CN109217766A - 无轴承异步电机的独立逆解耦控制*** - Google Patents

无轴承异步电机的独立逆解耦控制*** Download PDF

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Abstract

无轴承异步电机的独立逆解耦控制***,包括无轴承异步电机原***、设置在无轴承异步电机原***之前的无轴承异步电机逆***,以及设置在无轴承异步电机逆***之前的四个调节控制器,所述的独立逆解耦控制***还包括气隙磁链独立观测器和转子磁链辨识器;α位移调节控制器、β位移调节控制器、磁链调节控制器和转速调节控制器均由极点配置法构造而成;无轴承异步电机原***由独立磁悬浮原***和独立转矩原***组成该控制***是一种实时性较强的高性能磁悬浮解耦控制***,可实现无轴承异步电机的动态解耦控制、简化***模型的复杂性、避免磁悬浮***逆模型对转矩***磁场定向方式的依赖,尤其适用于对动态控制性能要求较高的高速电机驱动应用场合。

Description

无轴承异步电机的独立逆解耦控制***
技术领域
本发明涉及新型特种交流电机驱动与控制技术领域,具体说的是无轴承异步电机的独立逆解耦控制***。
背景技术
无轴承电机是基于磁轴承与交流电机定子结构的相似性而提出的适合于高速运转的新型电机,在航空航天、物料密封传输、先进制造等领域具有广泛的应用前景。对现有文献和专利检索发现,无轴承电机内部存在复杂的电磁耦合关系,为此国内外已对其进行过逆解耦控制研究,但整体逆***模型复杂,不便于工程应用;在逆***建模时,现有研究大多忽略了定子电流动态方程,导致逆模型中包含有难以预测的负载转矩变量;在原***中需通过定子电流闭环来抑制电流分量之间的非线***叉耦合。为实现无轴承异步电机的高性能解耦控制、简化***模型的复杂性、避免磁悬浮***逆模型对转矩***磁场定向方式的依赖,需提出新的无轴承异步电机的控制***结构。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供一种无轴承异步电机的独立逆解耦控制***,该控制***是一种实时性较强的高性能磁悬浮解耦控制***,可实现无轴承异步电机的动态解耦控制、简化***模型的复杂性、避免磁悬浮***逆模型对转矩***磁场定向方式的依赖,尤其适用于对动态控制性能要求较高的高速电机驱动应用场合。
为实现上述技术目的,所采用的技术方案是:无轴承异步电机的独立逆解耦控制***,包括无轴承异步电机原***、设置在无轴承异步电机原***之前的无轴承异步电机逆***,以及设置在无轴承异步电机逆***之前的四个调节控制器,四个调节控制器为α位移调节控制器、β位移调节控制器、磁链调节控制器和转速调节控制器;
所述的独立逆解耦控制***还包括气隙磁链独立观测器和转子磁链辨识器;
所述的α位移调节控制器、β位移调节控制器、磁链调节控制器和转速调节控制器均由极点配置法构造而成;
所述的无轴承异步电机原***由独立磁悬浮原***和独立转矩原***组成;
所述的无轴承异步电机逆***由并联排列的独立磁悬浮逆***和独立转矩逆***组成;独立磁悬浮逆***的输入端与α位移调节控制器、β位移调节控制器的输出端连接,独立转矩逆***的输入端与磁链调节控制器、转速调节控制器的输出端连接;
