电流控制型无轴承异步电机的逆动态解耦滑模控制系统技术方案

电流控制型无轴承异步电机的逆动态解耦滑模控制系统，主要包括电流控制型无轴承异步电机原系统、电流控制型无轴承异步电机逆系统和四个滑模控制调节器；四个滑模控制调节器连接至电流控制型无轴承异步电机逆系统；电流控制型无轴承异步电机逆系统与电流控制型无轴承异步电机原系统串联，并通过逆解析解耦为四个伪线性积分子系统，四个伪线性积分子系统对应各自的滑模控制调节器，构成闭环控制系统。本发明专利技术实现了逆系统动态解耦控制方法与滑模变结构控制器的有机结合，可有效提高无轴承异步电机系统的动态解耦控制性能，可有效提高系统的抗负载挠动能力，以及对无轴承异步电机参数变化的自适应鲁棒性，可用于无轴承异步电机的高性能动态解耦控制。

Inverse Dynamic Decoupling Sliding Mode Control System for Current-Controlled Bearingless Asynchronous Motor

The inverse dynamic decoupling sliding mode control system of current-controlled bearingless induction motor mainly includes the original system of current-controlled bearingless induction motor, current-controlled bearingless induction motor inverse system and four sliding mode control regulators; four sliding mode control regulators are connected to current-controlled bearingless induction motor inverse system; current-controlled bearingless induction motor inverse system and electric control system The original system of flow-controlled bearingless induction motor is connected in series and decoupled into four pseudo-linear integral subsystems by inverse analysis. The four pseudo-linear integral subsystems correspond to their respective sliding mode control regulators to form a closed-loop control system. The invention realizes the organic combination of inverse system dynamic decoupling control method and sliding mode variable structure controller, can effectively improve the dynamic decoupling control performance of bearingless asynchronous motor system, can effectively improve the anti-load flexibility ability of the system, as well as the adaptive robustness to parameter variation of bearingless asynchronous motor, and can be used for high-performance dynamic decoupling control of bearingless asynchronous motor.

