无轴承异步电机径向位置简化自抗扰控制器的构造方法技术

本发明专利技术公开一种无轴承异步电机径向位置简化自抗扰控制器的构造方法，根据复合被控对象的输入输出构建x、y方向扩张状态观测器，将给定位移信号、分别与x、y方向扩张状态观测器的输出信号进行比较，确定出误差和，误差和分别作为x、y误差开方控制器的输入信号，将x、y误差开方控制器的输出减去各自的系统扰动补偿量分别构成x、y方向复合控制器，x、y方向扩张状态观测器分别和x、y方向复合控制器构成x、y方向简化自抗扰控制器；通过对系统内部、外部扰动进行估计、优化跟踪、以及有效补偿等手段，克服了传统PID控制的不足，能有效减少非线性反馈运算，使系统参数整定难度大为降低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无轴承异步电机径向位置简化自抗扰控制器的构造方法，属于特种电气传动
 
技术介绍
无轴承异步电机集磁悬浮轴承与传统异步电机的特点于一体，能同时产生悬浮转子的径向力，以及驱动转子旋转的电磁转矩，在压缩机、涡流分子泵、高速机床电主轴、航空航天、计算机硬盘驱动等特殊场合及极端环境下具有广泛的应用前景。然而，这些特殊应用场合及极端工作环境对无轴承异步电机工作性能的要求越来越高，特别是对无轴承异步电机的径向位置系统的要求更是苛刻，因为径向位置系统是保证无轴承异步电机实现其无摩擦磨损、无污染、高速、超高速运行特性的首要条件，因此研究并提高无轴承异步电机，特别是其径向位置系统的安全性及鲁棒性的控制策略，具有十分重要的理论与现实意义。 综合经典控制和现代控制理论优点的自抗扰控制器，是利用对系统内部和外部扰动的有效观测和补偿，很好地解决了被控对象的不确定性和非线性问题，同时大大提高了系统的动态特性。自抗扰控制器主要由跟踪微分器、扩展状态观测器和非线性状态误差反馈控制律组成，简化自抗扰控制器省去了自抗扰控制器的跟踪微分器，简化了控制器结构；扩张状态观测器利用线性观测器，把复杂的非线性函数用简单的线性函数来实现，能有效减少非线性反馈运算，使系统参数整定难度大为降低，有利于工程实现。 
技术实现思路
本专利技术的目的是为了实现无轴承异步电机径向位置系统的高性能控制，提供一种基于简化自抗扰器控制的无轴承异步电机径向位置系统控制器的构造方法。 本专利技术采用的技术方案是：将Park逆变换、Clark逆变换、电流跟踪型逆变器与无轴承异步电机径向位置系统依次串接作为一个整体构成复合被控对象，复合被控对象1的输入是两个电流信号 ，输出是转子径向位移x、y，还包括以下步骤： A、根据复合被控对象的输入输出构建x方向扩张状态观测器和y方向扩张状态观测器，x方向扩张状态观测器的输入是转子径向位移x，输出是用来跟踪转子径向位移x的信号和用来跟踪x方向未知扰动的信号；y方向扩张状态观测器的输入是转子径向位移y，输出是用来跟踪转子径向位移y的信号和用来跟踪y方向未知扰动的信号；x方向扩张状态观测器和y方向扩张状态观测器的数学模型分别为： 。 B、将给定位移信号与用来跟踪转子径向位移x的信号进行比较，确定出误差，该误差作为x方向误差开方控制器的输入信号；将给定位移信号与用来跟踪转子径向位移y的信号进行比较，确定出误差，该误差作为y方向误差开方控制器的输入信号。 C、将x方向误差开方控制器的输出减去系统扰动补偿量构成x方向复合控制器，x方向复合控制器的输出为；将y方向误差开方控制器的输出减去系统扰动补偿量构成y方向复合控制器，y方向复合控制器的输出为。 D、将x方向扩张状态观测器和x方向复合控制器作为一个整体构成x方向简化自抗扰控制器；将y方向扩张状态观测器和y方向复合控制器作为一个整体构成y方向简化自抗扰控制器；将x方向简化自抗扰控制器和y方向简化自抗扰控制器共同构成简化自抗扰控制器，一起控制复合被控对象。 本专利技术的有益效果是： 1、本专利技术设计的无轴承异步电机径向位置简化自抗扰控制器构造方法，通过对系统内部、外部扰动进行估计、优化跟踪、以及有效补偿等手段，克服了传统PID控制的不足，非常适用于无轴承异步电机这一非线性系统的高性能控制。2、为降低控制模型的复杂程度，本专利技术设计的无轴承异步电机径向位置简化自抗扰控制器，采用结构简化的一阶自抗扰控制模型，结构简单，能有效减少非线性反馈运算，使系统参数整定难度大为降低，有利于工程实现。 附图说明图1是复合被控对象的组成图； 图2是无轴承异步电机径向位置系统简化自抗扰控制器的原理框图;图中：1.复合被控对象；2. x方向简化自抗扰控制器；3. y方向简化自抗扰控制器；11.Park逆变换；12.Clark逆变换；13.电流跟踪型逆变器；14.无轴承异步电机径向位置系统；21.x方向误差开方控制器；22. x方向扩张状态观测器；23. x方向复合控制器；31. y方向误差开方控制器；32. y方向扩张状态观测器；33. y方向复合控制器。具体实施方式本专利技术具体的实施分以下5步： 1、如图1所示，将Park逆变换11、Clark逆变换12、电流跟踪型逆变器13与无轴承异步电机径向位置系统14依次串接，作为一个整体构成复合被控对象1，该复合被控对象1以两个电流信号作为输入，以无轴承异步电机的转子径向位移x、y作为输出。 2、如图2所示，根据复合被控对象1的输入输出信号构建x方向扩张状态观测器22和y方向扩张状态观测器32；其中，x方向扩张状态观测器22的输入信号为复合被控对象1的输出位移信号x，输出信号为和，用来跟踪复合被控对象1的输出位移信号x，用来跟踪x方向的未知扰动；y方向扩张状态观测器32的输入信号为复合被控对象1的输出位移信号y，输出信号为和，用来跟踪复合被控对象1的输出位移信号y，用来跟踪y方向的未知扰动；x方向扩张状态观测器22和y方向扩张状态观测器32的数学模型分别为：  其中，为可调参数，其值根据无轴承异步电机径向位置系统14的实际工况选取；其中，   为可调参数，其值根据无轴承异步电机自身结构特点以及无轴承异步电机径向位置系统14的实际工况选取。无轴承异步电机结构简单，气隙对称，并且可以采用普通笼型转子，机械强度高，在实际工况中一般取、、。和分别为径向位移x和y估计的微分；和分别为未知扰动估计的微分。 3、将给定位移信号与x方向扩张状态观测器22的输出信号进行比较，确定出误差，该误差作为x方向误差开方控制器21的输入信号；将给定位移信号与y方向扩张状态观测器32的输出信号进行比较，确定出误差，该误差作为y方向误差开方控制器31的输入信号。 4、构造x方向复合控制器23和y方向复合控制器33；将x方向误差开方控制器21的输出减去系统扰动补偿量，构成x方向复合控制器23，x方向复合控制器23的输出为；将y方向误差开方控制器31的输出减去系统扰动补偿量，构成y方向复合控制器33，y方向复合控制器33的输出为；x方向误差开方控制器21和y方向误差开方控制器31的输出分别为：  其中，和为比例控制系数，其值根据无轴承异步电机径向位置系统实际工况选取；分别表示位移误差的符号，当位移误差为正或零时取为1，否则取为-1。5、如图2所示，将x方向扩张状态观测器22和x方向复合控制器23作为一个整体构成x方向简化自抗扰控制器2；将y方向扩张状态观测器32和y方向复合控制器33作为一个整体构成y方向简化自抗扰控制器3；将x方向简化自抗扰控制器2和y方向简化自抗扰控制器3共同构成简化自抗扰控制器4，一起控制复合被控对象1。 根据以上所述，便可以实现本专利技术。 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无轴承异步电机径向位置简化自抗扰控制器的构造方法，将Park逆变换、Clark逆变换、电流跟踪型逆变器与无轴承异步电机径向位置系统依次串接作为一个整体构成复合被控对象，复合被控对象的输入是两个电流信号，输出是转子径向位移x、y，其特征是还包括以下步骤：A、根据复合被控对象的输入输出构建x方向扩张状态观测器（22）和y方向扩张状态观测器（32），x方向扩张状态观测器（22）的输入是转子径向位移x，输出是用来跟踪转子径向位移x的信号和用来跟踪x方向未知扰动的信号；y方向扩张状态观测器（32）的输入是转子径向位移y，输出是用来跟踪转子径向位移y的信号和用来跟踪y方向未知扰动的信号；x方向扩张状态观测器（22）和y方向扩张状态观测器（32）的数学模型分别为：；B、将给定位移信号与用来跟踪转子径向位移x的信号进行比较，确定出误差，该误差作为x方向误差开方控制器（21）的输入信号；将给定位移信号与用来跟踪转子径向位移y的信号进行比较，确定出误差，该误差作为y方向误差开方控制器（31）的输入信号；C、将x方向误差开方控制器（21）的输出减去系统扰动补偿量构成x方向复合控制器（23），x方向复合控制器（23）的输出为；将y方向误差开方控制器（31）的输出减去系统扰动补偿量构成y方向复合控制器（33），y方向复合控制器（33）的输出为；D、将x方向扩张状态观测器（22）和x方向复合控制器（23）作为一个整体构成x方向简化自抗扰控制器（2）；将y方向扩张状态观测器（32）和y方向复合控制器（33）作为一个整体构成y方向简化自抗扰控制器（3）；将x方向简化自抗扰控制器（2）和y方向简化自抗扰控制器（3）共同构成简化自抗扰控制器（4），一起控制复合被控对象。...

