【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无轴承磁通切换电机，尤其涉及单绕组无轴承磁通切换电机的悬浮磁链重复控制方法。
技术介绍
1、磁悬浮轴承技术具有无摩擦、长寿命、无污染及支承特性可控等优点，被认为在减振降噪、绿色节能、清洁和高速等领域有广阔的应用前景。在船舶与海洋装备，航空航天以及数控机床等应用场合，电机的体积和效率要求很高，集成化主要的技术瓶颈之一。
2、将磁悬浮轴承的线圈与电机的电枢绕组共同叠绕到定子上，没有磁轴承或机械轴承的结构，即无轴承，以双绕组实现磁悬浮-旋转共同控制是缩短轴向长度和提高功率密度的有效方案。无轴承磁通切换电机(bfspmm)具备独特的聚磁特性，转子结构简单可靠，永磁体温升退磁风险低，能方便地实现气隙磁场直接调制。面对小舱容、低噪声、低振动平台需求，对bfspmm的结构集成提出更高要求。单绕组bfspmm仅依靠一套绕组中的转矩电流分量和悬浮电流分量即可实现电机旋转和悬浮独立控制，充分发挥绕组容量，非常适用于小型电力传动设备小体积、高效率的需求。
3、对于单绕组bfspmm而言，实现高性能悬浮控制面临以下困难：1)作为定子永磁型磁场调制的双凸极结构电机，定转子齿槽交变过程的磁通铰链及气隙长度变化引起的径向力波动也对电机悬浮性能产生较大影响；2)振动信号在绕组中将产生周期性电流扰动，而单绕组结构的相电感较小，绕组电流高次谐波含量更大，更易引起转矩及悬浮力脉动；3)转矩电流分量和悬浮电流分量共同调制永磁体建立的初始气隙磁场，两种被控电流分量之间具有强耦合性，更加突出转矩脉动、悬浮力脉动及转子径向位移脉动的复杂
4、面对单绕组bfspmm，这种典型的机电耦合系统，已有方法尚难以有效处理稳态工况下转子径向位移脉动，以及动态工况下的位移突变现象。为此，有必要研究气隙磁场交变规律与转子动力学问题相结合的控制策略。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供单绕组无轴承磁通切换电机的悬浮磁链重复控制方法。
2、本专利技术采用的技术方案是：
3、单绕组无轴承磁通切换电机的悬浮磁链重复控制方法，根据单绕组无轴承磁通切换电机的磁悬浮转子系统，建立转子动态偏心的悬浮磁链模型；根据转子动态偏心的悬浮磁链模型，在磁悬浮转子系统内设置带有积分环节、模型补偿器和同频相移陷波滤波器的模型补偿重复控制器；积分环节用于消除稳态误差，模型补偿器用于获取逆系统输出信号，以便获得准确的位移控制信号，陷波滤波器用于削减转子径向位移的同频脉动；
4、通过模型补偿重复控制器计算获取期望悬浮磁链，将期望悬浮磁链与磁链观测器获取的实际磁链对比得到磁链误差，通过磁链误差计算得到期望电压，从而得到逆变器开关信号。
5、具体地，编码器采集角度信息以便基于传统直接转矩控制得到转矩平面期望电压；期望电压结合基于传统直接转矩控制得到转矩平面期望电压共同计算得各相桥臂占空比，基于各相桥臂占空比，从而得到逆变器开关信号。
6、进一步地，本专利技术的控制方法具体包括以下步骤：
7、步骤1，将单绕组无轴承磁通切换电机(bfspmm)的六相电流分解为转矩平面电流iαtiβt、悬浮平面电流iαsiβs和零序电流io1io2；
8、步骤2，通过转矩方程和悬浮力方程计算同步旋转坐标系中的转矩电流分量idtiqt与悬浮电流分量idsiqs；
9、步骤3，基于转矩电流分量分别变换得到同步旋转坐标系中的悬浮平面电枢磁链和悬浮平面磁链，
10、步骤4，设置带有积分环节、模型补偿和陷波滤波器的重复控制器；通过重复控制器获得期望悬浮电流；期望悬浮电流计算期望悬浮磁链，
11、步骤5，将期望悬浮磁链与磁链观测器获取的磁链对比得到磁链误差；
12、步骤6，通过磁链误差计算得到期望电压，基于悬浮平面期望电压结合传统直接转矩控制得到转矩平面期望电压，计算得各相桥臂占空比，基于各相桥臂占空比对逆变器进行控制，从而得到逆变器开关信号。电机旋转部分的控制采用传统直接转矩控制即可，不是本专利技术提出的技术方案，仅作为能够完成电机基本旋转的方式。
13、进一步地，步骤1中转矩平面电流iαtiβt、悬浮平面电流iαsiβs和零序电流io1io2的表达式如下：
14、
15、式中，
16、进一步地，步骤2中同步旋转坐标系中的转矩电流分量idtiqt与悬浮电流分量idsiqs与式(1)中的电流有如下关系：
17、
18、式中，θre为转矩平面αt轴与dt轴之间的角度，θsus为悬浮平面αs轴与ds轴之间的角度。
19、进一步地，定义αt轴与αs轴重合时，θsus表示为：
20、
21、式中，kd为iqt电流与单位悬浮电流共同作用产生的悬浮力幅值，kq为iqt电流与单位悬浮电流共同作用产生的悬浮力幅值，kpm为永磁体建立的磁场与单位悬浮电流共同作用产生的悬浮力幅值。
22、进一步地，步骤3中同步旋转坐标系中的悬浮平面电枢磁链的表达式如下：
23、
24、其中，θre为转矩平面αt轴与dt轴之间的角度；
