制，即取a、0軸向位移調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為：
(15) 式中的為放大系數(shù)，_為超前時常，:?1為滯后時常。
[0027] 再根據(jù)解耦后的定子磁鏈子系統(tǒng)特點(diǎn)，選取PI比例積分調(diào)節(jié)器，傳遞函數(shù)為：
(16) 式中的比例放大系數(shù)，?^為積分系數(shù)。
[0028] 四個調(diào)節(jié)器分別對應(yīng)連接到定子磁鏈定向原系統(tǒng)的輸出端和定子磁鏈定向逆系 統(tǒng)的輸入端，構(gòu)成一個綜合閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)兩個徑向位移分量、定子磁鏈和電機(jī)轉(zhuǎn)速之 間的動態(tài)解耦控制，通過考慮定子電流動態(tài)的逆系統(tǒng)自然解決原系統(tǒng)中轉(zhuǎn)矩繞組d、q軸定 子電流分量之間的耦合。
[0029] 由圖2,所述考慮定子電流動態(tài)的無軸承異步電機(jī)定子磁鏈定向原系統(tǒng)包括 2r/3s反矢量坐標(biāo)變換、磁懸浮系統(tǒng)CRPWM電流跟蹤控制逆變器、轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)電壓調(diào)制SPWM逆 變器及無軸承異步電機(jī)。逆系統(tǒng)輸出的解耦控制變量經(jīng)2r/3s反矢量坐標(biāo)變換和 CRPWM電流跟蹤控制逆變器，輸出三相磁懸浮繞組的磁懸浮控制電流，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的磁懸浮解 耦控制；逆系統(tǒng)輸出的解耦控制變量漢^、經(jīng)2r/3s反矢量坐標(biāo)變換和電壓調(diào)制SPWM 逆變器，直接輸出三相轉(zhuǎn)矩繞組電壓量，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)驅(qū)動與定子磁鏈之間的動態(tài)解耦控 制。
[0030] 本發(fā)明在考慮定子電流動態(tài)特性影響的基礎(chǔ)上，以定子磁鏈定向逆系統(tǒng)解親控制 取代傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子磁鏈定向逆系統(tǒng)解耦控制，可有效避免轉(zhuǎn)子參數(shù)對電機(jī)磁鏈控制性能的影 響，通過為各偽線性子系統(tǒng)添加閉環(huán)控制器，構(gòu)成一個完整的考慮定子電流動態(tài)無軸承異 步電機(jī)定子磁鏈定向逆解耦復(fù)合閉環(huán)控制系統(tǒng)，可省掉原系統(tǒng)中的定子電流閉環(huán)與逆系統(tǒng) 中的負(fù)載轉(zhuǎn)矩辨識環(huán)節(jié)。
[0031] 除了以上描述外，本發(fā)明還可以廣泛地用在其他實(shí)施例中，并且本發(fā)明的保護(hù)范 圍并不受實(shí)施例的限定，其以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，依據(jù) 本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例的簡單修改，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種考慮電流動態(tài)的無軸承異步電機(jī)定子定向逆閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于，該閉 環(huán)系統(tǒng)包括考慮定子電流動態(tài)的無軸承異步電機(jī)定子磁鏈定向原系統(tǒng)、考慮定子電流動態(tài) 的無軸承異步電機(jī)定子磁鏈定向逆系統(tǒng)以及四個調(diào)節(jié)器；所述四個調(diào)節(jié)器是兩個位移調(diào)節(jié) 器、一個磁鏈調(diào)節(jié)器及一個轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，所述定子磁鏈定向逆系統(tǒng)串接在定子磁鏈定向原 系統(tǒng)之前以解耦為四個線性子系統(tǒng)和β兩個徑向位移量的二階線性子系統(tǒng)、一個定子 磁鏈吣i的一階線性子系統(tǒng)、一個轉(zhuǎn)速《的二階線性子系統(tǒng)，該四個線性子系統(tǒng)對應(yīng)所述 四個調(diào)節(jié)器，該四個調(diào)節(jié)器對應(yīng)連接到定子磁鏈定向原系統(tǒng)的輸出端和定子磁鏈定向逆系 