一种直线电机牵引系统无电流传感器控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种直线电机无电流传感器控制方法，该方法包括以下步骤：根据直线电机牵引系统的硬件电路测量得到直线电机牵引系统动子1的相电流测量值，由读数头和光栅尺测量得到直线电机牵引系统动子1的动子电角度θ1和直线电机牵引系统动子2的动子电角度θ2；直线电机牵引系统动子1的有电流传感器控制；计算直线电机牵引系统动子1的dq轴估测电流；计算直线电机牵引系统动子2的dq轴估测电流；直线电机牵引系统动子2的无电流传感器控制：直线电机牵引系统的无电流传感器控制。本发明专利技术显著减少电流传感器的使用数量，降低驱动系统的硬件成本，减小控制系统体积，增强控制系统的可靠性与安全性，减少测试和校正电流传感器的工作量。

A Current Sensorless Control Method for Linear Motor Traction System

【技术实现步骤摘要】
一种直线电机牵引系统无电流传感器控制方法
本专利技术属于电机驱动与控制
，尤其涉及一种直线电机牵引系统无电流传感器控制方法。
技术介绍
众所周知，电流滞环控制具有鲁棒性强、响应速度快和结构简单等优势，因此获得了广泛的关注和应用。直线电机牵引系统是多电机牵引系统，这就意味着电流传感器的使用数量明显增加，导致相应的故障率随之增加。因此有必要对直线电机牵引系统实行电流传感器容错控制。一般情况下，单个电机电流滞环控制的实现需要三个电流传感器的使用。一个直流母线电流传感器和两个相电流传感器。目前，电流传感器容错控制主要包括以下三类：(1)单直流母线电流传感器容错控制此方法通过硬件电路测量外部直流母线电流，根据相电流与母线电流的对应关系来重构三相电流。尽管此方法结构简单，易于实现，对硬件要求低，但一个采样周期内只能测得一相电流，无法保证三相电流在短时间内获得均等的重构机会。一旦出现某一相电流长期得不到更新，那么三相电流的重构值的精度无法得到保证，降低了驱动系统的控制性能。(2)单相电流传感器容错控制此方法通过硬件电路只能测得一相电流，另外两相电流一直得不到更新。虽然不增加硬件系统的成本，但是仅依靠残存的一个相电流来重构三相电流，这势必导致电流误差较大，控制效果不太理想，无法满足高性能要求的驱动系统，也不能保证驱动系统的安全性和可靠性。(3)无电流传感器容错控制目前现有的无电流传感器控制多是基于单电机驱动系统考虑的，根据外部直流母线电压、动子位置角和电机的数学模型来计算三相电流。但是，数学模型需要用到精确的电机的参数来确保三相电流的计算精度。而电机参数的严格要求降低了无电流传感器控制的鲁棒性，降低了控制系统的可靠性。本专利技术充分利用了直线电机牵引系统是多电机牵引系统这一特性，通过直线电机牵引系统的正常动子实现控制直线电机牵引系统的故障动子的目的，不仅具有鲁棒性强的特点，且算法简单，易于实现。
技术实现思路
专利技术目的：针对以上问题，本专利技术提出了一种直线电机牵引系统无电流传感器控制方法。该方法能够显著减少电流传感器的使用数量，从而降低电机驱动控制成本，减小控制系统体积，提高控制系统的可靠性。技术方案：为实现本专利技术的目的，本专利技术所采用的技术方案是：本专利技术提出了一种直线电机牵引系统无电流控制方法，所述方法包括如下步骤：(1)根据直线电机牵引系统的硬件电路测量得到直线电机牵引系统动子1的三相电流iabc1和直流母线电压udc，由读数头和光栅尺测量得到直线电机牵引系统的实际速度v、直线电机牵引系统动子1的动子电角度θ1和直线电机牵引系统动子2的动子电角度θ2；(2)直线电机牵引系统动子1的有电流传感器控制(2.1)通过直线电机牵引系统速度调节器得到直线电机牵引系统动子1的q轴参考电流，设置直线电机牵引系统动子1的d轴参考电流为0；Δv＝v*-v其中，v*表示直线电机牵引系统的给定速度参考值，v表示直线电机牵引系统的实际速度反馈值，Δv表示速度偏差量，分别表示直线电机牵引系统动子1的d轴电流参考值、直线电机牵引系统的动子1的q轴电流参考值，kp、ki分别表示直线电机牵引系统速度调节器的比例系数、直线电机牵引系统速度调节