所述的独立磁悬浮逆***的输入端与气隙磁链独立观测器的气隙磁链α、β轴分量输出端连接,独立磁悬浮逆***与独立磁悬浮原***串联,将独立磁悬浮***解耦为α径向位移分量伪线性二阶积分子***和β径向位移分量伪线性二阶积分子***,α径向位移分量伪线性二阶积分子***的α向径向位移的给定信号和检测反馈信号连接到α位移调节控制器的输入端,β径向位移分量伪线性二阶积分子***的β向径向位移的给定信号和检测反馈信号连接到β位移调节控制器的输入端,实现α径向位移分量伪线性二阶积分子***和β径向位移分量伪线性二阶积分子***控制闭环;
所述的独立转矩逆***与独立转矩原***串联,将独立转矩***解耦为电机转速伪线性二阶积分子***和转子磁链伪线性二阶积分子***,电机转速伪线性二阶积分子***的电机转速的给定信号和反馈信号连接到转速调节控制器的输入端,转子磁链伪线性二阶积分子***的转子磁链给定信号和经转子磁链辨识器得到的转子磁链反馈信号连接到磁链调节控制器的输入端,实现电机转速伪线性二阶积分子***和转子磁链伪线性二阶积分子***控制闭环。
本发明所述的独立转矩逆***的模型为
设定xt=(x1t,x2t,x3t,x4t)T=(is1d,is1qr1r)T,yt=(y1t,y2t)T=(ψr1r)Tis1d、is1q为d-q坐标系下转矩绕组的d、q轴定子电流分量,ψr1为d-q坐标系下独立转矩原***转子磁链的幅值;ωr为转子机械旋转角速度, ut=(u1t,u2t)T=(us1d,us1q)T,us1d、us1q为d-q坐标系下转矩绕组的d、q轴定子电压分量,式(10)中,δ=Rr1/Lr1,ξ=1/σLs1,η=Lm1/Lr1,μ=pnLm1/JLr1,pn是磁极对数;Rs1和Rr1分别为独立转矩***的定子绕组电阻和转子绕组电阻;Ls1为等效两相定子绕组自电感;Lr1为等效两相转子绕组自电感;Lm1为定转子绕组之间的互感;为电机漏磁系数;J为转动惯量;pn为转矩绕组的磁极对数。
本发明所述的独立磁悬浮逆***的模型为
设定us=(u1s,u2s)T=(is2α,is2β)T, ys=(y1s,y2s)T=(α,β)T变量α和β分别为沿水平和垂直方向的转子径向位移分量,分别为沿水平和垂直方向转子径向位移分量的时间导数项, is2α、is2β分别为α-β坐标系中的磁悬浮控制电流分量,式(22)中:m为转子质量;ψ、ψ为α-β坐标系中独立转矩***气隙磁链的α、β轴分量;Ks是径向位移刚度系数; Km是由电机结构决定的磁悬浮力系数。
本发明所述的独立磁悬浮***解耦运算所需要的独立转矩原***气隙磁链的α、β轴分量ψ和ψ,通过气隙磁链观测器独立观测计算得到,所述的气隙磁链观测器表达式为
其中:Lr1l为独立转矩原***等效两相转子绕组的漏电感;us1α、us1β为α-β坐标系中转矩绕组定子电压的α、β轴分量;is1α、is1β为α-β坐标系中转矩绕组定子电流的α、β轴分量,Rs1为独立转矩原***的定子绕组电阻。
本发明所述的四个调节控制器的构建方法为:
首先,根据解耦后的各个子***近似传递函数G(s)=1/s2,以及前馈和反馈调节控制器的传递函数,构造出子***的闭环传递函数为:
其中,a0、a1为前馈和反馈调节控制器的参数,然后,将个子***转化为“标准二阶***”,此时各个子***的闭环传递函数可表示为:
式(24)中的ζ为***阻尼比,ωn为***响应角频率。
最后,确定前馈加反馈调节控制器的参数。对比式(23)和(24)的对应项,按对应项系数相对的原则,可确定出前馈和反馈调节控制器的参数a0、a1表达式:
根据前述选定的阻尼比参数ζ和响应角频率参数ωn,即可求出前馈和反馈调节控制器的参数。
