【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无轴承电机驱动，尤其涉及一种无轴承电机径向位移检测误差补偿方法。
技术介绍
1、相比于传统机械轴承电机，无轴承电机无机械磨损，同时具有体积小、易维护、寿命长、精度高等优点，广泛应用于离心机、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。转子径向位移传感检测环节作为无轴承电机控制系统的一个重要组成部分，其准确性及实时性是实现无轴承电机高性能运行的重要保障。然而，由于工艺装配误差、器件特性不一致及器件温漂等非理想因素的存在，使得径向位移传感器所检测到的中心与无轴承电机定子几何中心并不重合，也就是转子悬浮位置偏心问题，进而导致系统额外损耗及悬浮性能的降低。故对于前述转子悬浮位置偏心问题，需要实施针对性补偿措施，以保证无轴承电机的高性能运行。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
的缺陷，提供一种无轴承电机径向位移检测误差补偿方法，针对由于工艺装配误差、器件特性不一致及器件温漂等非理想因素导致的无轴承电机转子悬浮位置偏心问题，对电机悬浮状态下的转子偏心进行自适应补偿，实现转子最优位置(定子几何中心)的悬浮。此方法认为抗偏心悬浮电流最小状态下的转子所处位置为定子几何中心，以无轴承电机抗偏心悬浮电流为观察对象，实现无轴承电机转子悬浮位置偏心的自适应补偿。该观察量便于获取，通过设计简单的低通滤波环节即可实现，且能够较好反映转子悬浮位置偏心情况，算法实现简单，系统结构简单。
2、本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：
4、步骤s1：首先主动施加偏心补偿初始矢量
5、步骤s2：计算当前时刻的偏心补偿矢量
6、步骤s3：获取当前时刻无轴承电机悬浮电流矢量并完成悬浮闭环控制；
7、步骤s4：将所得到的无轴承电机悬浮电流矢量进行数学处理，得到当前时刻无轴承电机抗扰动悬浮电流幅值与抗偏心悬浮电流幅值
8、步骤s5：获取当前时刻无轴承电机跟踪变换矩阵pt(k)及跟踪步长矩阵dpxy(k)；
9、步骤s6：重复步骤s2至步骤s5，实时获取转子偏心补偿矢量并施加于无轴承电机系统，对转子悬浮位置偏心进行补偿，直至实现转子于最优点(定子几何中心)的稳定运行。
10、进一步的，作为本专利技术一种无轴承电机径向位移检测误差补偿方法，所述步骤s1中偏心补偿初始矢量的设定不唯一，可根据实际需求设定任意方向。
11、进一步的，作为本专利技术一种无轴承电机径向位移检测误差补偿方法，所述步骤s2中当前时刻偏心补偿矢量的计算方法为上一时刻所获取的跟踪步长矩阵dpxy(k-1)与单位矢量的乘积的累加，对应的公式可写作
12、进一步的，作为本专利技术一种无轴承电机径向位移检测误差补偿方法，所述步骤s3中的无轴承电机悬浮电流矢量的获取可通过但不限于对电流传感器采样获得。
13、进一步的，作为本专利技术一种无轴承电机径向位移检测误差补偿方法，所述步骤s3中无轴承电机悬浮闭环控制系统可采用但不限于位移外环-电流内环的典型控制结构，基本原理为将无轴承电机径向位移矢量设定值与其实际采样值作差，并考虑偏心补偿矢量的作用，将其送入位移调节器中得到无轴承电机径向悬浮力设定值进而通过无轴承电机解耦模型获取悬浮电流矢量设定值与悬浮电流矢量实际采样值作差送入电流调节器中得到悬浮指令电压矢量最后通过调制环节得到逆变器开关信号sl以实现无轴承电机的悬浮闭环控制。
14、进一步的，作为本专利技术一种无轴承电机径向位移检测误差补偿方法，所述步骤s4中的无轴承电机悬浮电流矢量可分为抗扰动悬浮电流矢量与抗偏心悬浮电流矢量前者用于产生抵抗外部扰动力的径向悬浮力部分，后者用于产生抵抗偏心磁拉力的径向悬浮力部分；对于后者抗偏心悬浮电流矢量而言，转子悬浮位置的偏心程度越严重，所需额外用于抵抗偏心磁拉力的悬浮电流矢量的幅值也就越大，即抗偏心悬浮电流矢量幅值越大，当转子悬浮位置未偏心时，即转子悬浮于定子几何中心，抗偏心悬浮电流的幅值也就最小。
