[发明专利]五自由度无轴承同步磁阻电机逆系统解耦控制器

权利要求书

1.一种五自由度无轴承同步磁阻电机逆系统解耦控制器，包括线性闭环控制器（70）、α阶逆系统（6）和复合被控对象（8）依次串接，其特征是：所述复合被控对象（8）由第一扩展的电流滞环PWM逆变器（2）、第二扩展的电流滞环PWM逆变器（3）、第三扩展的电流滞环PWM逆变器（4）、开关功率放大器（5）以及五自由度无轴承同步磁阻电机（1）组成；α阶逆系统（6）和复合被控对象（8）组成伪线性系统（9）；所述第一扩展的电流滞环PWM逆变器（2）由第一Clark逆变换（22）和第一电流滞环PWM逆变器（23）连接组成；第二、第三扩展的电流滞环PWM逆变器（3、4）分别由第一、第二Park逆变换（31、41）、第二、第三Clark逆变换（32、42）和第二、第三电流滞环PWM逆变器（33、43）依次连接组成；所述五自由度无轴承同步磁阻电机（1）由共用一个转子的三自由度主动磁轴承（a）和二自由度无轴承同步磁阻电机（b）组成，转子上设有多个电涡流传感器，三自由度主动磁轴承（a）由三自由度主动磁轴承径向悬浮力子系统（a1）和三自由度主动磁轴承轴向悬浮力子系统（a2）组成，二自由度无轴承同步磁阻电机（b）由二自由度无轴承同步磁阻电机悬浮力子系统（b1）和二自由度无轴承同步磁阻电机转矩子系统（b2）组成；所述线性闭环控制器（70）由一个转速控制器（76）、四个径向位置控制器（71、72、73、74）和一个轴向位置控制器（75）组成；

所述转速控制器（76）的输入信号是二自由度无轴承同步磁阻电机（b）的给定转速量和输出转速量的差值，输出信号是输入至α阶逆系统（6）的输出转速控制量；

所述第一、三径向位置控制器（71）的输入信号是三自由度主动磁轴承（a）的给定径向位移量与输出径向位移量的差值，所述第二、第四径向位置控制器（74）的输入信号是二自由度无轴承同步磁阻电机（b）的给定径向位移量与输出径向位移量的差值，输出信号都是输入至α阶逆系统（6）的输出径向位移控制量；

所述轴向位置控制器（75）的输入信号是三自由度主动磁轴承（a）的给定轴向位移量与输出轴向位移量的差值，输出信号是输入至α阶逆系统（6）的输出轴向位移控制量。

 

2.根据权利要求1所述的五自由度无轴承同步磁阻电机逆系统解耦控制器，其特征是：所述复合被控对象（8）具有第一、第二、第三、第四复合被控对象（81、82、83、84），第一扩展的电流滞环PWM逆变器（2）和三自由度主动磁轴承径向悬浮力子系统（a1）组成第一复合被控对象（81）；开关功率放大器（5）和三自由度主动磁轴承轴向悬浮力子系统（a2）组成第二复合被控对象（82）；第二扩展的电流滞环PWM逆变器（3）和二自由度无轴承同步磁阻电机悬浮力子系统b1组成第三复合被控对象84；第三扩展的电流滞环PWM逆变器（4）和二自由度无轴承同步磁阻电机转矩子系统（b2）组成第四复合被控对象（84）。

3.根据权利要求2所述的五自由度无轴承同步磁阻电机逆系统解耦控制器，其特征是：复合被控对象（8）的输入是α阶逆系统（6）输出的二自由度无轴承同步磁阻电机（b）的转矩绕组定子电流q轴分量参考值i_q^*和转矩绕组d轴上电流分量参考值i_d^*、二自由度无轴承同步磁阻电机（b）的径向悬浮力绕组x_b和y_b轴上电流分量的参考值i_bx^*和i_by^*、三自由度主动磁轴承（a）的径向悬浮力绕组x_a和y_a轴上电流分量的参考值i_ax^*和i_ay^*、以及三自由度主动磁轴承（a）的轴向控制电流的参考值i_z^*，输出是二自由度无轴承同步磁阻电机（b）的转速ω和转子两个径向位移x_b、y_b、三自由度主动磁轴承（a）的两个径向位移x_a、y_a和一个轴向位移z_a。