【技术实现步骤摘要】
电流控制型无轴承异步电机的逆动态解耦滑模控制系统
本专利技术涉及特种交流电机驱动与控制
，具体说的是电流控制型无轴承异步电机的逆动态解耦滑模控制系统。
技术介绍
无轴承电机是基于磁轴承与交流电机定子结构的相似性，近年来发展起来的适合于高速运转的新型电机，在航空航天、物料密封传输、先进制造等领域具有广泛的应用前景。对现有文献和专利检索发现，关于无轴承异步电机的逆系统解耦方法、伪线性子系统的PID调节器等已有初步研究。为提高无轴承异步电机的整体逆系统动态解耦控制性能，同时克服负载挠动、电机参数变化对控制性能的影响，在整体逆系统解耦基础上构成滑模控制系统，把无轴承异步电机逆系统动态解耦控制方法与滑模变结构控制器进行有机结合，尚鲜有研究。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种电流控制型无轴承异步电机的逆动态解耦滑模控制系统，通过把逆系统解耦方法与滑模变结构控制器进行有机结合，实现无轴承异步电机的高性能动态解耦控制。为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：电流控制型无轴承异步电机的逆动态解耦滑模控制系统，主要包括电流控制型无轴承异步电机原系统、电流控制型无轴承异步电机逆系统和四个滑模控制调节器；所述的四个滑模控制调节器通过滑模控制理论构建成电机转速一阶伪线性积分子系统滑模控制调节器、转子磁链一阶伪线性积分子系统滑模控制调节器、α径向位移分量二阶伪线性积分子系统滑模控制调节器以及β径向位移分量二阶伪线性积分子系统滑模控制调节器；所述的电流控制型无轴承异步电机逆系统串联在电流控制型无轴承异步电机原系统之前，把电流控制型无轴承异步电机系统通过解析逆系统法解耦为四个伪线性积分子系统，四个伪线性积分子系统分别为电机转速一阶伪线性积分子系统、转子磁链一阶伪线性积分子系统、α径向位移分量二阶伪线性积分子系统以及β径向位移分量二阶伪线性积分子系统；四个伪线性积分子系统对应各自的滑模控制调节器；电流控制型无轴承异步电机原系统的四个输出变量误差信号经过相应的四个滑模控制调节器进行调节处理后分别连接至电流控制型无轴承异步电机逆系统的输入端，构成闭环控制系统；其中，所述的电流控制型无轴承异步电机原系统的数学模型为：式中，选取转矩绕组、悬浮控制绕组的定子电流作为电流控制型无轴承异步电机原系统的输入控制变量，即[u1,u2,u3,u4]T＝[is2d,is2q,is1d,is1q]T；α、β分别为α-β坐标系中的沿两静止坐标轴方向的转子径向位移分量；选取沿水平α和垂直β方向的径向位移分量及其导数项和以及转矩系统转子磁链ψr1和电机转速ωr为系统状态变量，即选取沿水平α和垂直β方向的径向位移分量，以及转矩系统转子磁链ψr1和电机转速ωr为系统输出变量，即Y＝[y1,y2,y3,y4]T＝[α,β,ψr1,ωr]T，ψr1为转矩系统转子磁链幅值；ωr为电机转速；is1d、is1q分别为转矩绕组的d、q轴电流分量；is2d、is2q分别为悬浮控制绕组的d、q轴电流分量；m为转子质量；Km为可控悬浮力刚度系数；ks是位移刚度系数；Lm1为转矩绕组互感；Lr1为转子自感；Lr1l为转子漏电感；Tr1为转子时间常数；p1为转矩绕组的磁极对数；J为转轴的转动惯量；TL为负载转矩；所述的电流控制型无轴承异步电机逆系统的数学模型为：式中，电流控制型无轴承异步电机逆系统的输入为本专利技术所述的α径向位移分量二阶伪线性积分子系统滑模控制调节器以及β径向位移分量二阶伪线性积分子系统滑模控制调节器的构建方法是：经逆系统解耦，α径向位移分量二阶伪线性积分子系统的简化传递函数表示为1/s2，对α径向位移分量二阶伪线性积分子系统，设则α径向位移分量二阶伪线性积分子系统的状态方程表示为：式中：d1为外部干扰，|d1|≤h1,h1≥0，h1代表α径向位移分量二阶伪线性积分子系统外部干扰信号的幅值；v1是α位移子系统的输入量；取给定指令为r1，α径向位移分量二阶伪线性积分子系统的滑模面为：式中：a＞0，a为常数；由式(4)可得：采用指数趋近律其中μ为决定Lyapunov函数收敛速度的正值常数；常数η为α径向位移分量二阶伪线性积分子系统运动点趋近切换面的速率，η＝h1+λ；λ为α径向位移分量二阶伪线性积分子系统滑模控制调节器的切换项增益，λ＞0；把(3)、(4)带入(5)式，可得：则构建的α径向位移分量二阶伪线性积分子系统滑模控制调节器为：v1＝-az2+μs1+ηsgn(s1)(7)构造Lyapunov函数：经逆系统解耦，β径向位移分量二阶伪线性积分子系统的简化传递函数与α向径向位移伪线性子系统相同，表示为1/s2；因为无轴承异步电机结构的对称性，β径向位移分量二阶伪线性积分子系统的控制系统结构与α径向位移分量二阶伪线性积分子系统的控制系统结构相同，按照α径向位移分量二阶伪线性积分子系统滑模控制调节器的构建方法，构建出β径向位移分量二阶伪线性积分子系统滑模控制调节器。本专利技术所述的电机转速一阶伪线性积分子系统滑模控制调节器以及转子磁链一阶伪线性积分子系统滑模控制调节器的构建方法是：经逆系统解耦，转子磁链一阶伪线性积分子系统的简化传递函数表示为1/s，首先采用一阶滤波器对转子磁链一阶伪线性积分子系统进行滤波处理，则转子磁链一阶伪线性积分子系统的传递函数转变为：式中，Ts为滤波时间常数；取则转子磁链一阶伪线性积分子系统的状态方程变为：式中：d3为外部干扰，|d3|≤h3,h3≥0，h3代表转子磁链一阶伪线性积分子系统外部干扰信号的幅值；取给定指令r3，转子磁链一阶伪线性积分子系统的滑模面为：式中：b＞0，b为常数；由式(13)可得：采用以下指数趋近律：其中q＝h3+γ；p为决定函数收敛速度的常数，p＞0；常数q为转子磁链一阶伪线性积分子系统的运动点趋近切换面的速率，q＝h3+γ；γ为转子磁链一阶伪线性积分子系统滑模控制调节器的切换项增益，γ＞0；将式(12)、(13)带入(14)，整理得：则构建的转子磁链一阶伪线性积分子系统的滑模控制调节器为：v3＝z4-Tsbz4+Tsps3+Tsqsgn(s3)(16)构造Lyapunov函数：电机转速一阶伪线性积分子系统与转子磁链一阶伪线性积分子系统类似，经逆系统解耦后的电机转速一阶伪线性积分子系统的简化传递函数与转子磁链伪线性积分子系统相同，表示为1/s，按照转子磁链一阶伪线性积分子系统滑模控制调节器的构建方法，构建出电机转速一阶伪线性积分子系统滑模控制调节器。本专利技术所述的函数sgn(s)由饱和函数sat(s)代替，即：其中Δ为边界层。本专利技术有益效果是：与现有的无轴承电机逆解耦PID控制方法相比，本专利技术给出的无轴承异步电机逆解耦滑模控制系统，实现了逆系统动态解耦控制方法与滑模变结构控制器的有机结合，不但可有效提高无轴承异步电机系统的动态解耦控制性能，还可有效提高系统的抗负载挠动能力，以及对无轴承异步电机参数变化的自适应鲁棒性，可用于无轴承异步电机的高性能动态解耦控制。附图说明图1为本专利技术的原理结构图。具体实施方式电流控制型无轴承异步电机的逆动态解耦滑模控制系统，通过把逆系统解耦方法与滑模变结构控制器进行有机结合，实现无轴承异步电机的高性能动态解耦控制，逆动态解耦滑模控制系统主要包括电流控制型无轴承异步电机原系统、电流控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.电流控制型无轴承异步电机的逆动态解耦滑模控制系统，其特征在于：逆动态解耦滑模控制系统主要包括电流控制型无轴承异步电机原系统、电流控制型无轴承异步电机逆系统和四个滑模控制调节器；所述的四个滑模控制调节器通过滑模控制理论构建成电机转速一阶伪线性积分子系统滑模控制调节器、转子磁链一阶伪线性积分子系统滑模控制调节器、α径向位移分量二阶伪线性积分子系统滑模控制调节器以及β径向位移分量二阶伪线性积分子系统滑模控制调节器；所述的电流控制型无轴承异步电机逆系统串联在电流控制型无轴承异步电机原系统之前，把电流控制型无轴承异步电机系统通过解析逆系统法解耦为四个伪线性积分子系统，四个伪线性积分子系统分别为电机转速一阶伪线性积分子系统、转子磁链一阶伪线性积分子系统、α径向位移分量二阶伪线性积分子系统以及β径向位移分量二阶伪线性积分子系统；四个伪线性积分子系统对应各自的滑模控制调节器；电流控制型无轴承异步电机原系统的四个输出变量误差信号经过相应的四个滑模控制调节器进行调节处理后分别连接至电流控制型无轴承异步电机逆系统的输入端，构成闭环控制系统；其中，所述的电流控制型无轴承异步电机原系统的数学模型为：