本发明有益效果是:采用本发明给出的无轴承异步电机的独立逆解耦控制***,把无轴承异步电机***中的转矩***和磁悬浮***分离为两个独立***,所得到的独立转矩***和独立磁悬浮***的原***模型和逆***模型都比较简单,使得无轴承异步电机整体***模型得到有效简化,便于工程技术实现。同时,因为转矩绕组定子电流动态变化过程中的交叉耦合项已通过逆***方法实现解耦,可省去独立转矩原***中的电流闭环;因为***建模时已考虑了转矩绕组电流动态特性,所建立的独立转矩***逆模型中不再包含难以预测的负载转矩变量,在独立转矩逆***实现时可省掉对转矩变量的在线辨识环节;采用极点配置法配置各闭环子***的调节控制器,可在保证各子***稳定性的基础上保障其阻尼比和响应速度的需求。总之,本发明给出的无轴承异步电机独立逆解耦控制***,具有整体***结构简单、模型和算法简单、易于工程技术实现等优点。
附图说明
图1为无轴承异步电机独立逆***解耦原理示意图;
图2为闭环子***调节控制器结构示意图;
图3为无轴承异步电机独立逆解耦控制***原理结构图;
具体实施方式
无轴承异步电机的独立逆解耦控制***,包括无轴承异步电机原***、设置在无轴承异步电机原***之前的无轴承异步电机逆***,以及设置在无轴承异步电机逆***之前的四个调节控制器,四个调节控制器为α位移调节控制器、β位移调节控制器、磁链调节控制器和转速调节控制器:
所述的独立逆解耦控制***还包括气隙磁链独立观测器和转子磁链辨识器;
所述的α位移调节控制器、β位移调节控制器、磁链调节控制器和转速调节控制器均由极点配置法构造而成;
所述的无轴承异步电机原***由独立磁悬浮原***和独立转矩原***组成;
所述的无轴承异步电机逆***由并联排列的独立磁悬逆***和独立转矩逆***组成;独立磁悬浮逆***的输入端与α位移调节控制器、β位移调节控制器的输出端连接,独立转矩逆***的输入端与磁链调节控制器、转速调节控制器的输出端连接;
所述的独立磁悬浮逆***的输入端与气隙磁链独立观测器的气隙磁链α、β轴分量输出端连接,独立磁悬浮逆***与独立磁悬浮原***串联,将独立磁悬浮***解耦为α径向位移分量伪线性二阶积分子***和β径向位移分量伪线性二阶积分子***,α径向位移分量伪线性二阶积分子***的α向径向位移的给定信号检测反馈信号连接到α位移调节控制器的输入端,β径向位移分量伪线性二阶积分子***的β向径向位移的给定信号和检测反馈信号连接到β位移调节控制器的输入端,实现α径向位移分量伪线性二阶积分子***和β径向位移分量伪线性二阶积分子***控制闭环。
所述的独立转矩逆***与独立转矩原***串联,将独立转矩***解耦为电机转速伪线性二阶积分子***和转子磁链伪线性二阶积分子***,电机转速伪线性二阶积分子***的电机转速的给定信号和反馈信号连接到转速调节控制器的输入端,转子磁链伪线性二阶积分子***的转子磁链给定信号和经转子磁链辨识器得到的转子磁链反馈信号连接磁链调节控制器和转速调节控制器的输入端,实现电机转速伪线性二阶积分子***和转子磁链伪线性二阶积分子***控制闭环。
专利发明原理依据:
1)无轴承异步电机是一个多变量、非线性、强耦合的复杂对象,其中存在复杂的非线性电磁耦合关系;逆***法是适于多变量、复杂非线性***的动态解耦控制方法,能实现无轴承异步电机内部各耦合变量之间的交叉耦合关系。
2)因磁悬浮控制磁场相对比较微弱,无轴承异步电机的转矩***控制基本不受磁悬浮***的影响,可以进行独立的逆***解耦控制;无轴承异步电机的磁悬浮***,需要根据转矩***的气隙磁链信息进行控制,而转矩***的气隙磁链可根据其定子电压、电流和定子电阻参数等实时独立观测计算得到,且不受易变的转子电阻参数影响、不受当前转矩***磁场定向方式的限制,因此对磁悬浮***进行独立逆***解耦控制也是可行的。
