多相单绕组无轴承电机的无径向位移传感器控制方法

摘要

本发明公开了一种多相单绕组无轴承电机的无径向位移传感器控制方法。多相单绕组无轴承电机的转矩和悬浮控制分别在相互正交的两个平面中完成，通过一台多相逆变器给电机同时通入相位差不同的两组电流，分别实现电机的转矩驱动和转子悬浮。针对相数n≥7多相单绕组无轴承电机，根据多相电机多自由度的特点，利用偏心状态下不同平面间的互感与偏心的关系，在有别于转矩平面和悬浮平面的另外一个平面提取位移信号，研究了此类电机的无位移传感器控制技术。本发明利用多相单绕组无轴承电机自身的多控制自由度的特点，在基频下提取转子径向位移信息，降低了系统成本，缩短了系统的轴向长度，提高了系统的可靠性。

主权项

1.一种多相单绕组无轴承电机的无径向位移传感器控制方法，其特征在于：检测电机各相电流和相邻相的线电压，并将其经过多相坐标变换环节转换到如下电机的各个正交的d q平面坐标系下，式中C_s表示坐标变换矩阵，为转子位置角，ξ＝2π/n，当n为奇数时，变换矩阵应删去最后一行；选取多相单绕组无轴承电机中有别于转矩平面和悬浮平面的d3-q3平面作为信号平面，通过电流闭环保持该平面的电流为0，利用d2-q2平面的电流反馈信号和d3-q3平面的电压反馈信号，将其滤波后，通过下式检测出两平面间的互感信息，进而实时估算出转子径向方向的位移，实现电机的无位移传感器运行，$\alpha =\frac{(I_{d2}+I_f)U_{q3}-I_{q2}{U}_{d3}}{\omega k_{23}{I_{q2}}^2+\omega k_{23}{(I_{d2}+I_f)}^2}$$\beta =-\frac{(I_{d2}+I_f)U_{d3}+I_{q2}{U}_{q3}}{\omega k_{23}{I_{q2}}^2+\omega k_{23}{(I_{d2}+I_f)}^2}$式中，α、β分别为需检测的电机径向水平和垂直方向的位移，I_f为转子永磁体等效励磁电流，k₂₃表示d2-q2平面和d3-q3平面之间的互感系数，ω为转子角速度，i_d2、i_q2分别为d2-q2平面电流的d、q轴分量，U_d3、U_q3分别为d3-q3平面电压的d、q轴分量；位移信号α、β分别与给定的位移参考信号α^*、β^*进行比较，经过PID调节器分别得到给定悬浮力F_α^*、F_β^*，然后通过如下悬浮电流计算公式求得d1-q1平面的电流给定值i_q1s^*、i_d1s^*，将光电码盘反馈的转速信号ω与给定转速信号ω^*相比较，经过PI调节器得到d2-q2平面的q轴电流给定信号i_q2s^*，同时保持d3-q3平面的电流给定值i_q3s^*、i_d3s^*为0；$i_{q1s}^{*}=\frac{{2g}_0}{{\psi }_f}\sqrt{\frac{L_{2s}}{L_{1s}}}{F}_{\beta }^{*}$$i_{d1s}^{*}=\frac{{2g}_0}{{\psi }_f}\sqrt{\frac{L_{2s}}{L_{1s}}}{F}_{\alpha }^{*}$其中g₀表示电机的等效气隙长度，ψ_f表示永磁体产生的激磁磁链，L_1s、L_2s分别表示电机d1-q1、d2-q2平面的电感；再通过d1-q1、d2-q2、d3-q3平面的电流闭环，分别求得三个平面内所需的电压给定信号经过多相坐标变换将其转化为电机各相电压给定信号通过多相逆变器为电机供电。