[发明专利]无轴承转子径向位移分离控制与综合补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及特种交流电机驱动控制技术领域，尤其适用于无轴承电机的高精度磁悬浮运行控制。

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，近年来发展起来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。作为旋转驱动电机，由于材质不均、加工精度、装配误差等原因，不可避免会存在一定程度的转子质量偏心，质量偏心将引起作用于转子的周期性不平衡激振力，导致转子不平衡振动，影响转子的悬浮控制精度。

经对现有文献和专利的检索发现，关于无轴承电机的转子不平衡振动控制技术，国内外的研究成果较少，现有研究主要集中在同步型无轴承电机控制，基本都是在静态磁场定向控制的基础上对转子的不平衡振动进行补偿，而且没有针对转子稳态随机位移和不平衡振动位移的特点进行分离控制。为提高转子的悬浮控制精度，急需设计出一种无轴承转子径向位移分离控制与综合补偿方法。

发明内容

本发明的主要目的在于针对无轴承电机提出一种无轴承转子径向位移分离控制与综合补偿方法，所解决的技术问题是提高无轴承电机转子悬浮控制精度。

本发明是采用以下技术方案及技术措施来实现的。

本发明提出一种无轴承转子径向位移分离控制与综合补偿方法，包括如下步骤：

（1）定义uv坐标系是随无轴承转子同步旋转的机械坐标系，αβ坐标系是静止正交机械坐标系；

（2）将无轴承转子的当前径向位移信号α、β送入单边电磁力补偿器，得到无轴承电机内部的待补偿不平衡单边电磁力给定信号、；

（3）根据不平衡振动位移随转速同频变化的特点，对转子径向位移信号α、β进行转子同步旋转坐标变换，再经低通滤波器，提取出uv坐标系中的转子不平衡振动位移直变量信号、；

（4）对、进行反转子同步旋转坐标变换，得到αβ坐标系中的不平衡振动位移信号、，再将其与无轴承转子的当前径向位移信号α和β对应比较，得到静止αβ坐标系中的转子随机位移信号、，实现随机位移与不平衡振动位移的有效分解；

（5）对、进行零值给定闭环调节，得到静止αβ坐标系中的随机位移控制力给定信号、，用以控制转子随机位移；

与此同时，对、进行零值给定闭环控制，获得uv坐标系中的不平衡振动补偿控制力给定信号、，再对、进行反转子旋转变换，得到静止αβ坐标系中的不平衡振动补偿力给定信号、，用以控制转子不平衡振动位移；

（6）在αβ坐标系中将随机位移控制力给定信号和、不平衡振动补偿力给定信号和、待补偿不平衡单边电磁力给定信号和进行对应比较，得到可控磁悬浮力综合给定信号和；

（7）将可控磁悬浮力综合给定信号和进行力/流变换，得到随机位移控制力、不平衡振动位移控制力与待补偿不平衡单边电磁拉力的悬浮绕组综合控制电流信号、，该悬浮绕组综合控制电流信号、经过处理后送入无轴承电机的悬浮绕组，从而实现无轴承转子的随机位移、不平衡振动位移和不平衡单边电磁力的分离控制与综合补偿。

较佳的，前述无轴承转子径向位移分离控制与综合补偿方法，所述步骤（7）中由可控磁悬浮力综合给定信号和得到悬浮绕组综合控制电流信号和是由如下力/流变换公式得到的：

，

式中：和分别为在转矩系统同步旋转dq坐标系中沿d、q坐标轴向的悬浮绕组控制电流分量，是由电机结构决定的磁悬浮力系数，和分别为沿α、β坐标轴向的可控磁悬浮力分量，、分别为沿d、q坐标轴向的转矩系统气隙磁链分量。

较佳的，前述无轴承转子径向位移分离控制与综合补偿方法，所述步骤（2）中由当前径向位移信号α、β得到待补偿不平衡单边电磁力给定信号和是由如下单边电磁力补偿器公式得到的：、，其中，为电机结构决定的径向位移刚度系数。

与现有技术相比，本发明至少具有下列优点及有益效果：

1、本发明将无轴承转子的径向位移分离为随机位移和不平衡振动位移两部分，可针对两种位移量的变化特点进行分别独立控制，有利于无轴承转子随机位移控制与不平衡振动位移控制之间的解耦以及无轴承转子不平衡振动的高效控制；

2、本发明在无轴承转子位移分离控制的基础上，通过单边电磁力补偿器对系统进行不平衡单边电磁力补偿控制，提高了无轴承转子的悬浮运行稳定性与悬浮控制精度。

附图说明

图1是本发明无轴承转子径向位移分离控制与综合补偿方法的结构图。

具体实施方式