3)对转矩***和磁悬浮***进行独立逆***解耦之后,再采用线性***理论对各子***进行闭环调节控制器的综合,配置出合适的调节器,即可实现无轴承异步电动机的高性能动态运行控制。
为了实现上述目的,本发明采取的技术手段为:一种无轴承异步电机的独立逆解耦控制***,包括以下步骤:
1)独立转矩***建模
定义:d-q坐标系为转矩***转子磁链定向坐标系。
首先,建立独立转矩原***的原模型。考虑转矩***定子电流动态特性,兼顾考虑约束条件其中ψr1d和ψr1q分别是独立转矩原***转子磁链的d、q轴分量,分别选取独立转矩原***的输入变量ut、状态变量xt、输出变量yt为:
ut=(u1t,u2t)T=(us1d,us1q)T (1)
xt=(x1t,x2t,x3t,x4t)T=(is1d,is1qr1r)T (2)
yt=(y1t,y2t)T=(ψr1r)T (3)
其中:us1d、us1q为d-q坐标系下转矩绕组的d、q轴定子电压分量;is1d、is1q为d-q 坐标系下转矩绕组的d、q轴定子电流分量;ψr1为d-q坐标系下独立转矩原***转子磁链的幅值;ωr为转子机械旋转角速度。
则根据无轴承异步电机的工作原理,可推导求出d-q坐标系中的独立转矩原***状态方程,也即原模型为:
其中:δ=Rr1/Lr1,ξ=1/σLs1,η=Lm1/Lr1,μ=pnLm1/JLr1,pn是磁极对数;Rs1和Rr1分别为独立转矩原***的定子绕组电阻和转子绕组电阻;Ls1为等效两相定子绕组自电感;Lr1为等效两相转子绕组自电感;Lm1为定转子绕组之间的互感;为电机漏磁系数;J为转动惯量;pn为转矩绕组的磁极对数;TL为负载转矩。
然后,建立独立转矩逆***的模型。利用Interactor算法,对独立转矩原***依次计算其输出变量对时间的导数,直至其某阶导数中显含输入变量为止。具体过程如下:
令:
则可推导出独立转矩原***的Jacobi矩阵为:
独立转矩原***的雅克比矩阵At是满秩的、且其矢量相对阶之和均等于其状态方程的阶数,因此独立转矩原***是可逆的。
令:
将式(9)带入式(5)~(6),可求得d-q坐标系中的独立转矩逆***的模型:
在考虑定子电流动态之后,在式(10)独立转矩逆***的模型中不再含有难以预测的负载转矩变量TL
2)独立磁悬浮***建模
定义:α-β坐标系为静止两相对称坐标系,其中α轴与水平方向磁悬浮线圈的轴线方向一致,β轴与垂直方向磁悬浮线圈的轴线方向一致。
首先,建立独立磁悬浮原***的模型。选取独立磁悬浮原***的输入变量us、状态变量xs、输出变量ys分别为:
us=(u1s,u2s)T=(is2α,is2β)T (11)
ys=(y1s,y2s)T=(α,β)T (13)
其中:is2α、is2β分别为α-β坐标系中的磁悬浮控制电流分量;变量α和β分别为沿水平和垂直方向的转子径向位移分量,分别为沿水平和垂直方向转子径向位移分量的时间导数项。
根据无轴承异步电机的工作原理,可推导求出α-β坐标系中的独立磁悬浮原***的状态方程,即模型为:
式(14)中:m为转子质量;ψ、ψ为α-β坐标系中独立转矩原***气隙磁链的α、β轴分量;Ks是径向位移刚度系数;Km是由电机结构决定的磁悬浮力系数,其表达式为:
其中的L2ms为三相悬浮绕组的单相激磁电感;μ0为气隙磁导率,l为电机铁芯有效长度,r为转子外径;N1、N2分别为三相整矩集中转矩绕组和悬浮绕组的单相有效串联匝数。
式(14)中所需要的独立转矩原***气隙磁链的α、β轴分量ψ和ψ,其独立观测计算表达式,即气隙磁链独立观测器的模型为:
