[发明专利]六相单绕组无轴承磁通切换电机转子悬浮运行控制方法

说明书

本发明涉及六相单绕组无轴承磁通切换电机转子悬浮运行内模控制方法，为了使得整个转子悬浮控制系统输入输出关系线性化，定义辅助变量，并通过选择合适的内模控制器系数实现定义的辅助变量近似等效于实际转子径向偏移控制误差，且收敛至零，从而在存在模型误差情况下，实现转子径向位移控制误差收敛至零，提高了转子径向偏移控制的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及无轴承磁通切换电机设计领域，特别是一种六相单绕组无轴承磁通切换电机转子悬浮运行内模控制方法。

背景技术

定子永磁型磁通切换电机永磁体嵌入定子铁心中，转子为无绕组的铁心结构，可以有效避免永磁体因温升导致的退磁风险，具有工作效率高、转子运行平稳、适宜高速运行等优点，但由于电机转子采用机械轴承支撑，限制了转子转速的提高，同时也产生了因机械摩擦、轴承润滑而导致的污染问题。

为了克服机械轴承支撑带来的不利问题，把无轴承技术引入该电机中，从而构成无轴承磁通切换电机。为了实现转子径向悬浮，需要利用调制磁场打破电机气隙中的平衡磁场，从而产生满足转子径向悬浮的悬浮力。为了产生转子悬浮力，同时又能借用原有的三相绕组线圈，把原有的三相绕组拆分为对称六相绕组，利用空间对称绕组中流过同方向的悬浮电流分量，产生满足转子悬浮需要的悬浮力，从而构成六相单绕组无轴承磁通切换电机。该方法有利于电机输出转矩能力的充分发挥。

由于无轴承磁通切换电机采用转子齿和槽结构对气隙磁场进行调制，电机非线性非常严重，目前还没有很好的建模方法。所以，目前所得到的电机模型省略了很多未建模部分，同时也包括较多的参数，这些未建模部分及参数的变化易引起转子悬浮运行的不稳定。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出六相单绕组无轴承磁通切换电机转子悬浮运行内模控制方法，以解决电机参数变化情况下转子稳定悬浮运行高鲁棒性控制问题。

本发明采用以下方案实现：一种六相单绕组无轴承磁通切换电机转子悬浮运行内模控制方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：获取定子六相绕组电流i_A～i_F，转子位置角θ_r、转子转速ω_rm、以及转子x和y方向径向位移x₁、y₁，得到转子径向位移实际矢量y^P：

步骤S2：结合定子六相绕组电流i_A～i_F以及转子位置角θ_r进行旋转坐标系悬浮电流i_ds、i_qs的计算：

式中，i_αs、i_βs为坐标系悬浮电流；i_sA为A相悬浮电流，i_sC为C相悬浮电流；

步骤S3：利用步骤S2得到的i_ds、i_qs计算控制变量u：

式中，l_rt为转子轴长，I_i为i轴转动惯量，k为悬浮力系数，m为转轴质量，重力加速度g＝9.8kg/m²；

步骤S4：利用控制变量u、转子转速ω_rm，采用下式计算出内模状态变量及内模输出转子径向位移观测矢量y^M：

式中，A为系统状态矩阵，I_i为i轴转动惯量，I_k为k 轴转动惯量；