【技术特征摘要】
1.一种无轴承异步电机径向位置简化自抗扰控制器的构造方法，将Park逆变换、Clark逆变换、电流跟踪型逆变器与无轴承异步电机径向位置系统依次串接作为一个整体构成复合被控对象，复合被控对象的输入是两个电流信号 ，输出是转子径向位移x、y，其特征是还包括以下步骤：
A、根据复合被控对象的输入输出构建x方向扩张状态观测器（22）和y方向扩张状态观测器（32），x方向扩张状态观测器（22）的输入是转子径向位移x，输出是用来跟踪转子径向位移x的信号和用来跟踪x方向未知扰动的信号；y方向扩张状态观测器（32）的输入是转子径向位移y，输出是用来跟踪转子径向位移y的信号和用来跟踪y方向未知扰动的信号；x方向扩张状态观测器（22）和y方向扩张状态观测器（32）的数学模型分别为：
 
；
B、将给定位移信号与用来跟踪转子径向位移x的信号进行比较，确定出误差，该误差作为x方向误差开方控制器（21）的输入信号；将给定位移信号与用来跟踪转子径向位移y的信号进行比较，确定出误差，该误差作为y方向误差开方控制器（31）的输入信号；
C、将x方向误差开方控制器（21）...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨泽斌，余佩玉，孙晓东，杨飞，汪明涛，朱熀秋，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32