[发明专利]高频脉振电流注入无轴承磁通切换电机转子偏心观测方法

权利要求书

1.一种高频脉振电流注入无轴承磁通切换电机转子偏心观测方法，其特征在于：

在电机绕组中注入高频脉振电流，选取两套空间对称绕组中高频电流引起的高频电压差异，通过单位正弦函数信号与低通滤波器提取出高频电压差异的直流分量，再根据坐标变换将高频电压差异的直流分量分解到两相静止坐标系中，利用高频电压差异与转子径向位移的关系，观测出转子径向位移，将观测的转子径向位移作为负反馈引入电机悬浮控制回路中，以实现电机在零速和低速情况下的稳定悬浮；

包括以下步骤：

步骤S1：获取六相定子电流i_A～i_F，时间t，设置注入高频电流信号频率ω_h，计算高频信号角度θ_h：

θ_h＝ω_h·t；

步骤S2：利用步骤S1得到的高频信号角度θ_h计算高频脉振电流：

其中，I_m为注入高频电流信号幅值；

步骤S3：利用步骤S2得到的αT轴高频脉振电流信号i_αTh和βT轴高频脉振电流信号i_βTh，根据转矩平面基波电流给定i_αTf^*和i_βTf^*，计算转矩平面电流给定和

步骤S4：利用步骤S3得到的转矩平面电流给定和根据悬浮平面电流给定和零序电流给定i_o1^*和i_o2^*，计算六相定子电流给定i_A^*～i_F^*：

其中，i_o1^*＝0，i_o2^*＝0；

步骤S5：将利用步骤S4得到的六相电流给定及步骤S1获取的六相定子电流i_A～i_F通过电流闭环控制器得到逆变器开关信号S_A～S_F，从而实现在电机运行时向电机绕组中注入高频电流信号i_αTh和i_βTh；

步骤S6：检测E、B、C、F相绕组端电压u_E、u_B、u_C、u_F；

步骤S7：通过加法器得到空间对称绕组EB相高频电压之和u_EB，CF相高频电压之和u_CF，再经过中心频率为ω_h的带通滤波器得到角频率为ω_h的空间对称绕组EB相高频电压之和u_EBh，CF相高频电压之和u_CFh：

其中，BPF(·)表示带通滤波器；

步骤S8：将利用步骤S7得到的空间对称绕组EB相高频电压之和u_EBh，CF相高频电压之和u_CFh乘以单位正弦信号s＝cos(ω_ht)，得到空间对称绕组EB相高频电压之和的两倍频分量u_eEBh，CF相高频电压之和的两倍频分量u_eCFh：

步骤S9：将利用步骤S8得到的空间对称绕组EB相高频电压之和的两倍频分量u_eEBh，CF相高频电压之和的两倍频分量u_eCFh分别通过截止频率为0.2ω_h的低通滤波器得到空间对称绕组EB相高频电压之和的直流分量u_LEBh，空间对称绕组CF相高频电压之和的直流分量u_LCFh：

其中，LPF(·)表示低通滤波器；

步骤S10：利用步骤S9得到的空间对称绕组EB相高频电压之和的直流分量u_LEBh，将空间对称绕组CF相高频电压之和的直流分量u_LCFh分解至两相静止坐标系中，得到α轴高频电压分量u_Lαh和β轴高频电压分量u_Lβh：

步骤S11：利用步骤S10得到的α轴高频电压分量u_Lαh和β轴高频电压分量u_Lβh，估计出转子径向位移x与y为：

其中，

其中，M为偏差自电感，a和b为电感系数；

在步骤S3中，转矩平面基波电流给定和由给定转速n^*与实际转速n之间的误差、相绕组电流，根据转矩控制算法，通过转矩平面基波电流给定计算环节得到；

在步骤S4中，悬浮平面电流给定i_αS^*和i_βS^*由给定转子偏心x^*与观测转子偏心x之间的误差、给定转子偏心y^*与观测转子偏心y之间的误差，根据悬浮力控制算法，通过悬浮平面电流给定计算环节得到；

步骤S11中，偏差自电感M，电感系数a和b通过有限元仿真计算得到，具体包括以下步骤：

步骤S11-1：在A相绕组中通入单位正向电流，计算转子无偏心情况下的A相绕组自电感L₀，然后设置转子向φ＝45°方向偏心0.1mm，得到偏差自电感M为：

M＝(L_e-L₀)×10⁴

其中，L_e为转子向φ＝45°方向偏心0.1mm时的A相绕组自电感；

步骤S11-2：在A相绕组中通入单位正向电流，A1线圈耦合的磁链为l_A1，A2线圈耦合的磁链为l_A2，并且l_A1＝l_A2，l_A1+l_A2＝L₀；与A1线圈相差30°的线圈耦合的磁链为l_a，与A1线圈相差60°的线圈耦合的磁链为l_b，与A1线圈相差90°的线圈耦合的磁链为l_c，计算电感系数a，b和c为：