器的积分系数；(2.2)计算直线电机牵引系统动子1的相电流参考值：其中，分别表示直线电机牵引系统动子1的A相、B相、C相电流参考值，θ1表示直线电机牵引系统动子1的动子电角度；(2.3)通过直线电机牵引系统滞环比较器1比较直线电机牵引系统动子1的相电流参考值和直线电机牵引系统动子1的相电流测量值iabc1，确定直线电机牵引系统牵引逆变器1的当前开关周期的开关状态sabc1，直线电机牵引系统滞环比较器1的比较规则如下：其中，Δip1是直线电机牵引系统动子1相电流参考值和直线电机牵引系统动子1相电流测量值之间的误差，p1＝a1，b1，c1；H1是滞环带宽，H1≥0。(3)根据牵引逆变器1的上一个开关周期的开关状态sabc1计算直线电机牵引系统动子1的dq轴估测电流；(3.1)计算直线电机牵引系统动子1的相电压：其中，sa1、sb1、sc1分别表示直线电机牵引系统牵引逆变器1的桥臂1、桥臂2、桥臂3的上一个开关周期的开关状态，udc表示直线电机牵引系统直流母线电压，ua1、ub1、uc1分别表示直线电机牵引系统动子1的A相、B相、C相电压；(3.2)计算直线电机牵引系统动子1的dq轴电压：其中，ud1、uq1分别表示直线电机牵引系统动子1的d轴、q轴电压；(3.3)计算直线电机牵引系统动子1的dq轴估测电流：其中，Rs表示直线电机牵引系统电阻，Ls表示直线电机牵引系统dq轴电感，ωe表示直线电机牵引系统的电气角速度，ψpm表示直线电机牵引系统永磁磁链，分别表示直线电机牵引系统动子1的d轴、q轴电流估测值。(4)计算直线电机牵引系统动子2的dq轴估测电流：(4.1)直线电机牵引系统采用轴控方式，即直线电机牵引系统中的所有动子共用一组直流母线电压，根据牵引逆变器2的上一个开关周期的开关状态sabc2计算得到直线电机牵引系统动子2的相电压：其中，sa2、sb2、sc2分别表示直线电机牵引系统牵引逆变器2的桥臂4、桥臂5、桥臂6的上一个开关周期的开关状态，ua2、ub2、uc2分别表示直线电机牵引系统动子2的A相、B相、C相电压；(4.2)计算直线电机牵引系统动子2的dq轴电压：其中，ud2、uq2分别表示直线电机牵引系统动子2的d轴、q轴电压，θ2表示直线电机牵引系统动子2的电角度；(4.3)计算直线电机牵引系统动子2的dq轴估测电流：其中，ωe表示直线电机牵引系统电气角速度，分别表示直线电机牵引系统动子2的d轴、q轴电流估测值；(4.4)计算直线电机牵引系统动子2的相电流估测值：其中，分别表示直线电机牵引系统动子2的A相、B相、C相估测电流。(5)直线电机牵引系统动子2的无电流传感器控制：(5.1)设置直线电机牵引系统动子2的dq轴参考电流等于直线电机牵引系统动子1的dq轴估测电流(5.2)根据直线电机牵引系统动子2的dq轴参考电流通过坐标变换计算直线电机牵引系统动子2的相电流参考值：其中，分别表示直线电机牵引系统动子2的A相、B相、C相参考电流；(5.3)通过直线电机牵引系统滞环比较器2比较直线电机牵引系统动子2的相电流参考值和直线电机牵引系统动子2的相电流估测值确定直线电机牵引系统牵引逆变器2的开关状态sabc2，直线电机牵引系统滞环比较器2的比较规则如下：其中，Δip2是直线电机牵引系统动子2相电流参考值和直线电机牵引系统动子2相电流估测值之间的误差，p2＝a2，b2，c2；H2是滞环带宽，H2≥0；(5.4)将计算得到的牵引逆变器2的当前开关周期开关状态sabc2送到步骤4中，计算直线电机牵引系统动子2下个开关周期的相电压。(6)分别将直线电机牵引系统牵引逆变器1的开关状态sabc1和直线电机牵引系统牵引逆变器2的开关状态sabc2逆变送入直线电机牵引系统牵引逆变器1和直线电机牵引系统牵引逆变器2执行，从而实现直线电机牵引系统的无电流传感器控制。