[发明专利]一种基于自适应全阶位移观测器的直线振荡电机控制方法

说明书

本发明公开了一种基于自适应全阶位移观测器的直线振荡电机控制方法,属于直线振荡电机频率控制和无位置传感器控制领域。包括构建全阶位移观测器；将系统等效弹簧弹性系数和等效阻尼系数作为待辨识参数，将全阶位移观测器作为可调模型，将电机本体作为参考模型；根据可调模型和参考模型误差构建误差状态方程；利用波波夫超稳定性理论，得到使误差状态方程收敛的运行上限截止频率和可调参数自适应率；使电机低于上限截止频率运行，将运行过程中测量得到的电机电流和电压信号输入全阶位移观测器，实现频率跟踪和位移控制。本发明方法可快速准确地同时实现直线振荡电机的谐振频率跟踪控制和无位置传感器控制。

技术领域

本发明属于直线振荡电机频率控制和无位置传感器控制技术领域，更具体地，涉及一种基于自适应全阶位移观测器的直线振荡电机控制方法。

背景技术

传统往复式压缩机由旋转电机通过曲柄连杆驱动，与其相比，新型直线压缩机由直线振荡电机直接驱动，取消了曲柄连杆机构，因而具有体积小、噪声小、效率高等众多优点。而要充分发挥这些优势，必须针对直线振荡电机的运行特性，采用特殊的控制策略和控制技术，其中最重要的是谐振频率跟踪控制策略和无位置传感器控制技术。

在谐振频率控制上，直线振荡电机的机械部分是活塞与机械谐振弹簧所组成的二阶阻尼振荡系统，存在一个与系统整体等效弹簧弹性系数相关的系统谐振频率点。理论分析表明，当电机运行频率等于系统谐振频率时，系统整体效率最高，节能效果最好。另外，直线压缩机所带负载为非线性的气体力，理论分析和实验均表明，该气体力负载可用气体等效弹簧弹性系数以及气体等效阻尼系数描述。当负载变化时，系统整体的弹簧弹性系数将发生改变，进而导致系统谐振频率变化，因此，必须采用谐振频率跟踪控制，以使工作频率始终等于当前系统谐振频率。

在行程控制上，传统往复式压缩机的活塞行程受到曲柄连杆机构的限制，而直线压缩机取消了曲柄连杆机构，活塞可自由运行，故必须实时获取活塞位移信息并加以控制，以控制压缩机排气量并防止活塞撞缸。但是如果使用位移传感器获取活塞位移信息，不仅会增大系统体积，降低整体可靠性，同时还存在传感器安装困难等问题。因此，必须运用精确的无位置传感器控制技术，以电压和电流信号为基础，实时计算出活塞的位移大小。

对于直线振荡电机的谐振频率跟踪控制，目前的算法主要基于位移电流相位差，其依据是稳态下电流和位移之间相位差为90°的特性，以间接方法控制系统频率。其主要问题在于收敛速度慢，控制精度受多种因素影响。同时，该类算法依据的是系统稳态时的特性，必须在振幅控制系统达到稳态后，再开始谐振频率跟踪控制，因而明显降低了整个系统的响应速度。而对于直线振荡电机的无位置传感器控制，目前的算法主要有反电势积分法：由于电机反电势与速度成正比，故通过电压和电流信号计算出反电势后，再采用积分运算即可获得位移信号。但是，因含有纯积分环节，该算法会带来积分漂移和积分初值等问题，最终会导致积分器饱和现象。

此外，目前的电机整体控制方法是将上述两种算法简单地结合起来，即由反电势积分算法提供谐振频率跟踪控制算法所需的位移信号，当位移信号不准时，其频率控制也将会出现一定的偏差，从而使得整个控制系统的可靠性变差。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于自适应全阶位移观测器的直线振荡电机控制方法，其目的在于解决目前无位置传感器算法存在的积分漂移和估算不准问题，以及谐振频率跟踪控制算法存在的收敛速度慢、精度差、系统响应慢的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于自适应全阶位移观测器的直线振荡电机控制方法，包括：

S1.构建全阶位移观测器；所述全阶位移观测器用于观测直线振荡电机动子位移；

S2.将系统等效弹簧弹性系数和等效阻尼系数作为可调参数，代入全阶位移观测器构建可调模型，并将电机本体作为参考模型；

S3.根据可调模型和参考模型的误差，构建误差状态方程；