[发明专利]一种基于磁链观测器的无轴承永磁同步电机控制器

说明书

本发明公开一种基于磁链观测器的无轴承永磁同步电机控制器，用于无轴承永磁同步电机直接转矩和直接悬浮力控制，通过转矩绕组磁链观测器、直接转矩控制器、转矩绕组电压源逆变器对无轴承永磁同步电机转矩进行直接控制；通过悬浮力绕组磁链观测器、直接悬浮力控制器、悬浮力估算模型、悬浮力绕组电压源逆变器对无轴承永磁同步电机悬浮力进行直接控制，通过在将部分输入信号的一阶延时作为神经网络的输入，采用改进的BP神经网络设计了转矩绕组和悬浮力绕组的新型磁链观测器，能够较为精确的估算出转矩绕组的磁链大小和相位、转矩、悬浮绕组的磁链大小和相位，提高了控制系统的稳定性。

技术领域

本发明属于电力传动控制设备的技术领域，具体是一种控制无轴承永磁同步电机的控制器，用于无轴承永磁同步电机直接转矩和直接悬浮力控制。

背景技术

无轴承永磁同步电机是一种高转速、高精度及无需润滑的新型特种电机，在航天航空、化工制造、半导体工业及其他需要特殊环境的领域中具有越来越广泛的应用前景。无轴承永磁同步电机的直接控制具有动态响应快、鲁棒性好等优点，其包括直接转矩控制和直接悬浮力控制，在许多领域都有着广泛的应用。直接控制需要磁链计算，而传统磁链计算方法的精度不高，会影响直接控制的效果。因此提高磁链计算的精度对于无轴承永磁同步电机直接控制具有很重要的意义。

目前已经有很多文献提出了磁链的观测方法：基于探测线圈的直接测量法、基于电子电压磁链模型法、新型的磁链积分法、最小二乘支持向量机、人工神经网络等。直接测量法受噪声干扰和电机参数误差影响很大；电压模型法是用纯积分的方式实现，会产生累计误差导致积分结果偏移；新型的磁链积分法是在一阶低通滤波器的基础上将输出的磁链引回做反馈，建立一种纯积分和低通滤波环节之间的算法，控制效果显著，但是低通滤波器的引入使磁链的幅值和相位都发生了变化，低速时更为严重；最小二乘支持向量机具有很强的非线性表达能力，泛化能力较强，但是缺点在于结构的复杂和运算量大，对实际应用中数字处理芯片提出了较高的要求，费时较多；人工神经网络运用其优秀的拟合能力逼近电机的磁链观测系统，具有很强的学习能力，但是常用的静态神经网络缺少必要的反馈和动态结构，影响了系统动态性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于磁链观测器的无轴承永磁同步电机控制器，该无轴承永磁同步电机控制器基于改进BP神经网络观测出转矩绕组和悬浮力绕组的磁链信息，通过计算得到控制所需的转矩、悬浮力，实现无轴承永磁同步电机的直接转矩控制和直接悬浮力控制，提高无轴承永磁同步电机直接控制的工作性能。