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益技术效果：(1)对于多电机驱动系统，只需要采用一组电流传感器即可实现对牵引系统的控制，以四台牵引电机的系统为例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直线电机牵引系统无电流控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)根据直线电机牵引系统的硬件电路测量得到直线电机牵引系统动子1的三相电流iabc1和直流母线电压udc，由读数头和光栅尺测量得到直线电机牵引系统的实际速度v、直线电机牵引系统动子1的动子电角度θ1和直线电机牵引系统动子2的动子电角度θ2；(2)根据步骤(1)的上述参数，对直线电机牵引系统动子1进行有电流传感器的控制；(3)根据牵引逆变器1的上一个开关周期的开关状态sabc1计算直线电机牵引系统动子1的dq轴估测电流；(4)根据牵引逆变器2的上一个开关周期的开关状态sabc2计算直线电机牵引系统动子2的dq轴估测电流；(5)对直线电机牵引系统动子2实现无电流传感器控制，计算得到的牵引逆变器2的当前开关周期开关状态sabc2：(6)分别将直线电机牵引系统牵引逆变器1的开关状态sabc1和直线电机牵引系统牵引逆变器2的开关状态sabc2逆变送入直线电机牵引系统牵引逆变器1和直线电机牵引系统牵引逆变器2执行，从而实现直线电机牵引系统的无电流传感器控制。

【技术特征摘要】
1.一种直线电机牵引系统无电流控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)根据直线电机牵引系统的硬件电路测量得到直线电机牵引系统动子1的三相电流iabc1和直流母线电压udc，由读数头和光栅尺测量得到直线电机牵引系统的实际速度v、直线电机牵引系统动子1的动子电角度θ1和直线电机牵引系统动子2的动子电角度θ2；(2)根据步骤(1)的上述参数，对直线电机牵引系统动子1进行有电流传感器的控制；(3)根据牵引逆变器1的上一个开关周期的开关状态sabc1计算直线电机牵引系统动子1的dq轴估测电流；(4)根据牵引逆变器2的上一个开关周期的开关状态sabc2计算直线电机牵引系统动子2的dq轴估测电流；(5)对直线电机牵引系统动子2实现无电流传感器控制，计算得到的牵引逆变器2的当前开关周期开关状态sabc2：(6)分别将直线电机牵引系统牵引逆变器1的开关状态sabc1和直线电机牵引系统牵引逆变器2的开关状态sabc2逆变送入直线电机牵引系统牵引逆变器1和直线电机牵引系统牵引逆变器2执行，从而实现直线电机牵引系统的无电流传感器控制。2.根据权利要求1所述的一种直线电机牵引系统无电流控制方法，其特征在于，所述对直线电机牵引系统动子1进行有电流传感器的控制方法如下：(2.1)通过直线电机牵引系统速度调节器得到直线电机牵引系统动子1的q轴参考电流，设置直线电机牵引系统动子1的d轴参考电流为0；Δv＝v*-v其中，v*表示直线电机牵引系统的给定速度参考值，v表示直线电机牵引系统的实际速度反馈值，Δv表示速度偏差量，分别表示直线电机牵引系统动子1的d轴电流参考值、直线电机牵引系统的动子1的q轴电流参考值，kp、ki分别表示直线电机牵引系统速度调节器的比例系数、直线电机牵引系统速度调节器的积分系数；(2.2)计算直线电机牵引系统动子1的相电流参考值：其中，分别表示直线电机牵引系统动子1的A相、B相、C相电流参考值，θ1表示直线电机牵引系统动子1的动子电角度；(2.3)通过直线电机牵引系统滞环比较器1比较直线电机牵引系统动子1的相电流参考值和直线电机牵引系统动子1的相电流测量值iabc1，确定直线电机牵引系统牵引逆变器1的当前开关周期的开关状态sabc1，直线电机牵引系统滞环比较器1的比较规则如下：其中，Δip1是直线电机牵引系统动子1相电流参考值和直线电机牵引系统动子1相电流测量值之间的误差，p1＝a1，b1，c1；H1是滞环带宽，H1≥0。3.根据权利要求2所述的一种直线电机牵引系统无电流控制方法，其特征在于，步骤(3)的方法具体如下：(3.1)计算直线电机牵引系统动子1的相电压：其中，sa1、sb1、sc1分别表示直线电机牵引系统牵引逆变器1的桥臂1、桥...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，冯亚南，程明，花为，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32