15、进一步的，作为本专利技术一种无轴承电机径向位移检测误差补偿方法，所述步骤s4中的抗扰动悬浮电流矢量与抗偏心悬浮电流矢量对于前者而言，由于无轴承电机的转子受到一系列未知扰动力的影响，即使在稳定状态下，抗干扰悬浮电流幅值也在不断变化；不同的是，对于后者而言，抗偏心悬浮电流幅值在稳定状态下理论上是一个恒定值，即增加低通滤波环节可以实现当前时刻抗偏心悬浮电流分量的提取，对应的公式可写作
16、
17、进一步的，作为本专利技术一种无轴承电机径向位移检测误差补偿方法，所述步骤s5中当前时刻无轴承电机跟踪步长矩阵dpxy(k)由当前时刻与上一时刻的抗偏心悬浮矢量差所在旋转坐标系的象限决定，其中跟踪步长矩阵dpxy和跟踪变换矩阵pt均为2×2的矩阵。
18、进一步的，作为本专利技术一种无轴承电机径向位移检测误差补偿方法，所述步骤s5中为了防止无轴承电机悬浮位置最优点波动现象，即所提补偿方法在跟踪到最小抗偏心悬浮电流矢量幅值时，偏心补偿矢量在最优点来回波动，导致转子即使在稳定状态下也会出现波动，设置有计数阈值cth；每一次偏心补偿矢量的波动都将被记录至波动计数值c中，当波动计数值c大于计数阈值cth时，所提转子悬浮位置偏心补偿方法将停止，即当前时刻无轴承电机跟踪步长矩阵dpxy(k)为0。
19、进一步的，作为本专利技术一种无轴承电机径向位移检测误差补偿方法，所述步骤s5中为了保证转子悬浮位置偏心问题再次出现时，所提悬浮位置偏心补偿方法能够正常重启，设置有补偿电流阈值ith，当前时刻抗偏心悬浮电流幅值大于算法运行过程中抗偏心悬浮电流幅值最小值时，所提悬浮位置偏心补偿方法将重启。
20、本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
21、1.本专利技术提供的一种无轴承电机径向位移检测误差补偿方法，针对工艺装配误差、器件特性不一致及器件温漂等非理想因素导致的无轴承电机转子悬浮位置偏心问题，能够对电机悬浮状态下的转子偏心进行自适应补偿，实现转子最优位置(定子几何中心)的悬浮；
22、2.本专利技术提供的一种无轴承电机径向位移检测误差补偿方法，选取的观察量无轴承电机抗偏心悬浮电流，便于获取且能够较好反映转子偏心情况；
23、3.本专利技术提供的一种无轴承电机径向位移检测误差补偿方法，所提出的方法算法实现简单、无需依赖任何参数、系统结构简单。
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1.一种无轴承电机径向位移检测误差补偿方法，其特征在于，针对由于工艺装配误差、器件特性不一致及器件温漂等非理想因素导致的无轴承电机转子悬浮位置偏心问题，对电机悬浮状态下的转子偏心进行自适应补偿，实现转子最优位置的悬浮，此方法认为抗偏心悬浮电流最小状态下的转子所处位置为定子几何中心，以无轴承电机抗偏心悬浮电流为观察对象，实现无轴承电机转子悬浮位置偏心的自适应补偿，观察量通过设计低通滤波环节来获取，且能够反映转子悬浮位置偏心情况，所述方案的实现步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种无轴承电机径向位移检测误差补偿方法，其特征在于，所述步骤S1中偏心补偿初始矢量可根据实际需求设定任意方向。
3.根据权利要求1所述的一种无轴承电机径向位移检测误差补偿方法，其特征在于，所述步骤S2中当前时刻偏心补偿矢量的计算方法为上一时刻所获取的跟踪步长矩阵dPxy(k-1)与单位矢量的乘积的累加，对应的公式写作
4.根据权利要求1所述的一种无轴承电机径向位移检测误差补偿方法，其特征在于，所述步骤S3中的无轴承电机悬浮电流矢量的获取通过电流传感器采样获得。
