一种基于三型锁相环的直线电机无传感器控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于三型锁相环的直线电机无传感器控制系统及方法，包括滑模观测器、三型锁相环、变换模块和调制模块；所述滑模观测器用于根据获取的两相静止坐标系下的定子电压和定子电流估算两相反电动势；所述三型锁相环，用于根据估算的两相反电动势计算误差信号，并按照预定传递函数经过滤波处理后消除误差得到电机电角度；所述变换模块用于根据电机电角度和定子目标电流计算定子目标电压；所述调制模块用于根据所述定子目标电压生成逆变器调制信号对直线电机进行控制。本发明专利技术通过采用三型锁相环，解决了直线电机在高动态运行过程中无传感器控制系统不能无差进行位置跟踪的问题，提高了永磁同步直线电机无传感器控制系统的控制精度。制系统的控制精度。制系统的控制精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三型锁相环的直线电机无传感器控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及直线电机控制
，特别涉及一种采用三型锁相环的直线电机无传感器控制系统及方法。

技术介绍

[0002]随着科技的进步、工业的发展以及军事需求的增长，电磁弹射技术将更加广泛的应用到军事领域以及日常工业生产和生活当中。相较于传统的蒸汽弹射技术，电磁弹射器的体积变得更小，提供的推力变得更大，控制精度更高同时可以更加方便的调节电磁推力的大小，适宜于在较短的行程内发射大载荷。其中直线电机电磁弹射技术是一种常见的电磁弹射技术，其因具有高效率和推力
‑
体积比高的特点而被广泛应用到各个生活场景当中。其中，直线电机电磁弹射系统主要由储能系统、控制系统和直线电机三部分组成。直线电机电磁弹射技术主要的优势在于定、动子之间无机械接触，仅靠电磁力就可以实现电能到直线运动的动能转换。直线电机在物流运输、直线电梯、车床加工等领域中的研究已经非常成熟，大功率直线电机在磁悬浮列车等轨道交通领域已经得到了广泛的应用。
[0003]直线电机作为电磁弹射系统的执行机构，具有很多种类，按照工作原理有直线感应电机、直线直流电机、直线同步电机、直线步进电机、直线压电电机以及直线磁阻电机。其中，永磁同步直线电机(PMLSM)在速度响应、位置跟踪、效率等方面有着明显的优势，因此在许多高精度的直线电机驱动控制系统中有着广泛的应用。同时，永磁同步直线电机在低速运行的状态下仍能够平滑运行而对推力脉动不敏感，因此在全速段运行的环境中更为适用。
[0004]在电磁弹射的实际应用中，对动子及负载的过载控制、动子的速度以及动子的位置等相关参数有十分精确的要求，因此对直线电机的精确控制是直线电机电磁弹射系统研发中的关键技术。在实际的直线电机进给系统当中，为了能够实现高精度的性能需求，通常需要安装传感器以获取精确的速度和位置信息，这不仅增加了系统的成本和维护费用，而且由于传感器易受温度、湿度、振动和电磁干扰等条件的影响，会使系统的稳定性和可靠性变差，尤其是在无法安装传感器的场合当中，直线电机无传感器控制技术的研究显得更加重要。由于在电磁弹射实际运行时，动子始终处于高动态变化的过程中，即动子的速度曲线是频率线性变化的曲线，而传统的无传感器位置估算方法不能无差跟踪频率线性变化信号，因此传统的无传感器位置估算方法并不适用于动子速度线性变化场景下的位置估算。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种能够跟踪直线电机动子运动频率线性变化信号的采用三型锁相环的直线电机无传感器控制系统、方法、电子设备及存储介质。
[0006]为实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种基于三型锁相环的直线电机无传感器控制系统，包括滑模观测器、三型锁相环、变换模块和调制模块；
[0007]所述滑模观测器用于根据获取的两相静止坐标系下的定子电压u
α
、u
β
和定子电流i
α
、i
β
估算两相反电动势
[0008]所述三型锁相环，用于根据估算的两相反电动势计算误差信号e，并按照预定传递函数经过滤波处理后消除误差得到电机电角度θ；
[0009]所述变换模块用于根据电机电角度和定子目标电流计算定子目标电压；
[0010]所述调制模块用于根据所述定子目标电压生成逆变器调制信号对直线电机进行控制。
[0011]进一步，所述三型锁相环包括鉴相器、环路滤波器和压控振荡器；
[0012]所述鉴相器，用于根据估算的两相反电动势和电机当前电角度θ按照预定数学模型计算误差信号e；