統(tǒng)的輸入端，構(gòu)成定子磁鏈定向逆系統(tǒng)解耦閉環(huán)控制系統(tǒng)；其中， 所述考慮定子電流動態(tài)的無軸承異步電機(jī)定子磁鏈定向原系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為：式中，定義原系統(tǒng)的輸入量為〗系統(tǒng)狀態(tài)變系統(tǒng)輸出變量為分別為轉(zhuǎn)矩繞組定子電流的A 7軸分量， |_:、|_分別為懸浮繞組定子電流的a通由分量，為轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)定子磁鏈，《為轉(zhuǎn)子旋 轉(zhuǎn)角頻率，_$是由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的磁懸浮力系數(shù)，m為轉(zhuǎn)子質(zhì)量，發(fā)分別為轉(zhuǎn)矩系統(tǒng) 在dq坐標(biāo)系中的定、轉(zhuǎn)子漏感，fc為電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的徑向位移剛度系數(shù)，義:1為轉(zhuǎn)矩繞組定子電阻，Hi為轉(zhuǎn)矩繞組轉(zhuǎn)子電阻，:為而坐標(biāo)系中 的等效兩相轉(zhuǎn)矩繞組的自感，為而坐標(biāo)系中的等效兩相轉(zhuǎn)子繞組自電感，_:為轉(zhuǎn)矩 繞組的磁極對數(shù)，刀3轉(zhuǎn)動慣量，為負(fù)載轉(zhuǎn)矩； 所述考慮定子電流動態(tài)的無軸承異步電機(jī)定子磁鏈定向逆系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為：2.根據(jù)權(quán)利要求1所述考慮電流動態(tài)的無軸承異步電機(jī)定子定向逆閉環(huán)控制系統(tǒng)，其 特征在于，其中所述考慮定子電流動態(tài)的無軸承異步電機(jī)定子磁鏈定向原系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 是由如下方法得到的： (1) 定義α β為靜止兩相對稱坐標(biāo)系、dq為轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)定子磁鏈定向同步旋轉(zhuǎn)兩相對稱 坐標(biāo)系； (2) 根據(jù)電機(jī)內(nèi)部定子電流動態(tài)微分方程和定子磁鏈定向控制的靜態(tài)與動態(tài)約束條 件，可得考慮定子電流動態(tài)的定子磁鏈定向轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學(xué)模型為：(3) 根據(jù)無軸承異步電機(jī)的工作原理，得到二極磁懸浮系統(tǒng)的可控徑向電磁力模型：,、:!%分別為靜止α、β坐標(biāo)軸向的可控徑向懸浮力分量，_:、:_分別為沿A邊 標(biāo)軸向的氣隙磁鏈分量，其表達(dá)式為：(4) 根據(jù)動力學(xué)原理，構(gòu)造轉(zhuǎn)子徑向懸浮運(yùn)動方程為：式中，?為轉(zhuǎn)子的質(zhì)量，_、編分別為轉(zhuǎn)子發(fā)生徑向偏心時在電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的〇"、々向 不平衡轉(zhuǎn)子單邊電磁拉力，欠從，/i二夂是由電機(jī)結(jié)構(gòu)和電機(jī)磁場強(qiáng)度決定的 徑向位移剛度系數(shù)； (5) 選取四極轉(zhuǎn)矩繞組電壓為輸入變量，定義原系統(tǒng)的輸入變量u、狀態(tài)變量X、輸出變 量y分別為：結(jié)合步驟（2)至（4)的公式可得出兼顧考慮不平衡轉(zhuǎn)子單邊電磁拉力影響和轉(zhuǎn)矩繞組 定子電流動態(tài)的無軸承異步電機(jī)定子磁鏈定向原系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型：3.