[发明专利]一种无轴承异步电机无速度传感器控制系统

说明书

本发明公开了一种无轴承异步电机无速度传感器控制系统，包括Clark变换模块、最优控制率计算系统和观测系统，最优控制率计算系统包括分数阶滑模控制率计算模块和神经网络补偿项计算模块，观测系统包括观测电流及磁链计算模块和转速求解模块，先将三相电流和电压经Clark变换转换到两相静止坐标系中，再将Clark变换的电流输出与观测系统电流输出的差值输入到最优控制率计算系统，最后将最优控制率计算系统输出和Clark变换的电压输出输入到观测系统；本发明通过最优控制率计算系统将分数阶滑模理论与神经网络相结合，减小了观测抖震，增强了系统对参数时变和外部扰动的鲁棒性，实现了观测性能良好的无轴承异步电机的无速度传感器控制。

技术领域

本发明属于电气传动控制设备的技术领域，尤其是一种基于联合神经网络和分数阶滑模的无轴承异步电机无速度传感器控制系统。

背景技术

随着社会生产力的发展，电机的应用越来越广，其要求也越来越高。与普通电机相比，无轴承电机是一种具有无摩擦、无磨损、无需润滑、高速以及超高速等特点的新型电机。其中，无轴承异步电机还具有结构简单、牢固、造价低、气隙均匀、齿槽转矩稳定以及弱磁调速好等优点，在飞轮储能、化工化学、生命科学以及交通运输等领域特殊的应用价值。

随着无轴承异步电机的深入研究，其控制理论也得到快速发展。其中，电机的转矩控制部分离不开转速的检测和反馈，然而传统的机械式速度传感器由于存在摩擦且易受环境影响，使得电机的转速观测精确度不高，严重影响电机的控制精度。因此实现电机的转速在线观测成为保证电机控制系统精确运行的必要前提。

目前，无轴承异步电机的转速在线观测的方法有很多种。中国专利申请号为CN201710153450.8，名称为：一种无轴承异步电机无速度传感器控制方法，采用注入电流的方法构造转子位置偏差角，通过PI调节偏差角来达到电机转速估计的目的。但该方法引入的高频信号易掺杂其它高频信号，使控制系统复杂。中国专利申请号为CN201210124559.6，名称为：一种无轴承异步电机无速度传感器构造方法，采用支持向量机逆的算法构造了无轴承异步电机无速度传感器系统。但该方法较为复杂，工程实现有一定难度。中国专利申请号为CN201110003563.2，名称为：检测无轴承异步电机转速的无速度传感器构造方法，采用神经网络逆算法来实现对无轴承异步电机速度的观测。但该策略中基于向后差分的微分估算算法在噪声环境下存在较大的微分估计误差。由此可见以上三种方法存在控制结构复杂且容易引入其他干扰项的问题，从而间接影响了电机转速的观测精度，增加了电机在实际应用中的难度。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种无轴承异步电机无速度传感器控制系统，能够实现对无轴承异步电机转速的全范围内的准确快速的检测控制，并且能够减小参数时变和负载扰动对电机控制的影响，使得整个电机具有良好的控制性能且不影响悬浮特性。

本发明所采用的技术方案如下：

一种无轴承异步电机无速度传感器控制系统，包括Clark变换模块、最优控制率计算系统和观测系统，

所述观测系统包括观测电流磁链计算模块和转速求解模块；

所述最优控制率计算系统包括分数阶滑模控制率计算模块和神经网络补偿项计算模块；

将所述Clark变换模块转换输出的两相电流和观测电流磁链计算模块观测电流的差值分别输入分数阶滑模控制率计算模块和神经网络补偿项计算模块，分数阶滑模控制率计算模块和神经网络补偿项计算模块输出的差值输入观测电流磁链计算模块，观测电流磁链计算模块的输出输入转速求解模块，转速求解模块输出最终的观测转速。

进一步，所述最优控制率计算系统的构造方法为：

S1，根据无轴承异步电机的数学模型，得到观测电流和观测磁链的表达式；