专利名称：无轴承同步磁阻电机转子位移软测量和悬浮系统构造方法
技术领域：
本发明是一种无轴承同步磁阻电机转子位移软测量方法及悬浮系统构造方法，适用于无轴承同步磁阻电机的无位移传感器高转速悬浮运行控制，属于交流电机控制设备的技术领域。
背景技术：
无轴承同步磁阻电机是一种高技术含量、高附加值的新型特种电机，其定子槽中嵌有极对数差值为1的两套绕组转矩绕组和悬浮绕组，控制这两套绕组中的电流便能使电机产生固有旋转与稳定悬浮。无轴承同步磁阻电机具有一系列突出的优点低噪声、低功耗、高转速、免润滑、高洁净等，具有广泛的应用前景，在数控精密机床驱动、飞轮储能发电系统、家用电器、工业机器人控制等电力传动领域极具应用价值。与永磁型、感应型、开关磁阻型等其他类型的无轴承电机相比，无轴承同步磁阻电机具有控制简单、坚固可靠、转矩脉动低等优点。无轴承同步磁阻电机悬浮控制的关键环节是转子径向位移的精确检测，目前的方法大都是采用机械式电涡流位移传感器来获取转子径向位移。但采用位移传感器带来的缺陷主要有增大电机及其系统的复杂程度和体积，同时降低电机的可靠性；位移传感器增大系统的成本，而且对安装条件和使用环境要求严格，制约电机的推广应用。本申请人已申请一项关于无轴承同步磁阻电机无位移传感器控制方法国家发明专利(申请号 201010017952. 6)，但该方法中向电机转矩绕组注入的高次谐波电流会影响转子悬浮精度， 增大电机的转矩脉动，并且该方法算法复杂，增加电机控制系统的软、硬件复杂程度，降低逆变器的电压利用率。为了去除无轴承同步磁阻电机的机械位移传感器，实现转子位移的软测量，简化控制算法，降低系统成本，进一步拓宽无轴承同步磁阻电机的应用领域，需采用一些新的控制方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无轴承同步磁阻电机转子位移软测量方法，基于该方法构建的悬浮系统能够实现转子的稳定悬浮，可以省略机械位移传感器，悬浮系统具有结构简单、运行可靠、控制性能优良等诸多优点。本发明的具体技术方案如下一、一种无轴承同步磁阻电机转子位移软测量方法，包括以下步骤1. 1)在两相静止α - β坐标下，无轴承同步磁阻电机悬浮绕组的定子反电势为(1)式中Ua2、Ue2为悬浮绕组等效两相电压，ia2、i02为悬浮绕组等效两相电流，R2为悬浮绕组每相电阻。
1. 2)在两相静止坐标下，无轴承同步磁阻电机悬浮绕组的磁链估算模型为
权利要求
1.一种无轴承同步磁阻电机转子位移软测量方法，其特征是包括步骤1)构建悬浮绕组的反电动势模型，将悬浮绕组三相检测电流、电压经坐标变换后，依据式(1)，产生悬浮绕组的定子反电动势
2.根据权利要求1所述的无轴承同步磁阻电机转子位移软测量方法，其特征是所述步骤1)中，在两相静止α-β坐标下，无轴承同步磁阻电机悬浮绕组的定子反电势为
3.根据权利要求2所述的无轴承同步磁阻电机转子位移软测量方法，其特征是所述步骤2)中，包括步骤`2. 1)在两相静止坐标下，无轴承同步磁阻电机悬浮绕组磁链的估算模型为
4.根据权利要求3所述的无轴承同步磁阻电机转子位移软测量方法，其特征是所述步骤3)中，将两相静止坐标下的悬浮绕组磁链Ψ α 2、Ψ e 2，转换为两相同步旋转d-q坐标下的磁链Ψχ、Ψ,为
5.根据权利要求4所述的无轴承同步磁阻电机转子位移软测量方法，其特征是所述步骤4)中，基于悬浮绕组磁链、电流和转矩绕组电流构建位移观测器的步骤包括4. 1)在两相同步旋转d-q坐标下，无轴承同步磁阻电机转矩绕组和悬浮绕组的磁链方程为
6.根据权利要求3所述的无轴承同步磁阻电机转子位移软测量方法，其特征是所述步骤2. 3. 2)中，限幅环节的限幅值L的设定方法是，如果实际磁链恒定为Α，则应设定L = A; 如果实际磁链不恒定，此时输入磁链的幅值为U，频率为ω，则应设定限幅值L = U/ω。
7.一种采用权利要求1 6任一所述方法的无轴承同步磁阻电机悬浮系统构造方法， 其特征在于，包括以下步骤1)构造扩展的磁链观测器扩展的磁链观测器由两个Clark变换、一个反电动势模型、 一个改进型磁链观测器和一个Park变换共同构成；该扩展的磁链观测器以被控电机悬浮绕组三相检测电流、三相检测电压为其输入，悬浮绕组同步旋转坐标下的两个磁链分量为其输出；2)构建扩展的位移观测器该扩展的位移观测器由一个位移观测器、两个Clark变换、 两个Park变换和一个Park逆变换共同构成；将此扩展的位移观测器置于扩展的磁链观测器之后，将步骤1)的扩展的磁链观测器的输出作为位移观测器的第一个输入，电机转矩绕组和悬浮绕组三相检测电流作为位移观测器的第二、三个输入，扩展的位移观测器输出信号为静止坐标下的转子径向位移观测值；3)构造PD调节器以转子径向位移两个分量给定值和步骤幻得到的转子位移观测值之间的偏差作为PD调节器的输入信号，经PD调节器后输出径向悬浮力的命令值C、F；； 两个PD调节器的参数根据实际控制对象和控制要求进行整定；4)建立悬浮力-电流调制模型在两相静止α-β坐标下，悬浮绕组电流ia2、i02与径向悬浮力Fa、F0的关系为
全文摘要
一种无轴承同步磁阻电机转子位移软测量方法，首先建立电机悬浮绕组的反电动势模型将悬浮绕组三相检测电流、电压经坐标变换后送入反电动势模型，产生定子反电动势eα2、eβ2；其次构造悬浮绕组扩展的磁链观测器上述反电动势作为其输入信号，获取磁链观测值Ψx、Ψy；接着构建扩展的位移观测器将上述磁链估算值Ψx、Ψy作为其第一个输入信号，将转矩绕组和悬浮绕组的三相检测电流经坐标变换后，作为其第二、三个输入信号，最终获取两相静止坐标下的转子位移观测值α、β。采用上述方法构造的无轴承同步磁阻电机悬浮系统，去除了位移传感器，可实现转子位移的软测量技术和被控电机的高速稳定悬浮运行，悬浮系统具有结构简单，算法易于实现，动态响应快速等优点。
文档编号H02N15/00GK102158158SQ201010583419
公开日2011年8月17日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者孙刚, 张汉年 申请人:南京信息职业技术学院