6.根据权利要求1所述的一种无轴承电机径向位移检测误差补偿方法，其特征在于，所述步骤S4中的无轴承电机悬浮电流矢量分为抗扰动悬浮电流矢量与抗偏心悬浮电流矢量抗扰动悬浮电流矢量用于产生抵抗外部扰动力的径向悬浮力部分，抗偏心悬浮电流矢量用于产生抵抗偏心磁拉力的径向悬浮力部分；对于抗偏心悬浮电流矢量而言，转子悬浮位置的偏心程度越严重，所需额外用于抵抗偏心磁拉力的悬浮电流矢量的幅值越大，即抗偏心悬浮电流矢量幅值越大，当转子悬浮位置未偏心时，即转子悬浮于定子几何中心，抗偏心悬浮电流的幅值达到最小。
7.根据权利要求1所述的一种无轴承电机径向位移检测误差补偿方法，其特征在于，所述步骤S4中的抗扰动悬浮电流矢量与抗偏心悬浮电流矢量对于抗扰动悬浮电流矢量而言，由于无轴承电机的转子受到扰动力的影响，所以即使在稳定状态下，抗干扰悬浮电流幅值也在不断变化；对于抗偏心悬浮电流矢量而言，抗偏心悬浮电流幅值在稳定状态下是一个恒定值，增加低通滤波环节(LPF,Low Pass Filter)实现对当前时刻抗偏心悬浮电流分量的提取，对应的公式写作
8.根据权利要求1所述的一种无轴承电机径向位移检测误差补偿方法，其特征在于，所述步骤S5中当前时刻无轴承电机跟踪步长矩阵dPxy(k)由当前时刻与上一时刻的抗偏心悬浮矢量差所在旋转坐标系的象限决定，其中跟踪步长矩阵dPxy和跟踪变换矩阵Pt均为2×2的矩阵。
9.根据权利要求1所述的一种无轴承电机径向位移检测误差补偿方法，其特征在于，所述步骤S5方法设置有计数阈值cTh；每一次偏心补偿矢量的波动都将被记录至波动计数值c中，当波动计数值c大于计数阈值cTh时，转子悬浮位置偏心补偿方法停止，当前时刻无轴承电机跟踪步长矩阵dPxy(k)为0。
10.根据权利要求1所述的一种无轴承电机径向位移检测误差补偿方法，其特征在于，所述步骤S5中方法设置有补偿电流阈值iTh，当前时刻抗偏心悬浮电流幅值大于算法运行过程中抗偏心悬浮电流幅值最小值时，悬浮位置偏心补偿方法将重启。
...【技术特征摘要】
1.一种无轴承电机径向位移检测误差补偿方法，其特征在于，针对由于工艺装配误差、器件特性不一致及器件温漂等非理想因素导致的无轴承电机转子悬浮位置偏心问题，对电机悬浮状态下的转子偏心进行自适应补偿，实现转子最优位置的悬浮，此方法认为抗偏心悬浮电流最小状态下的转子所处位置为定子几何中心，以无轴承电机抗偏心悬浮电流为观察对象，实现无轴承电机转子悬浮位置偏心的自适应补偿，观察量通过设计低通滤波环节来获取，且能够反映转子悬浮位置偏心情况，所述方案的实现步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种无轴承电机径向位移检测误差补偿方法，其特征在于，所述步骤s1中偏心补偿初始矢量可根据实际需求设定任意方向。
3.根据权利要求1所述的一种无轴承电机径向位移检测误差补偿方法，其特征在于，所述步骤s2中当前时刻偏心补偿矢量的计算方法为上一时刻所获取的跟踪步长矩阵dpxy(k-1)与单位矢量的乘积的累加，对应的公式写作
4.根据权利要求1所述的一种无轴承电机径向位移检测误差补偿方法，其特征在于，所述步骤s3中的无轴承电机悬浮电流矢量的获取通过电流传感器采样获得。
5.根据权利要求1所述的一种无轴承电机径向位移检测误差补偿方法，其特征在于，所述步骤s3中无轴承电机悬浮闭环控制系统采用位移外环-电流内环的典型控制结构，基本原理为将无轴承电机径向位移矢量设定值与其实际采样值作差，并考虑偏心补偿矢量的作用，将其送入位移调节器中得到无轴承电机径向悬浮力设定值进而通过无轴承电机解耦模型获取悬浮电流矢量设定值与悬浮电流矢量实际采样值作差送入电流调节器中得到悬浮指令电压矢量最后通过调制环节得到逆变器开关信号sl以实现无轴承电机的悬浮闭环控制。
6.根据权利要求1所述的一种无轴承电机径向位移检测误差补偿方法，其特征在于，所述步骤s4中的无轴承电机悬浮电流矢量分为抗扰动悬浮电流...
【专利技术属性】
技术研发人员：鲍旭聪，王晓琳，石滕瑞，李正龙，沙克玮，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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