[0013]所述环路滤波器，按照以下传递函数对误差信号进行滤波处理后向所述压控振荡器输出；其中，所述环路滤波器的传递函数为：
[0014][0015]其中，c
n2
、c
n1
、c
n0
分别为环路滤波器的系数，s为拉普拉斯算子；
[0016]所述压控振荡器，用于将环路滤波器的输出进行积分处理后得到估算的电机电角度θ。
[0017]进一步，所述环路滤波器的系数满足以下公式：
[0018][0019]其中，ω
c
为系统的截止频率，PM为相交裕度，K为环路滤波器的增益系数。
[0020]进一步，所述滑模观测器的数学模型为：
[0021][0022]其中，为定子电流的观测值，u
α
、u
β
为定子电压，v
α
、v
β
为估算两相反电动势对应的等效控制量。
[0023]进一步，所述鉴相器的预定数学模型为：
[0024][0025]其中，e为误差项，为滑模观测器估算的两相反电动势，θ为电机当前的电角度。
[0026]本专利技术第二方面提供一种基于三型锁相环的直线电机无传感器控制方法，利用上
述的直线电机无传感器控制系统，所述控制方法包括如下步骤：
[0027]根据获取的两相静止坐标系下的定子电压u
α
、u
β
和定子电流i
α
、i
β
估算两相反电动势
[0028]根据估算的两相反电动势计算误差信号e，并按照预定传递函数经过滤波处理后消除误差得到电机电角度θ；
[0029]根据电机电角度和定子目标电流计算定子目标电压；
[0030]根据所述定子目标电压生成逆变器调制信号对直线电机进行控制。
[0031]进一步，还包括：
[0032]采集直线电机的三相电压U
ABC
和三相电流I
ABC
；
[0033]通过坐标变换将三相电压U
ABC
和三相电流I
ABC
变换为两相静止坐标系下的电压u
α
、u
β
和电流i
α
、i
β
。
[0034]进一步，根据电机电角度和定子目标电流计算定子目标电压包括：
[0035]根据三型锁相环输出的电机电角度经过Park变换得到补偿的电流
[0036]通过电流传感器根据给定的电流信号和补偿的电流计算补偿的电压
[0037]将补偿的电压经过Park逆变换得到静止坐标系下的目标电压经过Park逆变换得到静止坐标系下的目标电压
[0038]本专利技术第三方面提供一种电子设备，包括：
[0039]一个或多个处理器；以及
[0040]存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现上述的方法。
[0041]本专利技术第四方面提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现上述的方法。
[0042]本专利技术通过采用三型锁相环，解决了直线电机在高动态运行过程中无传感器控制系统不能无差进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三型锁相环的直线电机无传感器控制系统，其特征在于，包括滑模观测器、三型锁相环、变换模块和调制模块；所述滑模观测器用于根据获取的两相静止坐标系下的定子电压u
α
、u
β
和定子电流i
α
、i
β
估算两相反电动势所述三型锁相环，用于根据估算的两相反电动势计算误差信号e，并按照预定传递函数经过滤波处理后消除误差得到电机电角度θ；所述变换模块用于根据电机电角度和定子目标电流计算定子目标电压；所述调制模块用于根据所述定子目标电压生成逆变器调制信号对直线电机进行控制。2.如权利要求1所述的直线电机无传感器控制系统，其特征在于，所述三型锁相环包括鉴相器、环路滤波器和压控振荡器；所述鉴相器，用于根据估算的两相反电动势和电机当前电角度θ按照预定数学模型计算误差信号e；所述环路滤波器，按照以下传递函数对误差信号进行滤波处理后向所述压控振荡器输出；其中，所述环路滤波器的传递函数为：其中，c
n2
、c
n1
、c
n0
分别为环路滤波器的系数，s为拉普拉斯算子；所述压控振荡器，用于将环路滤波器的输出进行积分处理后得到估算的电机电角度θ。3.如权利要求2所述的直线电机无传感器控制系统，其特征在于，所述环路滤波器的系数满足以下公式：其中，ω
c
为系统的截止频率，PM为相交裕度，K为环路滤波器的增益系数。4.如权利要求1所述的直线电机无传感器控制系统，其特征在于，所述滑模观测器的数学模型为：其中，为定子电流的观测值，u
α
、u
β
为定子电压，v
A
、v
β
为估算两相反电动势对应的等效控制量。5.如权利要求2所述的直线电机无传感器控制系统，其特征在于，所述鉴相器的预定数学模型为：

【专利技术属性】
技术研发人员：林则全，张馨予，李艳明，李遥，李宜阳，张东淮，
申请(专利权)人：北京机械设备研究所，
类型：发明
国别省市：