一种单定子双转子盘式对转永磁同步电机定子磁链辨识模型构建方法、模型及方法技术

本发明专利技术公开了一种单定子双转子盘式对转永磁同步电机定子磁链辨识模型构建方法、模型及方法，根据单定子双转子盘式对转永磁同步电机的结构，建立两相静止坐标系下盘式对转电机的定子电流状态方程，计算电流矢量，然后根据静止坐标系下电压矢量、电流矢量及其偏差，借助Popov超稳定性理论建立参数的辨识模型并推导出待辨识参数的自适应律，最后将模型参考自适应所得到的在线观测的电机参数代入磁链的电流模型进行定子磁链的辨识。本发明专利技术克服了两转子坐标系复杂的耦合过程，使磁链的矢量叠加反映地更加直观，具有较强的鲁棒性且辨识结果的准确度高。

【技术实现步骤摘要】
一种单定子双转子盘式对转永磁同步电机定子磁链辨识模型构建方法、模型及方法
本专利技术属于电机控制
，特别涉及一种新型电机即单定子双转子盘式对转永磁同步电机，具体涉及一种单定子双转子盘式对转永磁同步电机定子磁链辨识模型构建方法、模型及方法。
技术介绍
本专利技术所述的单定子双转子盘式对转永磁同步电机采用盘式结构，定子绕组采用两相交叉环绕方式绕制于定子铁芯上，两个盘式永磁转子在机械上相互独立，对称分布于定子两侧，用“三明治”的形式将盘式定子夹在中间，定子绕组中通入对称三相电流后，定子两侧产生方向相反、速度相同的旋转磁场，从而吸引转子按相反的方向同步旋转，两个转子通过轴承固定在基座上的，以内外嵌套轴输出，驱动两个螺旋桨反向旋转。这种新型电机极大的减小了设备的体积和重量，提高了工作效率，能很好的满足节能和调速的要求，有着优越的运行性能，因此，在水下航行器和飞行器领域有着很好的应用前景。这种新型电机的控制研究还处于起步阶段，湖南大学的成双银博士研究了单定子双转子盘式对转永磁同步电机的矢量控制方法，提出了一种动态主-从控制策略，解决了负载不平衡时的控制问题，但是矢量控制的方法也存在一些问题，如在负载不平衡严重的情况下，处于跟随状态的转子会出现大的转矩、转速波动。现有研究还公开了一种单定子双转子盘式对转永磁同步电机的直接转矩控制方法；直接转矩控制摒弃了矢量控制的解耦思想，避免了矢量控制中复杂的坐标变换，定子磁链的估计减弱了对电机参数的依赖性。所以直接转矩控制具有控制简单，转矩响应快，动态性能好的优点。针对单定子、双转子对转永磁电机矢量控制存在的问题，考虑到直接转矩控制方法的优点，拟运用直接转矩控制方法来实现单定子、双转子对转永磁电机的控制，实现对不平衡负载下两个转子转矩“兼顾”控制，从而解决负载不平衡下处于跟随状态的转子转矩、转速波动大的问题，以及改善系统的动态响应特性。为了实现直接转矩控制方法，必存在定子磁链的闭环，所以首先要解决单定子双转子盘式对转电机定子磁链辨识的问题；但是，当负载不平衡时，两个转子气隙同时与定子进行磁场耦合过程十分复杂，并且两定子电压方程中存在两个转子的反电动势的叠加情况复杂；这给定子双转子盘式对转电机定子磁链辨识带来了极大的困难。因此，研究一种单定子双转子盘式对转永磁同步电机定子磁链辨识方法十分必要且意义重大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对现有技术的不足，提供了一种单定子双转子盘式对转永磁同步电机定子磁链辨识模型构建方法、模型及方法，本专利技术具有较强的鲁棒性且辨识结果的准确度高。为实现上述目的，本专利技术所采用的方案是：一种单定子双转子盘式对转永磁同步电机定子磁链辨识方法，所述的单定子双转子盘式对转永磁同步电机采用盘式结构，定子绕组采用两相交叉环绕方式绕制于定子铁芯上，两个盘式永磁转子对称分布于定子两侧，在机械上相互独立，用“三明治”的形式将盘式定子夹在中间，两个转子通过轴承固定在基座上的，以内外嵌套轴输出，驱动两个螺旋桨反向旋转；所述定子磁链辨识方法步骤如下：步骤1、在两相静止坐标系α-β轴上建立单定子双转子盘式对转永磁同步电机定子电压方程：其中：uα、uβ为定子α、β轴电压，iα、iβ为定子α、β轴电流，Rs为定子电阻，L为定子电感，为永磁磁链，ω1、ω2、θ1、θ2为盘式对转电机两转子的角速度和盘式对转电机两转子位置角；根据上述定子电压方程，以定子α轴和β轴电压uα和uβ为输入量，定子α轴和β轴电流iα和iβ为状态量，建立单定子双转子盘式对转永磁同步电机定子电流状态方程即参考模型：其中，P为微算子，其意义为d/dt；Rs为定子电阻，L为定子电感，为永磁磁链，ω1、ω2、θ1和θ2分别为单定子双转子盘式对转永磁同步电机两转子的角速度和位置角；步骤2、在状态方程的基础上结合模型参考自适应原理，构造可调模型：令根据Popov超稳定性定理，得到各参数的自适应律：其中，和为可调模型的输出量，即α轴和β轴电流估计值；为定子α轴和β轴电流估计值偏差；1/s为积分因子；为永磁磁链估计值，为定子电感估计值；Kg1为第一PI调节器的比例系数，Kg2为第一PI调节器的积分系数；Kh1为第二PI调节器的比例系数，Kh2为第二PI调节器的积分系数；步骤3、在两相静止坐标系α-β轴上建立定子磁链的电流模型：其中，和分别为定子α轴和β轴磁链；由此得到定子磁链辨识模型为：其中，为定子磁链。本专利技术还提供了一种单定子双转子盘式对转永磁同步电机定子磁链辨识模型，其数学表达式为：其中，和分别为定子α轴和β轴磁链：其中，和为可调模型的输出量，即α轴和β轴电流估计值；为永磁磁链估计值，为定子电感估计值；各参数取值通过以下可调模型及其各参数的自适应律获取：其中，1/s为积分因子；eα和eβ为定子α轴和β轴电流估计值偏差，Kg1为第一PI调节器的比例系数，Kg2为第一PI调节器的积分系数；Kh1为第二PI调节器的比例系数，Kh2为第二PI调节器的积分系数；iα和iβ为定子α轴和β轴，其中通过以下参考模型获取：其中，P为微算子，其意义为d/dt；uα和uβ为定子α轴和β轴电压；Rs为定子电阻，L为定子电感，为永磁磁链，ω1、ω2、θ1和θ2分别为单定子双转子盘式对转永磁同步电机两转子的角速度和位置角；Rs、L和的取值由电机铭牌查得；ω1、ω2、θ1和θ2编码器测得；uα和uβ由电压传感器检测到的电机ABC三相定子电压经过clark变换得到。本专利技术还提供了一种单定子双转子盘式对转永磁同步电机定子磁链辨识方法，基于上述辨识模型进行定子磁链辨识；首先，确定定子电阻Rs、定子电感L和永磁磁链测得电机两转子角速度和位置角ω1、ω2、θ1和θ2，以及定子α轴和β轴电压uα和uβ；然后，根据参考模型计算得到定子α轴和β轴电流iα和iβ；根据可调模型及其各参数的自适应律计算得到永磁磁链估计值定子电感估计值以及定子α轴和β轴电流估计值和最后，根据定子磁链的电流模型和定子磁链辨识模型计算得到定子磁链进一步地，由电机铭牌查得定子电阻Rs、定子电感L和永磁磁链由编码器测得电机两转子角速度和位置角ω1、ω2、θ1和θ2，由电压传感器检测到电机ABC三相定子电压并经过clark变换得到定子α轴和β轴电压uα和uβ。进一步地，第一PI调节器的比例系数Kg1取值为1，第一PI调节器的积分系数Kg2取值为0.6；第二PI调节器的比例系数Kh1取值为1，第二PI调节器的积分系数Kh2取值为0.15。有益效果：本专利技术根据单定子双转子盘式对转永磁同步电机的结构，建立两相静止坐标系下盘式对转电机的定子电流状态方程，计算电流矢量，然后根据静止坐标系下电压矢量、电流矢量及其偏差，借助Popov超稳定性理论建立参数的辨识模型并推导出待辨识参数的自适应律，最后将模型参考自适应所得到的在线观测的电机参数代入磁链的电流模型进行定子磁链的辨识。本专利技术克服了两转子坐标系复杂的耦合过程，使磁链的矢量叠加反映地更加直观，具有较强的鲁棒性且辨识结果的准确度高。具有以下优点：(1)基本解决了盘式对转电机的定子磁链方程，直观地反应了磁链的矢量合成；(2)采用模型参考自适应方法，系统有较强鲁棒性；(3)将模型参考自适应方法与电流模型的磁链方法结合起来，对定子磁链的辨识结果的准确度较高。下面结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单定子双转子盘式对转永磁同步电机定子磁链辨识模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、在两相静止坐标系α‑β轴上，以定子α轴和β轴电压u

