悬浮力独立控制；2) 专利申请号CN201310429335. 0,名称为；无轴承电机轴向混合磁轴承自适应逆控制器的构 造方法，此发明专利是针对轴向混合磁轴承而设计的控制方法。W上两个专利所用的思想 与本专利有一定的相关性，但是各种电机的结构、控制方法、控制要求存在本质区别。对无 轴承异步电机悬浮绕组空间矢量脉宽调制控制方法和基于非线性滤波器的自适应逆解禪 控制器的设计，目前没有相关专利资料。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是为了克服无轴承异步电机内部参数随时间温度变化而变化影响 控制稳定，同时转矩系统和悬浮子系统之间需要传递磁场信息，各自的控制策略相互制约 的不足，提供一种悬浮绕组独立控制和转矩控制子系统自适应逆控制方法。采用该方法可 W实现悬浮绕组和转矩绕组独立控制，各自的控制策略不会相互制约，并且转矩控制子系 统可W控制系统给定信号与扰动信号，可W达到二者的最优控制效果。
[0007] 本发明的技术方案为；
[000引一种基于非线性滤波器的无轴承异步电机自适应逆解禪控制器的控制方法，将无 轴承异步电机控制系统分成悬浮控制子系统、气隙磁链观测器和转矩控制子系统，分别采 用独立控制，具体按W下步骤：
[0009] 步骤1，构建转矩绕组被控对象；包括化rk逆变换、空间矢量脉宽调制逆变器 SVPWM、角度计算模型W及转矩子系统，将Park逆变换、空间矢量脉宽调制逆变器SVPWMW 及转矩子系统依次串接，Park逆变换所需要的变换角度由角度计算模型给出；
[0010] 步骤2,构建转矩控制子系统：包括步骤1中搭建的转矩绕组被控对象W及自适应 逆控制器、对象模型、对象逆模型、LMS自适应算法，所述自适应逆控制器的输入为无轴承电 机的给定角速度和转子磁链，输出为转矩电压和励磁电压，将转矩绕组被控对象的输出角 速度和磁链与对象模型的输出角速度和磁链比较，差值作为对象逆模型的输入，自适应逆 控制器的输出电压与对象逆模型的输出电压之差就是转矩绕组被控对象的实际输入电压； 将转矩绕组被控对象的输出与给定的角速度和磁链比较，比较的差值通过LMS自适应算法 输出步长信号和y2在线调整自适应逆控制器的权值参数；所述的转矩控制子系统的输 入是给定角速度和转子磁链，通过控制获得的第一组输出量为转子角速度和转子磁链；第 二组输出量为转矩绕组的=相电压电流；
[0011] 步骤3,构建气隙磁链观测器；气隙磁链观测器是由Clarke变换和气隙磁链辨识 模型依次串接搭建而成，将步骤2中获得的第二组输出量转矩绕组的=相电流ika、ikb、ils。 和=相电压Uk。、Ukb、UlJt入气隙磁链观测器，经过Clarke变换转换成两相静止坐标系下 的电流输出分量和电压输出分量Uk"、Ukp，然后通过所述气隙磁链辨识模型将输 出量ii日。、ii日日、Uk。、Ui日日转换成所需的气隙磁链值；
[0012] 步骤4,构建悬浮控制子系统；包括位置闭环控制器、力/电流转换、电流闭环控制 器、空间矢量脉宽调制逆变器SVPWM、无轴承异步电机的悬浮力子系统、Clarke变换，将位 置闭环控制器、力/电流转换、电流闭环控制器、空间矢量脉宽调制逆变器SVPWMW及无轴 承异步电机的悬浮力子系统依次相串接，Clarke变换将悬浮绕组的=相电流转换为电流闭 环控制器所需要的比较电流；所述悬浮控制子系统的第一组输入量是给定的X轴方向、y轴 方向位移，浮控制子系统的第二组输入量为所述步骤3的气隙磁链观测器所输出的气隙磁 链值，通过悬浮控制子系统控制得到实际的X轴方向、y轴方向的位移；
[0013] 步骤5,用上述的转矩控制子系统、气隙磁链观测器和悬浮控制子系统构建出解禪 控制系统，实现无轴承异步电机的解禪控制。
[0014] 进一步，所述步骤2的对象模型和对象逆模型构建方法为：
[0015] 步骤2. 1，用非线性自适应滤波器离线建立对象模型和对象逆模型，均采用四个非 线性自适应滤波器分别模拟对象模型和对象逆模型的内部结构；
[0016] 步骤2. 2,离线确定各个滤波器的权值参数，采集转矩绕组被控对象的输入转矩绕 组电压建模信号W及第一组输出的转子角速度和磁链；然后用输入的电压建模信号加上小 的抖动信号同时驱动转矩绕组被控对象与对象模型，再将两者的输出相比较，误差用来修 改对象模型的权值参数；
[0017] 步骤2. 3,用对象模型的输出信号驱动对象逆模型，将输入的电压建模信号加上小 的抖动信号与对象逆模型的输出比较，最后用两者之差去修改对象逆模型的权值参数，直 到建模误差达到要求，对象模型和对象逆模型构建完成。
[0018] 进一步，所述步骤2中，所述LMS自适应算法（74)公式如下：
[0019]
【主权项】
1. 基于非线性滤波器的无轴承异步电机自适应逆解耦控制器的控制方法，其特征在 于，将无轴承异步电机控制系统分成悬浮控制子系统（2)、气隙磁链观测器（5)和转矩控制 子系统（7)，分别采用独立控制，具体按以下步骤： 步骤1，构建转矩绕组被控对象（6):包括Park逆变换（61)、空间矢量脉宽调制逆变器 SVPWM(62)、角度计