无轴承永磁同步电机的协同控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种无轴承永磁同步电机的协同控制方法，属于无轴承永磁同步电机领域，本发明专利技术包括旋转协同控制器、x协同控制器、y协同控制器、Park逆变换、Clark逆变换、电流调节型逆变器、无轴承永磁同步电机。本发明专利技术将协同理论应用在无轴承永磁同步电机控制领域构建闭环控制系统，给出协同控制详细推导过程，旋转协同控制器以定角位移ω、反馈角位移旋转绕组q轴电流i

【技术实现步骤摘要】
无轴承永磁同步电机的协同控制系统及控制方法


[0001]本专利技术设计一种无轴承永磁同步电机控制
，尤其涉及一种无轴承永磁同步电机协同控制方法。

技术介绍

[0002]无轴承永磁同步电机具有两套绕组，可以在提供转矩的同时提供悬浮力，同时具有电机和磁悬浮轴承的功能。与普通的电机相比，无轴承电机具有无机械摩擦、无需润滑系统等优点，无轴承电机继承了无轴承的电机的优点，同时避免了磁轴承本身的自有缺陷。无轴承永磁同步电机是一个强耦合、非线性的系统，目前的滑模控制器会产生抖振问题，传统的PID 控制存在超调问题，随着无轴承永磁同步电机高转速、高精度的工作要求下，传统的控制方法将无法满足无轴承永磁同步电机的要求。
[0003]协同控制由协同理论发展而来，结合状态空间方法应用在控制领域。协同控制可以将系统稳定收敛至流型，实现系统的非线性化。协同控制由于其光滑的控制率、简单的设计流程、收敛至流型的柔顺性被应用在各大工程领域的控制系统中。
[0004]所以，人们需要一种无轴承永磁同步电机的协同控制方法来解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种轴承永磁同步电机的协同控制方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种无轴承永磁同步电机的协同控制方法，该协同控制方法包括以下步骤：
[0008]S1：建立无轴承同步电机的转子运动方程；
[0009]S2：将无轴承同步电机的非线性数学模型进行状态空间表达；
[0010]S3：定义协同控制器的宏变量ψ
i
(x)；
[0011]S4:根据期望的流形动态方程求解出系统的控制律。
[0012]进一步的，一种无轴承永磁同步电机的协同控制方法，在S1中，所述无轴承同步电机的转子运动方程为：
[0013][0014]式中：转子质量m、x加方向速度x方向支承力F
x
、x方向负载力f
x
、y加方向速度 y方向支承力F
y
、y方向负载力f
y
、转动惯量J、电磁转矩T
e
、负载转矩T
L
、角加速度极对数P
M
；
[0015]建立悬浮力、电磁转矩和磁链的数学模型：
[0016][0017]进一步的，一种无轴承永磁同步电机的协同控制方法，所述无轴承同步电机的非线性数学模型进行状态空间表达为：
[0018]选取输入变量为：
[0019]U＝[u1,u2,u3,u4]T
＝[i
Md
,i
Mq
,i
Bd
,i
Bq
]T
；
[0020]状态变量为：
[0021][0022]输出变量为：
[0023]Y＝[y1,y2,y3]T
＝[x,y,ω]T
；
[0024]则，无轴承同步电机数学模型为：
[0025][0026]式中：电机结构参数K、悬浮绕组d轴电流L
Md
、转矩绕组q轴电感分量L
Mq
、位移刚度系数C、磁链ψ
f
。
[0027]相应的雅克比矩阵为：
[0028][0029]进一步的，一种无轴承永磁同步电机的协同控制方法，所述定义协同控制器的宏变量ψ
i
(x)为：
[0030]无轴承永磁同步电机的雅克比矩阵为：
[0031][0032]计算rank(A)＝3，需要设置3个宏变量如下：
[0033][0034]式中k
ij
为宏变量系数。
[0035]进一步的，一种无轴承永磁同步电机的协同控制方法，所述流形动态方程求解出系统的控制律为：
[0036][0037]式中T
i
为时间常数。
[0038]一种无轴承永磁同步电机的协同控制方法，该控制方法由旋转协同控制器1、x协同控制器2、y协同控制器3、Park逆变换4、Clark逆变换5、电流调节型逆变器6、无轴承永磁同步电机7组成、负载TL、给定角位移ω、反馈角位移旋转绕组q轴电流i
Mq
、作为旋转协同控制器1的输入，通过协同控制规律求解出旋转绕组q轴电流i
Mq
形成闭环控制，旋转绕组q轴电流i
Mq
、旋转绕组d轴电流i
Md
