一种高压断路器直线电机操动机构的自抗扰控制器制造技术

本发明专利技术涉及一种高压断路器直线电机操动机构的自抗扰控制器，其特征在于该控制器包括：自抗扰位置模块、自抗扰速度模块，所述的自抗扰位置控制模块与自抗扰速度控制模块串联，自抗扰位置控制模块的输出作为自抗扰速度控制模块的给定速度输入，所述的自抗扰位置控制模块和自抗扰速度控制模块由跟踪微分器、非线性扩张状态观测器和非线性误差反馈控制率构成。本发明专利技术将非线性自抗扰技术应用于高压断路器操动机构的控制中，提高响应速度，减小冲击力，延长触头电气寿命；系统设计成三闭环系统，位置环和速度环采用自抗扰控制技术，可以实时抑制推力纹波扰动、摩擦扰动，减小端部效应对电机出力影响，解决操动机构动态性能与超调性之间的矛盾。

【技术实现步骤摘要】
一种高压断路器直线电机操动机构的自抗扰控制器
： 本专利技术提出一种高压断路器直线电机的自抗扰控制器，适用于动态性能好、可靠 性要求高的高压断路器操作控制，属于高压电器的
。
技术介绍
： 中国电力科学研究院的调查研究表明，在1989-1997年间高压断路器发生的4632 次故障中，操动机构(包括机械部分和电气控制回路）引起的故障是高压断路器最主要的故 障原因。其中，机械故障（39. 3%)又占主要部分。由于高压断路器与被保护的设备如发电 机、变压器等相比其价格要低得多，而故障造成的损失，如引起其它电力设备损坏和电力系 统停电，却比断路器价值大得多。因此，在实际应用中断路器的可靠性应当置于首要因素予 以考虑。研制新型操动机构，提高可靠性的理论依据应为简化机械结构，减少零部件数目， 提高其可靠性。国内外均对高压断路器的操动机构提出改进措施：ABB公司在2002年GIGRE 国际大电网会议上报告了一种旋转电机操动机构，在欧洲已有少量试运行。国内，平高电 气与清华大学正合作研究126kV的旋转电机操动机构。而直线电机操动机构在沈阳工业大 学、大连理工大学等高校有所涉及。 永磁直线电机是永磁同步电机沿径向剖开伸直展开成直线形式，为了提高功率密 度减少横向端部效应，又沿直线方向卷起制成圆筒形的直线电机。与永磁同步电机相同的 是其控制结构复杂且非线性，在运行过程中参数会发生变化。除此以外还存在着端部效应， 导致其参数变化，特别是不同位置磁链幅度变化远远超过永磁同步电机。 传统PID控制方法难以克服负载扰动和参数大范围变化对控制系统带来性能的 下降，虽然PID控制算法设计简单、实现方便，但具体应用到高压断路器操动控制时很难解 决超调与高速性能之间的矛盾，这将给断路器带来一个非常棘手的困境：要么牺牲高速性 能，抑制超调，这样虽然能够延长触头的机械寿命，却会延迟故障切除时间，有可能造成断 路器后续保护设备的重大损失；或者为了追求减少关断、开通时间，提高其响应性能而造成 超调，这样使得触头闭合和关断仍存在较大动能，一方面需要机械结构上的硬碰硬来降 速，另一方面较大的动能会造成接触端口反弹，造成合闸失败。 专利200610096751. 3《永磁同步电机的简化自抗扰控制器的构造方法》针对永磁 同步电机高性能伺服系统应用自抗扰控制技术，提出了一种简化实现方法：1删去了跟踪 微分器；2利用二阶线性方法实现扩张状态观测器；3采用广义速度误差开发实现非线性状 态误差反馈控制。与本专利技术不同的是此系统是速度伺服系统，不同工作条件下给定速度不 同，其内部控制参数都需要实时计算予以输出，因而微处理器计算量繁重，不得不采用简化 自抗扰方法可以提高其实时性。而本专利技术利用对象是高压断路器，每次分断运动方式大体 确定，在控制过程中可以通过查表等技术手段大幅度减少非线性函数的计算量，提高其实 时性；并且随着技术的进步，以DSP为代表微处理器的计算性能也按照摩尔定律发展，这种 情况下若能采用非线性函数更能够提高控制器性能。 专利201010548657. 3《基于摩擦和扰动补偿的PMSM伺服系统控制方法》 针对永磁同步电机位置伺服系统提出一种自抗扰控制方法。其提出先对伺服系统 摩擦建模，并作为系统的前馈补偿量，同时使用二阶自抗扰控制器的扰动补偿前馈控制以 及带有跟踪微分器的非线性反馈控制实现高性能伺服系统。在这一系统中，对摩擦力进行 了两次不同算法的预测补偿，因而控制准确精度高。但摩擦模型参数辨识中需要离线进行， 实际断路器在线运行时情况与离线运行不同，使用离线辨识参数反而会引入不准确量；并 且在这一特定应用环境下也不需要这么高的定位精度。除此以外，本专利技术针对对象高压断 路器用永磁同步直线电机，采用本控制器能够在电机磁链变化、反力特性变化、动子质量误 差较大的情况下保持高可靠性。
技术实现思路
技术问题：本专利技术是为解决高压断路器直线电机操动机构的操作控制问题，而设 计的一种基于自抗扰控制方法的新型控制器。本控制器克服了高压断路器用直线电机的响 应速度和超调性之间的矛盾，有效处理了断路器最佳运动曲线跟踪问题，具有响应速度快、 可靠性高的优势。 技术方案：本专利技术通过如下技术方案实现：一种高压断路器直线电机操动机构的 自抗扰控制器，其包括：自抗扰位置模块、自抗扰速度模块、i,电流调节器、i d电流调节器、 Park变换模块、Parf1变换模块、Clark变换模块、空间矢量脉宽调制模块，所述的自抗扰位 置控制模块与自抗扰速度控制模块串联，自抗扰位置控制模块的输出作为自抗扰速度控制 模块的给定速度输入，所述的自抗扰位置控制模块和自抗扰速度控制模块由跟踪微分器、 非线性扩张状态观测器和非线性误差反馈控制率构成。 自抗扰位置控制模块采用非线性扩张状态观测器，其状态模型是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压断路器直线电机操动机构的自抗扰控制器，其特征在于该控制器包括：自抗扰位置模块、自抗扰速度模块，所述的自抗扰位置控制模块与自抗扰速度控制模块串联，自抗扰位置控制模块的输出作为自抗扰速度控制模块的给定速度输入，所述的自抗扰位置控制模块和自抗扰速度控制模块由跟踪微分器、非线性扩张状态观测器和非线性误差反馈控制率构成。

