[发明专利]一种直线感应电机无速度传感器控制系统及方法

权利要求书

1.一种直线感应电机无速度传感器控制系统，其特征在于，包括：状态观测器、速度控制器以及dq轴电流控制器；

所述状态观测器，用于基于采样得到的直线感应电机的电流、初级电流的估计值、次级磁链估计值、扰动的估计值以及观测的直线感应电机负载阻力得到转速估计值以及负载阻力估计值；

所述速度控制器，用于根据参考转速以及所述状态观测器得到的转速估计值与负载阻力估计值，得到q轴的参考电流

所述dq轴电流控制器，用于根据输入q轴PI控制器中的q轴参考电流与实际电流i_q的差值以及输入d轴PI控制器的d轴参考电流和实际电流i_d的差值，得到逆变器欲输出的d轴电压u_d以及q轴电压u_q，以由u_d与u_q经过Park逆变换以及空间矢量脉宽调制后，产生脉宽调制信号控制逆变器，从而驱动直线感应电机；

所述状态观测器，用于由得到转速估计值以及由得到负载阻力估计值；

其中，e_ω为转速的估计误差，F_e为电机推力估计值，为观测的电机负载阻力，M为直线感应电机的动子质量，τ为直线感应电机的极距，p₂为速度观测器的带宽；p₁为磁链观测器的带宽；σ为漏磁系数；L_s为直线感应电机的初级自感；L_r为直线感应电机的次级自感；L_m为电机的互感；为次级磁链的估计向量；e_i为电流的估计误差；为扰动的估计向量；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述速度控制器，用于由得到q轴的参考电流，其中，k_s为速度控制增益，为参考转速，为直线感应电机的估计角速度，为次级磁链的估计向量，为观测的电机负载阻力。

3.一种直线感应电机无速度传感器控制方法，其特征在于，包括：

(1)根据采样的当前时刻的电流i_s(k)以及上一时刻估算的当前时刻的电流得到电流的估计误差e_i；

(2)根据上一时刻估计的当前时刻的磁链和扰动计算转速估计误差e_ω；

(3)根据估计的磁链和当前时刻的电流i_s(k)，计算得到电机推力F_e；

(4)根据当前时刻的电压u_s(k)、当前时刻的电流i_s(k)、电流估计误差e_i、转速估计误差e_ω、电机推力F_e、上一时刻对当前时刻的电流估计值上一时刻对当前时刻的扰动估计值上一时刻对当前时刻的磁链估计值上一时刻对当前时刻的转速估计值以及上一时刻对当前时刻的负载阻力估计值估计下一时刻的电流扰动磁链转速和负载阻力F_L(k+1)；

(5)根据上一时刻对当前时刻的转速估计值和上一时刻对当前时刻的负载阻力估计值以及参考转速得到速度控制器的输出，并将速度控制器的输出作为q轴电流的参考值

(6)将d轴电流的参考值与实际电流i_d输入d轴PI调节器，将q轴电流的参考值与实际电流i_q输入q轴PI调节器，得到逆变器输出的d轴电压u_d与q轴电压u_q，再进行坐标变换得到α轴电压u_α与β轴电压u_β，将u_α与u_β通过空间矢量脉宽调制产生相应的脉宽调制信号，以控制逆变器的输出电压驱动直线感应电机；

所述电流的估计误差e_i为：转速估计误差e_ω为：电机推力F_e为：下一时刻的电流为：下一时刻的扰动为：下一时刻的磁链为：下一时刻的转速为：下一时刻的负载阻力F_L(k+1)为：其中，i_s(k)＝[i_sα(k) i_sβ(k)]^T，R_s为直线感应电机的初级电阻，R_r为直线感应电机的次级电阻，L_s为直线感应电机的初级自感，L_r为直线感应电机的次级自感，L_m为电机的互感，σ为漏磁系数，T_r为次级时间常数，M为直线感应电机的动子质量，τ为直线感应电机的极距，p₁为磁链观测器的带宽，p₂为速度观测器的带宽，T_s为微控制器的采样控制周期，

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(5)中得到的q轴电流的参考值为：其中，k_s为速度控制增益。