无轴承电机悬浮力单闭环唯一PID控制方法

摘要

本发明公布了一种无轴承电机悬浮力单闭环唯一PID控制方法，由X、Y方向的转子偏移量经极坐标变换得到转子偏心位移的大小和方向，经过一个PID的调节作用得到控制所需的悬浮力给定幅值，将此时的悬浮力极坐标表达形式经过变化得到X、Y坐标下悬浮力，转矩绕组控制系统传递来的转矩气隙磁链带入磁链表达的悬浮力数学模型计算得到下一时刻悬浮绕组应该持有的磁链值，将其与反馈回来的悬浮绕组磁链值作差得到需要增加的磁链值，将其矢量差直接输入SVPWM，通过基本空间电压矢量算法得到逆变器的开关信号来合成所需的悬浮绕组磁链，与转矩气隙磁链共同作用得到下一时刻所需的悬浮力，从而实现悬浮力的快速准确控制和电机的稳定悬浮。

主权项

1.一种无轴承电机悬浮力单闭环唯一PID控制方法，采用X轴电涡流传感器采集得到无轴承电机转子的横向实时位移信号x，采用Y轴电涡流传感器采集得到无轴承电机转子的纵向实时位移信号y，将所述横向实时位移信号x和给定的无轴承电机转子的横向参考位移信号x^*经过第一减运算环得到横向位移矢量差X，将所述纵向实时位移信号y和给定的无轴承电机转子的纵向参考位移信号y^*经过第二减运算环得到纵向位移矢量差Y，其特征在于：将所述横向位移矢量差X和纵向位移矢量差Y经过偏移量计算得到转子偏心位移的幅值$S=\sqrt{X^2+Y^2}$和转子偏心位移的相角$\theta ={\mathrm{tg}}^{-1}\frac{Y}{X};$将转子偏心位移的幅值S经过PID调节器得到径向悬浮力的给定幅值，将转子偏心位移的相角θ加上180°作为径向悬浮力的给定相角；将转矩控制系统输出转矩绕组合成气隙磁链的幅值|ψ_m1|和相角μ与径向悬浮力的给定幅值和相角依次经过悬浮力数学模型F＝k_Mψ_m1ψ_s2∠(λ-μ)和极坐标变换得到静止坐标系下α相的实际悬浮绕组磁链和β相的实际悬浮绕组磁链其中F为x、y方向径向力的合力，ψ_m1为转矩控制系统输出转矩绕组合成气隙磁链，ψ_s2为悬浮绕组定子磁链，λ为悬浮绕组定子磁链ψ_s2与α轴的夹角，k_M为固定系数；采用悬浮绕组定子磁链幅值与相位计算模块检测永磁型无轴承电机的三相输入电流和电压即A相电流Ia、A相电压Ua，B相电流Ib、B相电压Ub，C相电流Ic、C相电压Uc，输出静止坐标系下α相的给定悬浮绕组磁链ψ_α和β相的给定悬浮绕组磁链ψ_β；将静止坐标系下α相的实际悬浮绕组磁链与α相的给定悬浮绕组磁链ψ_α经过第三减运算环得到α相悬浮绕组磁链矢量差，将β相的实际悬浮绕组磁链与β相的给定悬浮绕组磁链ψ_β经过第四减运算环得到β相悬浮绕组磁链矢量差；将α相悬浮绕组磁链矢量差和β相悬浮绕组磁链矢量差经过空间电压矢量模块SVM得到功率变换器的三相开关信号，将功率变换器的三相开关信号经过功率变换器VSI得到永磁型无轴承电机的三相驱动电流和电压即永磁型无轴承电机的三相输入电流和电压即A相电流Ia、A相电压Ua，B相电流Ib、B相电压Ub，C相电流Ic、C相电压Uc。