【技术特征摘要】
1. 一种高压断路器直线电机操动机构的自抗扰控制器，其特征在于该控制器包括：自 抗扰位置模块、自抗扰速度模块，所述的自抗扰位置控制模块与自抗扰速度控制模块串联， 自抗扰位置控制模块的输出作为自抗扰速度控制模块的给定速度输入，所述的自抗扰位置 控制模块和自抗扰速度控制模块由跟踪微分器、非线性扩张状态观测器和非线性误差反馈 控制率构成。2. 根据权利要求1所述的一种高压断路器直线电机操动机构的自抗扰控制 器，其特征在于：自抗扰位置控制模块采用非线性扩张状态观测器，其状态模型是其中fal是非线性函数，β i、β 2是可调参数，X是光栅尺反馈的位置信号，b是控制模 块参数，Z21是动子位置X的跟踪量，Z22是系统扰动的跟踪量，a i是非线性因子，δ i是滤波 因子，均属于常数集，b=l，u=v*为自抗扰位置控制模块的输出速度信号，用作自抗扰速度控 制模块的给定信号输入，fal的表达式为3. 根据权利要求1所述的一种高压断路器直线电机操动机构的自抗扰控制器，其特征 在于：自抗扰速度控制模块于采用非线性扩张状态观测器，其状态模型是其中Ptl2是可调参数，V是速度信号，b是控制器参数，Z1是动子速度V的 跟踪量，Z2系统扰动的跟踪量，％是非线性因子，Sci是滤波因子，均属于常数集。τ是永磁直线电机极距，m是动子质量，np为极对数，W d是永磁磁链。4. 根据权利要求1所述的一种高压断路器直线电机操动机构的自抗扰控制器，其特征 在于：自抗扰位置控制模块和自抗扰速度控制模块可以集成...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建忠，汪仁杰，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32