其中:Lr1l为独立转矩原***等效两相转子绕组的漏电感;us1α、us1β为α-β坐标系中转矩绕组定子电压的α、β轴分量;is1α、is1β为α-β坐标系中转矩绕组定子电流的α、β轴分量。
然后,建立独立磁悬浮***的逆模型。利用Interactor算法,对独立磁悬浮原***依次计算输出变量对时间的导数,直至其某阶导数中显含输入变量为止。具体过程如下:
令:
则可推导出独立磁悬浮***的Jacobi矩阵为:
在正常运行过程中,ψr都不为零,独立磁悬浮***的雅克比矩阵As都是满秩的、且其矢量相对阶之和等于其状态方程的阶数,因此独立磁悬浮***是可逆的。
令:
将式(21)带入式(17)~(18),可求得α-β坐标系中的独立磁悬浮***逆模型:
式(22)所示的独立磁悬浮***逆模型,其所需要的独立转矩***气隙磁链,可根据定子电压和定子电流等变量通过实时独立观测计算得到,因此,该独立磁悬浮逆***的模型与独立转矩***的磁场定向控制方式无关。
3)无轴承异步电机的独立逆***解耦
把无轴承异步电机及其驱动逆变器看做无轴承异步电机复合被控对象也即无轴承异步电机原***;根据(式16)构成气隙磁链独立观测器,把气隙磁链独立观测器输出的独立转矩原***气隙磁链分量ψ和ψ送入独立磁悬浮***逆***的模型(式22),用于磁悬浮控制电流的解耦计算;把独立转矩***逆***(式10)与独立磁悬浮逆***逆(式 22)并联排列之后,再与无轴承异步电机原***串联,也即把独立转矩逆***与独立转矩原***对应串联,把独立磁悬浮逆***与独立磁悬浮原***对应串联,则无轴承异步电机原***中的独立转矩原***被线性化解耦为转子磁链、转速两个伪线性二阶线性积分子***,无轴承异步电机原***中的独立磁悬浮原***被线性化解耦为α和β径向位移分量的两个伪线性二阶线性积分子***,各子***的线性化传递函数为1/s2,从而完成无轴承异步电机的独立逆***解耦,如图1所示。
4)子***的闭环综合
因工况和电机参数时变性等因素,经逆***解耦得到的各个子***属于伪线性子***,需要进行闭环控制***综合以便提高动态控制性能。经逆***解耦得到的四个子***的开环传递函数都可近似表示为G(s)=1/s2,属于二阶积分型线性子***。本专利采用前馈加反馈调节控制器结构,附带调节控制器后的单个闭环综合子***结构图如图2所示,其中的yi *代表子***的给定信号或期望输出信号,yi代表子***的实际输出变量, vi代表子***逆模型的输入变量,a0、a1为前馈和反馈调节控制器的参数。通过“极点配置”法来完成二阶积分型线性子***的调节控制器闭环综合设计,具体为:
首先,根据解耦后的子***近似传递函数G(s)=1/s2,以及前馈和反馈调节控制器的传递函数,构造出子***的闭环传递函数为:
然后,将个子***转化为“标准二阶***”,此时各个子***的闭环传递函数可表示为:
式(24)中的ζ为***阻尼比,ωn为***响应角频率。
其次,确定ζ和ωn参数。通常情况下取ζ=0.707时,***的超调适当、调节时间较短,因此选阻尼比为0.707。在阻尼比确定后,根据***响应速度需求,选取参数ωn。此处选定各子***的响应角频率为ωn=100rad/s,此时各个子***的闭环传递函数就转化为:
最后,确定前馈加反馈调节控制器的参数。对比式(23)和(24)的对应项,按对应项系数相对的原则,可确定出前馈和反馈调节控制器的参数a0、a1表达式:
根据前述选定的阻尼比参数ζ和响应角频率参数ωn,即可求出前馈加反馈调节控制器的参数;此处分别为a0=10000,a1=141.4。
