一种改进型无轴承薄片电机直接转矩控制策略制造技术

本发明专利技术公开了一种改进型无轴承薄片电机直接转矩控制策略，采用dq坐标系下的磁链观测模型代替传统αβ坐标系下的磁链观测模型，利用稳态量计算磁链，解决了传统直接转矩控制低速区运行性能差、起动困难的问题。在此基础上，以最大电磁转矩输出为目标，提出一种基于磁链/转矩解耦的改进型直接转矩控制策略。此种控制策略下的无轴承薄片电机控制系统低速运行性能好、起动容易，且一定程度上抑制了传统直接转矩控制存在的转矩脉动和磁链脉动问题。直接转矩控制存在的转矩脉动和磁链脉动问题。直接转矩控制存在的转矩脉动和磁链脉动问题。

【技术实现步骤摘要】
一种改进型无轴承薄片电机直接转矩控制策略


[0001]本专利技术涉及无轴承薄片电机控制
，尤其涉及一种改进型无轴承薄片电机直接转矩控制策略。

技术介绍

[0002]无轴承薄片电机寿命长、无机械磨损、无需润滑、高速高精度等优点，使其成为特种电气传动领域研究的重要方向，在离心机、密封泵、涡轮分子泵、飞轮储能、半导体工业、生命科学及航空航天等高新
具有重要的科研和应用价值。
[0003]为提升无轴承薄片电机系统的动态响应性能，常采用直接转矩/悬浮力控制，传统的直接转矩控制一般采用αβ坐标系下的磁链观测模型，其不可避免的存在电机低速区运行性能差、起动困难以及转矩脉动大的问题，上述问题限制了直接转矩控制在无轴承薄片电机此种对驱动性能要求较高的场合中的应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
的缺陷，提供一种改进型无轴承薄片电机直接转矩控制策略，采用dq坐标系下的磁链观测模型代替传统αβ坐标系下的磁链观测模型，利用稳态量计算磁链，解决了传统直接转矩控制低速区运行性能差、起动困难的问题。在此基础上，以最大电磁转矩输出为目标，提出一种基于磁链/转矩解耦的改进型直接转矩控制策略。此种控制策略下的无轴承薄片电机控制系统低速运行性能好、起动容易，且一定程度上抑制了传统直接转矩控制存在的转矩脉动和磁链脉动问题。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0006]一种改进型无轴承薄片电机直接转矩控制策略，用dq坐标系下的磁链观测模型代替传统αβ坐标系下的磁链观测模型，在此基础上，以最大电磁转矩输出为目标，提出一种基于磁链/转矩解耦的改进型直接转矩控制策略。本专利技术意在优化无轴承薄片电机转矩系统性能，故方案中无轴承薄片电机悬浮系统仍采用基于传统空间矢量脉宽调制技术的控制策略，所述方案的实现步骤如下：
[0007]步骤1)，采样无轴承薄片电机实时悬浮、转矩电流信号i
La
、i
Lb
、i
Lc
、i
Ta
、i
Tb
、i
Tc
，转子转角信号θ
r
以及位移信号D
xy
；
[0008]步骤2)，将电机位移信号D
xy
通过位移调节器得到dq坐标系下悬浮参考电流i
Ldref
、i
Lqref
；
[0009]步骤3)，将电机悬浮电流信号i
La
、i
Lb
、i
Lc
以及转子转角信号θ
r
进行数学处理，解耦计算得到dq坐标系下悬浮实际电流i
Ld
、i
Lq
，并结合悬浮参考电流i
Ldref
、i
Lqref
通过电流调节器得到悬浮指令电压u
Ld
、u
Lq
；
[0010]步骤4)，采用空间矢量脉宽调制算法，结合悬浮指令电压u
Ld
、u
Lq
，得到悬浮系统开关信号；
[0011]步骤5)，将电机转角信号θ
r
进行微分运算得到电机转速ω，通过转速调节器得到
dq坐标系下转矩参考电流i
Tdref
、i
Tqref
；
[0012]步骤6)，将电机转矩电流信号i
Ta
、i
Tb
、i
Tc
以及转子转角信号θ
r
进行数学处理，解耦计算得到dq坐标系下转矩实际电流i
Td
、i
Tq
；
[0013]步骤7)，采用dq坐标系下磁链观测模型，结合转矩实际电流i
Td
、i
Tq
与转子转角信号θ
r
，计算得到定子磁链ψ
sα
、ψ
sβ
，继而通过磁链扇区判断算法解算得到扇区号N；
[0014]步骤8)，转矩参考电流i
Tdref
、i
Tqref
与实际电流i
Td
、i
Tq