＝0、输出的电角度θ与转矩绕组电流相对x轴之间的初始相位角差值、经过Park逆变换4输出旋转绕组α轴电流i
Ma
旋转绕组β轴电流 i
Mβ
，再经过Clark逆变换5输出旋转绕组给定三相电流i
Ma*
、i
Mb*
、i
Mc*
，旋转绕组给定三相电流i
Ma*
、i
Mb*
、i
Mc*
输入电流调节型逆变器6中输出旋转绕组三相电流i
Ma*
、i
Mb*
、i
Mc*
作为无轴承永磁同步电机7的旋转驱动三相电流、无轴承永磁同步电机7输出径向位移x、给定位移悬浮绕组d轴电流i
Bd
作为x协同控制器2的输入，通过协同控制率求解出悬浮绕组d轴电流i
Bd
形成闭环控制，无轴承永磁同步电机7输出径向位移y、给定位移悬浮绕组q轴电流i
Bq
作为y协同控制器4的输入，通过协同控制率求解出i
Bq
形成闭环控制，悬浮绕组d轴电流i
Bd
、悬浮绕组q轴电流i
Bq
、输出的电角度θ与悬浮绕组电流相对x轴之间的初始相位角经过Park逆变换4输出悬浮绕组α轴电流i
Ba
旋转绕组β轴电流i
Bβ
，再通过 Clark逆变换5输出悬浮绕组给定电流i
Ba*
、i
Bb*
、i
Bc*
，悬浮绕组给定电流i
Ba*
、i
Bb*
、i
Bc*
通过电流调节型逆变器6输出悬浮绕组三相电流i
Ba
、i
Bb
、i
Bc
作为无轴承永磁同步电机7的悬浮驱动三相电流。
[0039]进一步的，一种无轴承永磁同步电机的协同控制方法，所述转速控制器、x方向位移控制器、x方向位移控制器均为协同控制器，通过下述协同控制规律进行设计：
[0040][0041]进一步的，一种无轴承永磁同步电机的协同控制方法，所述协同控制器的宏变量设置形式为下述线性组：
[0042][0043]进一步的，一种无轴承永磁同步电机的协同控制方法，所述旋转绕组q轴电流i
Mq
通过旋转协同控制器1求解得到，悬浮绕组d轴电流i<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无轴承永磁同步电机的协同控制方法，其特征在于：该协同控制方法包括以下步骤：S1：建立无轴承同步电机的转子运动方程；S2：将无轴承同步电机的非线性数学模型进行状态空间表达；S3：定义协同控制器的宏变量ψ
i
(x)；S4:根据期望的流形动态方程求解出系统的控制律。2.根据权利要求1所述的一种无轴承永磁同步电机的协同控制方法，其特征在于：在S1中，所述无轴承同步电机的转子运动方程为：式中：转子质量m、x加方向速度x方向支承力F
x
、x方向负载力f
x
、y加方向速度y方向支承力F
y
、y方向负载力f
y
、转动惯量J、电磁转矩T
e
、负载转矩T
L
、角加速度极对数P
M
：建立悬浮力、电磁转矩和磁链的数学模型：3.根据权利要求1所述的一种无轴承永磁同步电机的协同控制方法，其特征在于：所述无轴承同步电机的非线性数学模型进行状态空间表达为：选取输入变量为：U＝[u1,u2,u3,u4]
T
＝[i
Md
,i
Mq
,i
Bd
,i
Bq
]
T
；状态变量为：输出变量为：Y＝[y1,y2,y3]
T
＝[x,y,ω]
T
；则，无轴承同步电机数学模型为：式中：电机结构参数K、转矩绕组d轴电感分量L
Md
、转矩绕组q轴电感分量L
Mq
、位移刚度系数C、磁链ψ
f
：相应的雅克比矩阵为：
4.根据权利要求1所述的一种无轴承永磁同步电机的协同控制方法，其特征在于：所述定义协同控制器的宏变量ψ
i
(x)为：无轴承永磁同步电机的雅克比矩阵为：rank(A)＝3，设置3个宏变量：式中k
ij
为宏变量系数。5.根据权利要求1所述的一种无轴承永磁同步电机的协同控制方法，其特征在于：所述流形动态方程求解出系统的控制律为：式中T
i
为时间常数。6.根据权利要求1所述的一种无轴承永磁同步电机的协同控制方法，其特征在于：该方法由旋转协同控制器(1)、x协同控制器(2)、y协同控制器(3)、Park逆变(4)、Clark逆变换(5)、电流调节型逆变器(6)、无轴承永磁同步电(7)组成、负载TL、给定角位移ω、反馈角位移旋转绕组q轴电流i
Mq
，作为旋转协同控制器(1)的输入，通过协同控制规律求解出旋转绕组q轴电流i
Mq
形成闭环控制，旋转绕组q轴电流i
Mq
、旋转绕组d轴电流i
Md
＝0、输出的电角度θ与转矩绕组电流相对x轴之间的初始...

【专利技术属性】
技术研发人员：竺志大，张坤坤，俞志君，孙帅，王浩亮，曾励，张新，张帆，张学军，寇海江，杨坚，柴青，
申请(专利权)人：江苏远东电机制造有限公司，
类型：发明
国别省市：