【技术特征摘要】
1.电流控制型无轴承异步电机的逆动态解耦滑模控制系统，其特征在于：逆动态解耦滑模控制系统主要包括电流控制型无轴承异步电机原系统、电流控制型无轴承异步电机逆系统和四个滑模控制调节器；所述的四个滑模控制调节器通过滑模控制理论构建成电机转速一阶伪线性积分子系统滑模控制调节器、转子磁链一阶伪线性积分子系统滑模控制调节器、α径向位移分量二阶伪线性积分子系统滑模控制调节器以及β径向位移分量二阶伪线性积分子系统滑模控制调节器；所述的电流控制型无轴承异步电机逆系统串联在电流控制型无轴承异步电机原系统之前，把电流控制型无轴承异步电机系统通过解析逆系统法解耦为四个伪线性积分子系统，四个伪线性积分子系统分别为电机转速一阶伪线性积分子系统、转子磁链一阶伪线性积分子系统、α径向位移分量二阶伪线性积分子系统以及β径向位移分量二阶伪线性积分子系统；四个伪线性积分子系统对应各自的滑模控制调节器；电流控制型无轴承异步电机原系统的四个输出变量误差信号经过相应的四个滑模控制调节器进行调节处理后分别连接至电流控制型无轴承异步电机逆系统的输入端，构成闭环控制系统；其中，所述的电流控制型无轴承异步电机原系统的数学模型为：式中，选取转矩绕组、悬浮控制绕组的定子电流作为电流控制型无轴承异步电机原系统的输入控制变量，即[u1,u2,u3,u4]T＝[is2d,is2q,is1d,is1q]T；α、β分别为α-β坐标系中的沿两静止坐标轴方向的转子径向位移分量；选取沿水平α和垂直β方向的径向位移分量及其导数项和以及转矩系统转子磁链ψr1和电机转速ωr为系统状态变量，即选取沿水平α和垂直β方向的径向位移分量，以及转矩系统转子磁链ψr1和电机转速ωr为系统输出变量，即Y＝[y1,y2,y3,y4]T＝[α,β,ψr1,ωr]T，ψr1为转矩系统转子磁链幅值；ωr为电机转速；is1d、is1q分别为转矩绕组的d、q轴电流分量；is2d、is2q分别为悬浮控制绕组的d、q轴电流分量；m为转子质量；Km为可控悬浮力刚度系数；ks是位移刚度系数；Lm1为转矩绕组互感；Lr1为转子自感；Lr1l为转子漏电感；Tr1为转子时间常数；p1为转矩绕组的磁极对数；J为转轴的转动惯量；TL为负载转矩；所述的电流控制型无轴承异步电机逆系统的数学模型为：式中，电流控制型无轴承异步电机逆系统的输入为2.如权利要求1所述的电流控制型无轴承异步电机的逆动态解耦滑模控制系统，其特征在于：所述的α径向位移分量二阶伪线性积分子系统滑模控制调节器以及β径向位移分量二阶伪线性积分子系统滑模控制调节器的构建方法是：经逆系统解耦，α径向位移分量二阶伪线性积分子系统的简化传递函数表示为1/s2，对α径向位移分量二阶伪线性积分子系统，设则α径向位移分量二阶伪线性积分子系统的状态方程表示为：式中：d1为外部干扰，|d1|≤h1,h1≥0，h1代表α径向位移分量二阶伪线性积分...

【专利技术属性】
技术研发人员：卜文绍，何方舟，王勇，陈有鹏，屠晓婉，乔岩茹，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南,41