做差经过滞环比较器得到转矩参考值τ、磁链参考值φ，结合扇区号N，基于开关表选取合适的电压矢量，得到转矩系统开关信号；
[0015]重复步骤1)至步骤8)，实现无轴承薄片电机的稳定悬浮以及旋转。
[0016]作为本专利技术一种改进型无轴承薄片电机直接转矩控制策略，所述步骤1)中电机实时悬浮、转矩电流i
La
、i
Lb
、i
Lc
、i
Ta
、i
Tb
、i
Tc
通过霍尔电流传感器采样得到。
[0017]作为本专利技术一种改进型无轴承薄片电机直接转矩控制策略，所述步骤1)中电机实时转子转角θ
r
通过霍尔传感器采样解算得到。
[0018]作为本专利技术一种改进型无轴承薄片电机直接转矩控制策略，所述步骤1)中电机实时位移D
xy
通过电涡流传感器采样得到。
[0019]作为本专利技术一种改进型无轴承薄片电机直接转矩控制策略，所述步骤2)中忽略了转矩电流对悬浮力的影响。
[0020]作为本专利技术一种改进型无轴承薄片电机直接转矩控制策略，所述步骤2)中位移调节器本质为“比例
‑
积分
‑
微分(PID)”调节器。
[0021]作为本专利技术一种改进型无轴承薄片电机直接转矩控制策略，所述步骤3)中dq坐标系下悬浮实际电流i
Ld
、i
Lq
采用坐标变换法解耦计算得到。
[0022]作为本专利技术一种改进型无轴承薄片电机直接转矩控制策略，所述步骤5)中转速调节器本质为“比例
‑
积分(PI)”调节器。
[0023]作为本专利技术一种改进型无轴承薄片电机直接转矩控制策略，所述步骤6)中dq坐标系下转矩实际电流i
Td
、i
Tq
采用坐标变换法解耦计算得到。
[0024]本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0025]1.采用dq坐标系下的磁链观测模型代替传统αβ坐标系下的磁链观测模型，不需考虑积分初值对磁链观测的影响，利用稳态量计算磁链，解决了传统直接转矩控制低速区运行性能差、起动困难的问题；
[0026]2.改进型无轴承薄片电机直接转矩控制稳态时磁链与转矩完全解耦，一定程度上抑制了传统直接转矩控制存在的转矩脉动和磁链脉动问题。
附图说明
[0027]图1为本专利技术改进型无轴承薄片电机直接转矩控制结构框图；
[0028]图2为本专利技术直接转矩控制基准电压矢量；
[0029]图3为本专利技术电压选择矢量图(第一扇区)。
具体实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改进型无轴承薄片电机直接转矩控制策略，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)，采样无轴承薄片电机实时悬浮、转矩电流信号i
La
、i
Lb
、i
Lc
、i
Ta
、i
Tb
、i
Tc
，转子转角信号θ
r
以及位移信号D
xy
；步骤2)，将电机位移信号D
xy
通过位移调节器得到dq坐标系下悬浮参考电流i
Ldref
、i
Lqref
；步骤3)，将电机悬浮电流信号i
La
、i
Lb
、i
Lc
以及转子转角信号θ
r
进行数学处理，解耦计算得到dq坐标系下悬浮实际电流i
Ld
、i
Lq
，并结合悬浮参考电流i
Ldref
、i
Lqref
通过电流调节器得到悬浮指令电压u
Ld
、u
Lq
；步骤4)，采用空间矢量脉宽调制算法，结合悬浮指令电压u
Ld
、u
Lq
，得到悬浮系统开关信号；步骤5)，将电机转角信号θ
r
进行微分运算得到电机转速ω，通过转速调节器得到dq坐标系下转矩参考电流i
Tdref
、i
Tqref
；步骤6)，将电机转矩电流信号i
Ta
、i
Tb
、i
Tc
以及转子转角信号θ
r
进行数学处理，解耦计算得到dq坐标系下转矩实际电流i
Td
、i
Tq
；步骤7)，采用dq坐标系下磁链观测模型，结合转矩实际电流i
Td
、i
Tq
与转子转角信号θ
r
，计算得到定子磁链ψ
sα
、ψ
sβ

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍旭聪，王晓琳，彭旭衡，石滕瑞，王明月，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：