[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

说明书

本发明公开了一种直线感应电机无速度传感器控制系统及方法，属于交流电机控制技术领域，该系统所提出的状态观测器同时结合了电机电磁与机械模型，可有效提高状态观测器的动态性能，同时还能够观测电机负载阻力。基于观测的负载阻力，速度控制器加入了负载阻力的前馈补偿，提高了速度控制器的速度跟踪性能，进而抑制了负载变化对转速的影响。本发明具有跟踪动态性能好，整定参数少，鲁棒性强等特点。

技术领域

本发明属于交流电机控制技术领域，更具体地，涉及一种直线感应电机无速度传感器控制系统及方法。

背景技术

直线感应电机作为一种不经过中间传动装置，直接产生直线运动推力的具有优良控制性能的驱动设备，已经广泛应用于磁悬浮、地铁、工业机床、电动门等领域。直线感应电机的控制通常需要测量电机运行的速度，但是其速度的测量通常需要沿导轨铺设专门的设备，测速成本高，维护不便，因此基于无速度传感器控制的直线感应电机控制方法变得更为吸引力。

由于多段初级直线感应电动机(linear induction motor，LIM)动态边端效应的影响，电机参数相比普通旋转感应电机变化更为剧烈，因此传统的无速度传感器控制方法不能直接应用于LIM。此外，在诸多无速度传感器控制方法中，开环速度估计受电机参数的影响较大，而闭环速度的估计方法虽然对电机参数的偏差具有一定的鲁棒性，但是往往参数难以调整。同时鉴于电机的速度不仅受到电机的电压和电流的影响，也会受到机械因素的影响，但大部分的控制方法仅根据电机的电磁模型建立，通常忽略了机械因素对电机速度的影响。此外针对无速度传感器的应用，大部分的工作主要针对速度的观测，但是对速度控制器的设计尚有不足。虽然有一些高级控制算法应用在有速度传感器的领域，但是由于无速度传感器的控制方式，不能直接测量速度，因此这些高级算法在应用时，必须考虑估计速度与实际速度之间的动态特性，这提高了高级控制算法应用的难度。此外，无速度传感器控制方法的应用也要考虑算法的复杂性，而目前所使用的无速度传感器控制方法需要的参数较多，实际应用时调试较复杂。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种直线感应电机无速度传感器控制系统及方法，由此解决目前所使用的无速度传感器控制方法需要的参数较多，实际应用时调试较复杂的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种直线感应电机无速度传感器控制系统，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以及初级电流的估计值得到电流的估计误差；基于电流的估计误差、次级磁链估计值以及扰动的估计值得到转速的估计误差；基于次级磁链估计值以及采样得到的直线感应电机的电流得到电机推力估计值；基于采样得到的直线感应电机的电流、次级磁链估计值、采样得到的直线感应电机的电压、扰动的估计值以及电流的估计误差得到电流的估计值；基于转速的估计误差、电机推力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；基于转速的估计误差得到负载阻力估计值；

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。