根據(jù)權(quán)利要求1所述考慮電流動態(tài)的無軸承異步電機(jī)定子定向逆閉環(huán)控制系統(tǒng)，其 特征在于，所述考慮定子電流動態(tài)的無軸承異步電機(jī)定子磁鏈定向逆系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是由 如下方法得到的： 通過Interactor算法分析可知，所述考慮定子電流動態(tài)的無軸承異步電機(jī)定子磁鏈 定向原系統(tǒng)是可逆的，對輸出量;逐次對時間求導(dǎo)，得到：取逆系統(tǒng)輸入變量為Kss 則兼顧考慮不平衡轉(zhuǎn)子單邊電 磁拉力影響和轉(zhuǎn)矩繞組定子電流動態(tài)的無軸承異步電機(jī)定子磁鏈定向逆系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 為：4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述考慮電流動態(tài)的無軸承異步電機(jī)定子定向逆閉環(huán)控制系統(tǒng)， 其特征在于，其中所述考慮定子電流動態(tài)的無軸承異步電機(jī)定子磁鏈定向原系統(tǒng)包括懸浮 繞組CRPffM電流跟蹤控制逆變器、轉(zhuǎn)矩繞組SPffM逆變器及無軸承異步電機(jī)，所述定子磁鏈 定向逆系統(tǒng)輸出的解耦控制變量、|3|經(jīng)反矢量坐標(biāo)變換處理后送入CRPffM電流跟蹤控 制逆變器，輸出三相磁懸浮繞組控制電流量到無軸承異步電機(jī)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的解耦懸浮控制； 所述考慮定子電流動態(tài)的無軸承異步電機(jī)定子磁鏈定向逆系統(tǒng)輸出的解親控制變量Ku、 經(jīng)反矢量坐標(biāo)變換處理后送入電壓調(diào)制SPffM逆變器，輸出三相轉(zhuǎn)矩繞組電壓量到無 軸承異步電機(jī)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)驅(qū)動與定子磁鏈之間的動態(tài)解耦控制。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述考慮電流動態(tài)的無軸承異步電機(jī)定子定向逆閉環(huán)控制系統(tǒng)，其 特征在于，其中所述位移調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是超前滯后調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)模型為：式中的￡為放大系數(shù)，凝為超前時常，為滯后時常。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述考慮電流動態(tài)的無軸承異步電機(jī)定子定向逆閉環(huán)控制系統(tǒng)，其 特征在于，其中所述磁鏈調(diào)節(jié)器是比例積分調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)模型為：式中的·&比例放大系數(shù)，均為積分系數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了考慮電流動態(tài)的無軸承異步電機(jī)定子定向逆閉環(huán)控制系統(tǒng)，包括考慮定子電流動態(tài)的定子磁鏈定向原系統(tǒng)、逆系統(tǒng)，以及四個調(diào)節(jié)器：兩個位移調(diào)節(jié)器、一個磁鏈調(diào)節(jié)器及一個轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，逆系統(tǒng)串接在原系統(tǒng)之前以解耦為四個線性子系統(tǒng)：α和β兩個徑向位移二階線性子系統(tǒng)、一個定子磁鏈一階線性子系統(tǒng)、一個轉(zhuǎn)速二階線性子系統(tǒng)，該四個線性子系統(tǒng)對應(yīng)四個調(diào)節(jié)器，四個調(diào)節(jié)器分別對應(yīng)連接到原系統(tǒng)的輸出端和逆系統(tǒng)的輸入端，構(gòu)成逆解耦閉環(huán)控制系統(tǒng)。在考慮定子電流動態(tài)影響的基礎(chǔ)上，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了可靠閉環(huán)解耦控制，省去了原系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩繞組定子電流閉環(huán)和逆系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩辨識環(huán)節(jié)，提高了系統(tǒng)控制性能。
【IPC分類】H02P21/00
【公開號】CN105071730
【申請?zhí)枴緾N201510462196
【發(fā)明人】卜文紹, 李勁偉, 李曉強(qiáng), 葉宇程, 袁瀾, 喬巖茹, 肖雋亞, 王曉紅, 王國強(qiáng)
【申請人】河南科技大學(xué)
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年7月31日