5)构建无轴承异步电机的独立逆解耦控制***结构
为提高无轴承异步电机的动态控制性能,本发明提出如图3所示的无轴承异步电机独立逆***解耦控制***结构,具体包括如下步骤:
(1)把独立转矩逆***的输出量u1t、u2t分别与独立转矩原***的信号端对应连接,通过逆***方法把独立转矩原***解耦为电机转速、转子磁链等两个独立的伪线性二阶积分子***;对独立转矩原***的输入信号进行2r/3s坐标变换之后,经SPWM控制逆变器输出独立转矩原***的三相定子绕组电压us1a、us1b、us1c
(2)根据式(10)进行独立转矩原***气隙磁链α、β轴分量ψ和ψ的独立实时观测计算,气隙磁链独立观测器输出的气隙磁链α、β轴分量ψ和ψ送入独立磁悬浮逆***,用于磁悬浮控制电流的解耦计算;把独立磁悬浮逆***的输出量u1s、u2s分别与独立磁悬浮原***的信号端对应连接,通过逆***方法把独立磁悬浮原***解耦为α和β径向位移分量等两个伪线性二阶积分子***;对独立磁悬浮原***的输入信号进行2/3坐标变换之后,再经CRPWM电流跟踪控制逆变器输出独立磁悬浮原***的三相定子绕组电流is2a、is2b、is2c
(3)按照图2所示极点配置法,构造出磁链、转速、α位移和β位移等各个线性化解耦闭环子***的调节控制器。
(4)构建各解耦子***的控制闭环。具体为,把α向位移的检测反馈信号与其零值给定信号α*送入α位移调节控制器,再把α位移调节控制器的输出端连接到独立磁悬浮逆***的v1s输入端;把β向位移的检测反馈信号与其零值给定信号β*送入β位移调节控制器,再把β位移调节控制器的输出端连接到独立磁悬浮逆***的v2s输入端。把从转子磁链辨识环节得到的转子磁链反馈信号ψr1与转子磁链给定信号送入磁链调节控制器,再把磁链调节控制器的输出端连接到独立转矩逆***的v1t输入端;把电机转速的反馈信号ωr与其给定信号送入转速调节控制器,再把转速调节控制器的输出端连接到独立转矩逆***的v2t输入端。
经过上述(1)、(2)、(3)、(4)步骤,即可构造出图3所示的无轴承异步电机独立逆解耦控制***结构。

Claims (5)

1.无轴承异步电机的独立逆解耦控制***,包括无轴承异步电机原***、设置在无轴承异步电机原***之前的无轴承异步电机逆***,以及设置在无轴承异步电机逆***之前的四个调节控制器,四个调节控制器为α位移调节控制器、β位移调节控制器、磁链调节控制器和转速调节控制器,其特征在于:
所述的独立逆解耦控制***还包括气隙磁链独立观测器和转子磁链辨识器;
所述的α位移调节控制器、β位移调节控制器、磁链调节控制器和转速调节控制器均由极点配置法构造而成;
所述的无轴承异步电机原***由独立磁悬浮原***和独立转矩原***组成;
所述的无轴承异步电机逆***由并联排列的独立磁悬浮逆***和独立转矩逆***组成;独立磁悬浮逆***的输入端与α位移调节控制器、β位移调节控制器的输出端连接,独立转矩逆***的输入端与磁链调节控制器、转速调节控制器的输出端连接;
所述的独立磁悬浮逆***的输入端与气隙磁链独立观测器的气隙磁链α、β轴分量输出端连接,独立磁悬浮逆***与独立磁悬浮原***串联,将独立磁悬浮***解耦为α径向位移分量伪线性二阶积分子***和β径向位移分量伪线性二阶积分子***,α径向位移分量伪线性二阶积分子***的α向径向位移的给定信号与检测反馈信号连接到α位移调节控制器的输入端,β径向位移分量伪线性二阶积分子***的β向径向位移的给定信号与检测反馈信号连接到β位移调节控制器的输入端,实现α径向位移分量伪线性二阶积分子***和β径向位移分量伪线性二阶积分子***控制闭环;
