算模型（63)以及转矩子系统（12)，将Park逆变换（61)、空间矢量脉宽 调制逆变器SVPWM(62)以及转矩子系统（12)依次串接，Park逆变换（61)所需要的变换角 度由角度计算模型（63)给出； 步骤2,构建转矩控制子系统（7):包括步骤1中搭建的转矩绕组被控对象(6)以及自 适应逆控制器（71)、对象模型（72)、对象逆模型（73)、LMS自适应算法（74)，所述自适应逆 控制器（71)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（6)的输出角速度和磁链与对象模型（72)的输出角速度和磁链比较， 差值作为对象逆模型（73)的输入，自适应逆控制器（71)的输出电压与对象逆模型（73)的 输出电压之差就是转矩绕组被控对象（6)的实际输入电压；将转矩绕组被控对象（6)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（74)输出步长信号μ郴 μ 2在线调整自适应逆控制器（71)的权值参数；所述的转矩控制子系统（7)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 量为转矩绕组的三相电压电流； 步骤3,构建气隙磁链观测器（5):气隙磁链观测器（5)是由Clarke变换（52)和气隙 磁链辨识模型（51)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三相电 流ilsa、i lsb、ils。和三相电压u lsa、ulsb、Uls。送入气隙磁链观测器（5)，经过Clarke变换（52) 转换成两相静止坐标系下的电流输出分量i lsa、ilsfi和电压输出分量11 lsa、ulsP，然后通过所 述气隙磁链辨识模型（51)将输出量ilsa、i lsP、ulsa、Ulsp转换成所需的气隙磁链值； 步骤4,构建悬浮控制子系统（2):包括位置闭环控制器（4)、力/电流转换（21)、电 流闭环控制器（3)、空间矢量脉宽调制逆变器SVPWM(22)、无轴承异步电机的悬浮力子系统 (Il)Xlarke变换（23)，将位置闭环控制器（4)、力/电流转换（21)、电流闭环控制器（3)、 空间矢量脉宽调制逆变器SVPWM(22)以及无轴承异步电机的悬浮力子系统（11)依次相串 接，Clarke变换（23)将悬浮绕组的三相电流转换为电流闭环控制器（3)所需要的比较电 流；所述悬浮控制子系统（2)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（2)的第二组输入量为所述步骤3的气隙磁链观测器（5)所输出的气隙磁链值，通过 悬浮控制子系统（2)控制得到实际的X轴方向、y轴方向的位移； 步骤5,用上述的转矩控制子系统（7)、气隙磁链观测器（5)和悬浮控制子系统（2)构 建出解耦控制系统（8)，实现无轴承异步电机的解耦控制。
2. 根据权利要求1所述的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，所述步骤2的对象模型（72)和对象逆模型（73)构建方法为： 步骤2. 1，用非线性自适应滤波器离线建立对象模型（72)和对象逆模型（73)，均采用 四个非线性自适应滤波器分别模拟对象模型（72)和对象逆模型（73)的内部结构； 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(6)的输入转矩绕 组电压建模信号以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（6)与对象模型（72)，再将两者的输出相比较，误 差用来修改对象模型（72)的权值参数； 步骤2. 3,用对象模型（72)的输出信号驱动对象逆模型（73)，将输入的电压建模信 号加上小的抖动信号与对象逆模型（73)的输出比较，最后用两者之差去修改对象逆模型 (73)的权值参数，直到建模误差达到要求，对象模型（72)和对象逆模型（73)构建完成。
3. 根据权利要求1所述的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，所述步骤2中，所述LMS自适应算法（74)公式如下：
式中，e(k)表不k时刻的误差；d(k)表不期望输出值；X1(Ii)表不k时刻的输入信号矢 量；X2 (k)表示X1 (k)中每个元素平方后的信号矢量％ (k)表示k时刻X1 (k)输入矢量的非 线性滤波器的权值;W2 (k)表示k时刻X2 (k)输入矢量的非线性滤波器的权值；μ (k)表示k 时刻的步长因子。
4. 根据权利要求1所述的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，所述步骤2的自适应逆控制器（71)是复制已经建立的满足要求 的对象逆模型（73)构建的，将自适应逆控制器（71)作为前馈控制器串接在转矩绕组被控 对象（6)之前。
5. 根据权利要求1所述的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，所述步骤2中自适应逆控制器（71)、对象模型（72)以及对象逆模 型（73)都是双输入双输出的非线性滤波器模型。
6. 根据权利要求1所述的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，所述步骤3的气隙磁链辨识模型（51)的表达式为：
式中，Φ 1α、Φ 1Ρ是转矩绕组在α、β轴上的气隙磁链分量；u lsa、Ulsf3、ilsa和i lsP分 别是转矩绕组在〇、β轴上的定子电压分量和电流分量；Rls是定子电阻；Llsl是转矩绕组 定子漏感。
7. 根据权利要求1所述的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，所述步骤4的电流闭环控制器（3)包括第一电流环PI调节器 (31)和第二电流环PI调节器（32);所述位置闭环控制器（4)包括第一位置环PID调节器 (41)和第二位置环PID调节器（42)。
【专利摘要】本发明公开了一种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，有悬浮控制子系统和转矩控制子系统两个部分。转矩控制子系统将Park逆变换、空间矢量脉宽调制逆变器、角度计算模型、无轴承异步电机及其负载模型作为一个整体组成转矩绕组被控对象；构建转矩绕组被控对象的对象模型和对象逆模型，并离线确定非线性滤波器的权值；复制对象逆模型作为前馈控制器串在转矩绕组被控对象前面构成自适应逆控制器；将转矩绕组被控对象与对象模型的输出作差，其误差驱动对象逆模型；将转矩绕组被控对象的输出与给定的角速度和转子磁链之差在线实时调整自适应逆控制器的权值。这种解耦方法的控制精度与速度较高，具有良好的跟随性和抗扰性。
【IPC分类】H02P21-14
【公开号】CN104767452
【申请号】CN201510093203
【发明人】孙宇新, 杨玉伟, 朱熀秋, 贾好来, 朱湘临, 徐培凤, 刘奕辰
【申请人】江苏大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年3月2日