【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电动机控制，尤其涉及一种长定子直线电机无速度传感器控制方法。
技术介绍
1、磁悬浮列车由长定子直线电机驱动，长定子直线电机的控制需要用到电机速度和角度信息，可以通过速度传感器检测定子齿槽和轨道的定位标志板来获得，并通过无线传输装置发送给地面的控制系统。但列车在高速运行时，固定的无线传输间隔中列车位置变化很大，无法保证地面牵引控制系统获得准确的控制信息，影响列车稳定运行，延迟严重时可能会造成列车失控。因此，在列车高速运行时需要采用无速度传感器控制算法，通过电机定子电压和电流来实时观测电机速度和角度信息，减小控制信息传输延迟，提高列车运行的稳定性和安全性。
2、目前研究长定子直线电机无速度传感器的控制策略很多，包括模型参考自适应观测器、滑膜观测器、扩展卡尔曼滤波器、扩展反电动势观测器等，研究多集中在中高速区域，该类方法需要用到电机定子电压和电流信息，列车低速运行时开关器件的非线性使系统产生很大噪声误差，辨识精度降低。此外还有基于高频注入的方法，此类方法在低速时效果较好，但该类方法在电机运行过程中需要持续的激励，降低了逆变器的电压利用率，并且该类方法信号处理过程复杂，动态性能较差，因此实际应用中列车低速运行仍采用机械速度传感器方案。列车在低速运行时采用机械速度传感器控制，在高速运行时采用无速度传感器控制，由于存在机械速度传感器采集数据的传输延时和无速度传感器估算数据的误差，两者之间直接切换时很容易造成电机过流，影响列车稳定运行，所以需要采用合适的过渡切换算法，现有技术还鲜有研究。
1、为克服由于存在机械速度传感器采集数据的传输延时和无速度传感器估算数据的误差，两者之间直接切换时很容易造成电机过流，影响列车稳定运行的技术缺陷，本专利技术提供了一种长定子直线电机无速度传感器控制方法。本专利技术所述方法在低速采用机械传感器和高速采用无速度传感器之间过渡时提供一种加权平均切换算法。所述方法中，列车低速运行采用机械速度传感器控制精度高，高速运行采用无速度传感器避免无线传输带来的控制延时，并实现低速采用机械传感器和高速采用无速度传感器之间切换的良好过渡，从而实现对列车在整个运行区间的稳定控制。
2、本专利技术提供了一种长定子直线电机无速度传感器控制方法，步骤为：
3、s1、重构三相定子电压：
4、由于控制器计算延时、开关器件导通延时等因素影响，控制器的电压指令可能与长定子直线电机端的电压存在一定的误差，为了更准确的测量电机电压，需要用母线电压和开关管的占空比计算电机的各相电压；其中根据母线电压udc和三相上桥臂开关管的占空比sabc进行电压重构时，三相旋转坐标系下的相电压ua、ub、uc的计算公式为：
5、
6、s2、电压与电流变换：
7、无速度传感器控制算法用到两相静止坐标系下的电压和电流，电机控制中还用到两相旋转坐标系下的电流。利用clark变换公式将电压重构产生的三相旋转坐标系下的电压ua、ub、uc转换成两相静止坐标系下的电压uα、uβ；利用clark变换公式将三相旋转坐标系下的电流ia、ib转换成两相静止坐标系下的电流iα、iβ；利用park变换公式将两相静止坐标系下的电流iα、iβ转换成两相旋转坐标系下的电流id、iq；电压和电流的clark变换公式及电流的park变换公式分别为：
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9、
10、
11、s3、构建扩展反电动势观测器：
12、扩展反电动势项中包含磁链信息，采用id＝0控制，并且长定子直线同步电机漏感大，凸极效应不明显，动态过程中扩展反电动势与反电动势在幅值上略有差别，但在稳态时二者并无差别，因此可以根据观测的扩展反电动势来计算磁链；则长定子直线同步电机在αβ坐标系下的数学模型为：
13、
14、式中，ld、lq为电机直轴和交轴电感；r为定子相绕组电阻，ωr为转子角速度；e为扩展反电动势，e＝(ld-lq)(ωrid-piq)+ωrψf；其中，中含有位置信息，将其定义为扩展反电动势项，则
15、
16、式中，eα和eβ分别为扩展反电动势e在两相静止坐标系α、β轴上的分量；
17、由长定子直线电机在两相静止坐标系下的数学模型得到：
18、
19、式中，uα、uβ为两相静止坐标系下的给定电压，iα、iβ为两相静止坐标系下电流的实际值，为两相静止坐标系下电流的估算值；uα、uβ、iα、iβ通过测量变换间接得到，它们作为扩展反电动势观测器的输入，扩展反电动势项无法测量得到，可以将电流的测量值和估算值求差，再经过pi调节器来表示扩展反电动势的估算值；扩展反电动势在两相静止坐标系上的分量为和和的计算公式为：
20、
21、其中，为电流的估算值，ωrh为无速度传感器控制算法估算的电机转速，
22、
23、s4、估算电机转速和角度：
24、电机转速和角度估算基于锁相环原理，根据扩展反电动势的两个正交分量，提取长定子直线电机的角度信息；跟踪角度误差函数为：
25、
26、当误差为0时，电机角度估算值θh与电机角度实际值θ近似相等；经pi调节器处理后，得到电机转子的角速度ωrh；再对转子角速度进行积分运算得到转子角度的估算值θh；
27、s5、列车速度和电机角度加权切换：
28、列车低速运行时采用机械传感器控制，高速运行采用无速度传感器控制，由于存在机械传感器采集数据的传输延时和无速度传感器估算数据的误差，两者之间直接切换时很容易造成电机过流，影响系统安全，所以需要因此采取加权平均切换算法；加权平均切换算法包括电机转速切换和电机角度切换；
29、长定子直线电机全速度范围内的转速ωrz可用公式表示为：
30、ωrz＝λωrl+(1-λ)ωrh，
31、相应的全速度范围内电机角度θz可表示为：
32、θz＝λθl+(1-λ)θh，其中λ的表达式为
33、
34、式中，ωl、ωh分别是低速采用机械速度传感器控制的电机转速上限和高速采用无速度传感器控制的电机转速下限，ωrz是加权平均切换处理后的电机转速。
35、本专利技术所述方法在长定子直线电机转速较低时，采用机械速度传感器采集的电机转速和角度进行控制；在电机转速较高时，采用无速度传感器估算的电机转速和角度进行控制；并在电机低速采用机械传感器控制和高速采用无速度传感器控制切换时提供一种加权平均切换算法，平稳切换电机转速和角度，实现长定子直线电机在全速域范围内的稳定控制。所用的无速度传感器控制方法基于扩展反电动势模型估算出两相扩展反电动势，再基于锁相环原理，提取电机的速度和角度信息，且无速度传感器控制算法在电机运行过程中始终同步运算。
36、本专利技术提供的技术方案与现有技术相比具有如下技术效果：采用本专利技术所涉及的适用于磁悬浮列车的长定子直线电机在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种长定子直线电机无速度传感器控制方法，其特征在于，步骤为：
【技术特征摘要】
1.一种长定子直线电机无速度传感...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁志勇，杨怡晨，于森林，杨高兴，赵芳，张啸宇，
申请(专利权)人：中车永济电机有限公司，
类型：发明
国别省市：
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