【技术特征摘要】
1.一种单定子双转子盘式对转永磁同步电机定子磁链辨识模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、在两相静止坐标系α-β轴上，以定子α轴和β轴电压uα和uβ为输入量，定子α轴和β轴电流iα和iβ为状态量，建立单定子双转子盘式对转永磁同步电机定子电流状态方程即参考模型：其中，P为微算子，其意义为d/dt；Rs为定子电阻，L为定子电感，为永磁磁链，ω1、ω2、θ1和θ2分别为单定子双转子盘式对转永磁同步电机两转子的角速度和位置角；步骤2、在状态方程的基础上结合模型参考自适应原理，构造可调模型：令根据Popov超稳定性定理，得到各参数的自适应律：其中，和为可调模型的输出量，即α轴和β轴电流估计值；为定子α轴和β轴电流估计值偏差；1/s为积分因子；为永磁磁链估计值，为定子电感估计值；Kg1为第一PI调节器的比例系数，Kg2为第一PI调节器的积分系数；Kh1为第二PI调节器的比例系数，Kh2为第二PI调节器的积分系数；步骤3、在两相静止坐标系α-β轴上建立定子磁链的电流模型：其中，和分别为定子α轴和β轴磁链；由此得到定子磁链辨识模型为：其中，为定子磁链。2.一种单定子双转子盘式对转永磁同步电机定子磁链辨识模型，其特征在于，辨识模型的数学表达式为：其中，和分别为定子α轴和β轴磁链，其取值通过以下定子磁链的电流模型获取：其中，和为可调模型的输出量，即α轴和β轴电流估计值；为永磁磁链估计值，为定子电感估计值；各参数取值通过以下可调模型及其各参数的自适应律获取：

【专利技术属性】
技术研发人员：罗德荣，苏欣，黄守道，贺锐智，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43