25、同步旋转坐标系下悬浮平面磁链的表达式如下：
26、
27、其中，当第k相绕组电感中的气隙圆周角度θ指向对应的绕组轴向时，
28、
29、其中，v1、v2均为常数；ll0和lle分别为无偏心自感值与偏心引起的自感变化量；
30、进一步地，步骤4中模型补偿重复控制器中模型补偿器输出为：
31、
32、其中，δex和δey分别为x方向和y方向的位移误差。模型补偿器中的低通滤波器q(z)用于抑制微分作用导致的高频噪声。
33、不平衡磁拉力中转速同频脉动抑制控制量如下：
34、
35、式中，
36、
37、其中，θrm为机械角度；h(z)为陷波滤波器；
38、不平衡磁拉力中稳态误差消除分量如下：
39、
40、式中，p0为比例系数。
41、进一步地，步骤4具体包括以下步骤：
42、步骤4-1，分别采集获取单绕组无轴承磁通切换电的直流母线电压信息、转子位移信息和角度信息；
43、步骤4-2，基于转子位移信息计算获取对比期望位移；
44、步骤4-3，基于模型补偿重复控制器计算得到期望悬浮电流信号；基于模型补偿重复控制器的期望悬浮电流为：
45、
46、其中，和为模型补偿器输出；和为转速同频脉动抑制控制量；和为稳态误差消除分量；
47、步骤4-4，当采用idt＝0控制策略时，计算得到悬浮磁链控制中的期望磁链为：
48、
49、其中，δx和δy分别为转子在x方向和y方向的位移距离；ll0和lle分别为无偏心自感值与偏心引起的自感变化量；为悬浮平面旋转坐本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.单绕组无轴承磁通切换电机的悬浮磁链重复控制方法，其特征在于：其根据单绕组无轴承磁通切换电机的磁悬浮转子系统，建立转子动态偏心的悬浮磁链模型；根据转子动态偏心的悬浮磁链模型，在磁悬浮转子系统内设置带有积分环节、模型补偿器和同频相移陷波滤波器的模型补偿重复控制器；积分环节用于消除稳态误差，模型补偿器用于获取逆系统输出信号，以便获得准确的位移控制信号，陷波滤波器用于削减转子径向位移的同频脉动；
2.根据权利要求1所述的单绕组无轴承磁通切换电机的悬浮磁链重复控制方法，其特征在于：控制方法具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的单绕组无轴承磁通切换电机的悬浮磁链重复控制方法，其特征在于：步骤1中转矩平面电流iαTiβT、悬浮平面电流iαSiβS和零序电流io1io2的表达式如下：
4.根据权利要求2所述的单绕组无轴承磁通切换电机的悬浮磁链重复控制方法，其特征在于：步骤2中同步旋转坐标系中的转矩电流分量idTiqT与悬浮电流分量idSiqS的电流有如下关系：
5.根据权利要求2所述的单绕组无轴承磁通切换电机的悬浮磁链重复控制方法，其特征
6.根据权利要求2所述的单绕组无轴承磁通切换电机的悬浮磁链重复控制方法，其特征在于：步骤4具体包括以下步骤：
7.根据权利要求2或6所述的单绕组无轴承磁通切换电机的悬浮磁链重复控制方法，其特征在于：步骤4中模型补偿重复控制器中模型补偿器输出为：
8.根据权利要求2所述的单绕组无轴承磁通切换电机的悬浮磁链重复控制方法，其特征在于：步骤5具体包括以下步骤：
9.根据权利要求2所述的单绕组无轴承磁通切换电机的悬浮磁链重复控制方法，其特征在于：步骤6中悬浮平面期望电压为：
10.根据权利要求9所述的单绕组无轴承磁通切换电机的悬浮磁链重复控制方法，其特征在于：步骤6中各相桥臂占空比通解为：
...【技术特征摘要】
1.单绕组无轴承磁通切换电机的悬浮磁链重复控制方法，其特征在于：其根据单绕组无轴承磁通切换电机的磁悬浮转子系统，建立转子动态偏心的悬浮磁链模型；根据转子动态偏心的悬浮磁链模型，在磁悬浮转子系统内设置带有积分环节、模型补偿器和同频相移陷波滤波器的模型补偿重复控制器；积分环节用于消除稳态误差，模型补偿器用于获取逆系统输出信号，以便获得准确的位移控制信号，陷波滤波器用于削减转子径向位移的同频脉动；
2.根据权利要求1所述的单绕组无轴承磁通切换电机的悬浮磁链重复控制方法，其特征在于：控制方法具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的单绕组无轴承磁通切换电机的悬浮磁链重复控制方法，其特征在于：步骤1中转矩平面电流iαtiβt、悬浮平面电流iαsiβs和零序电流io1io2的表达式如下：
4.根据权利要求2所述的单绕组无轴承磁通切换电机的悬浮磁链重复控制方法，其特征在于：步骤2中同步旋转坐标系中的转矩电流分量idt...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈垚，郑皓元，张长坤，杨荣峰，李慧慧，廖卫强，俞万能，杨静雷，
申请(专利权)人：集美大学，
类型：发明
国别省市：
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