所述的独立转矩逆***与独立转矩原***串联,将独立转矩***解耦为电机转速伪线性二阶积分子***和转子磁链伪线性二阶积分子***,电机转速伪线性二阶积分子***的电机转速的给定信号和反馈信号连接到转速调节控制器的输入端,转子磁链伪线性二阶积分子***的转子磁链给定信号和经转子磁链辨识器得到的转子磁链反馈信号连接到磁链调节控制器和转速调节控制器的输入端,实现电机转速伪线性二阶积分子***和转子磁链伪线性二阶积分子***控制闭环。
2.如权利要求1所述的无轴承异步电机的独立逆解耦控制***,其特征在于:所述的独立转矩逆***的模型为
设定xt=(x1t,x2t,x3t,x4t)T=(is1d,is1qr1r)T,yt=(y1t,y2t)T=(ψr1r)Tis1d、is1q为d-q坐标系下转矩绕组的d、q轴定子电流分量,ψr1为d-q坐标系下独立转矩***转子磁链的幅值;ωr为转子机械旋转角速度,ut=(u1t,u2t)T=(us1d,us1q)T,us1d、us1q为d-q坐标系下转矩绕组的d、q轴定子电压分量,式(10)中,δ=Rr1/Lr1,ξ=1/σLs1,η=Lm1/Lr1,μ=pnLm1/JLr1,pn是磁极对数;Rs1和Rr1分别为独立转矩原***的定子绕组电阻和转子绕组电阻;Ls1为等效两相定子绕组自电感;Lr1为等效两相转子绕组自电感;Lm1为定转子绕组之间的互感;为电机漏磁系数;J为转动惯量;pn为转矩绕组的磁极对数。
3.如权利要求1所述的无轴承异步电机的独立逆解耦控制***,其特征在于:所述的独立磁悬浮逆***的模型为
设定us=(u1s,u2s)T=(is2α,is2β)T,ys=(y1s,y2s)T=(α,β)T变量α和β分别为沿水平和垂直方向的转子径向位移分量,分别为沿水平和垂直方向转子径向位移分量的时间导数项,s2α、is2β分别为α-β坐标系中的磁悬浮控制电流分量,式(22)中:m为转子质量;ψ、ψ为α-β坐标系中独立转矩原***气隙磁链的α、β轴分量;Ks是径向位移刚度系数;Km是由电机结构决定的磁悬浮力系数。
4.如权利要求1所述的无轴承异步电机的独立逆解耦控制***,其特征在于:所述的独立磁悬浮***解耦运算所需要的独立转矩原***气隙磁链的α、β轴分量ψ和ψ,通过气隙磁链观测器独立观测计算得到,所述的气隙磁链观测器表达式为
其中:Lr1l为独立转矩原***等效两相转子绕组的漏电感;us1α、us1β为α-β坐标系中转矩绕组定子电压的α、β轴分量;is1α、is1β为α-β坐标系中转矩绕组定子电流的α、β轴分量,Rs1为独立转矩原***的定子绕组电阻。
5.如权利要求1所述的无轴承异步电机的独立逆解耦控制***,其特征在于:所述的四个调节控制器的构建方法为:
首先,根据解耦后的各个子***近似传递函数G(s)=1/s2,以及前馈和反馈调节控制器的传递函数,构造出子***的闭环传递函数为:
其中,a0、a1为前馈和反馈调节控制器的参数,然后,将个子***转化为标准二阶***,此时各个子***的闭环传递函数可表示为:
式(24)中的ζ为***阻尼比,ωn为***响应角频率;
最后,确定前馈加反馈调节控制器的参数,对比式(23)和(24)的对应项,按对应项系数相对的原则,可确定出前馈和反馈调节控制器的参数a0、a1表达式:
a1=2ζωn,
根据前述选定的阻尼比参数ζ和响应角频率参数ωn,即可求出前馈和反馈调节控制器的参数。
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