[发明专利]超高速永磁同步电机转速自适应鲁棒控制系统及方法

说明书

本发明涉及一种超高速永磁同步电机转速自适应鲁棒控制系统及方法，方法包括：采用无传感器转速估计算法确定电机转速估计值、电机转速误差值，采用自适应鲁棒转速控制算法确定相应控制量；通过电机三相电流、三相电压确定定子磁链和转矩反馈值、磁链误差和转矩误差；进行电压矢量选择，得到基本电压控制信号；采用无传感器转速估计算法确定转子位置信息，采用死区补偿算法得到三相补偿电压；将电压矢量选择模块输出的基本电压控制信号与三相补偿电压相结合，对电机进行PWM控制；重复上述步骤，直至电机转速达到指标。本发明通过对转速估计算法、自适应鲁棒速度控制算法和死区补偿算法，有效实现超高速永磁同步电机快速、平稳、可靠的转速控制。

技术领域

本发明涉及电机控制领域，特别是一种超高速永磁同步电机转速自适应鲁棒控制系统及方法。

背景技术

现代科学技术、工业技术的发展，使得超高速加工和超精密加工成为未来制造业发展的两个方向。其中超高速加工不仅代表了极高的生产率，也可显著提高零件的加工精度和表面质量，普通电机无法满足这些加工需求，人们对超高速电机需求日益剧增。超高速电机在工业制造、航空航天、能源、船舶、医疗和国防工业等领域的应用愈来愈广泛，应用前景非常广阔。超高速电机主要指额定转速在10000转/分钟(r/min)以上的电机，具有转速高、功率密度大等优点；并且与同功率的普通转速电机相比，体积有较大程度的减小，从而可有效节约材料，也极大减轻了电机的重量，成本大幅下降；此外，超高速电机可以直接驱动高速负载，从而可以避免传统的机械传动装置引起的噪音和损耗，可以提高传动系统的运行效率。

目前，占据国内外大部分市场份额的超高速电机为异步电机，虽然其结构简单，但异步电机转矩密度较低、效率低、寿命短、动态响应慢、稳速困难，且多用在40000r/min以下的领域。近年来，随着永磁材料的发展，以及电机制造工艺的进一步改善，永磁同步电机已由中低速领域发展到了超高速领域。永磁同步电机具有体积小、重量轻、功率密度高、可靠性好等优点，并且拥有优良的动态响应特性，使得它非常适合于对转速和转矩要求高的场合，于是，永磁同步电机在超高速场合得到广泛应用，与此同时，其驱动控制技术成为了当前的研究热点。

现有超高速永磁同步电动机的控制中，大多采用V/f控制，V/f控制是基于电机稳态模型的一种标量控制方式，恒定V/f控制的目的就是保持定子磁链的恒定，这样可以取得最大的转矩电流比和最快的转矩响应。为了保持磁场匣定，即保持磁化电流恒定，必须保持V/f恒定。V/f控制存在不稳定的问题，并且非常依赖于速度参考曲线和V/f曲线参数的选择，由于V/f属于开环控制，无法得到很好的动态性能，并且系统负载转矩的扰动很容易造成失步甚至起动失败。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高速永磁同步电机转速自适应鲁棒控制系统及方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种超高速永磁同步电机转速自适应鲁棒控制系统，包括自适应鲁棒控制器、电压矢量选择模块、死区补偿模块、PWM控制模块、CLARK变换器、旋转变换器、定子磁链计算模块、转矩计算模块和无传感器转速估计模块；

所述自适应鲁棒控制器用于对电机转速进行控制，其输入为无传感器转速估计模块输出转速与设定转速的误差值，输出控制信号至电压矢量选择模块；

所述电压矢量选择模块用于确定基本电压控制信号，其输入为自适应鲁棒控制器输出值、定子磁链计算模块输出值与定子磁链设定值的误差值、转矩计算模块输出值与转矩设定值的误差值，输出基本电压控制信号至PWM控制模块和死区补偿模块；

所述死区补偿模块用于计算三相补偿电压，补偿死区效应造成的电流畸变，其输入为电压矢量选择模块输出的基本电压控制信号和无传感器转速估计模块输出的位置信号，输出三相补偿电压至PWM控制模块；

所述PWM控制模块用于控制电机转速，其输入为电压矢量选择模块输出的基本电压控制信号和死区补偿输出的三相补偿电压，其输出三相电流信息至电机；