[发明专利]一种永磁直线电机无速度传感器控制系统

说明书

本发明公开一种永磁直线电机无速度传感器控制系统，属于电机控制领域。包括：电机电流误差估计模块，用于接收电流PI控制器输出u_d和u_q，同时输入至电机参考模型和可调模型，得到定子电流实际值和观测值，将两者差值输出至估计速度自适应率模块；估计速度自适应率模块，用于根据波波夫超稳定性理论，得到估计速度自适应率反馈至可调模型，使电机电流误差估计模块输出趋0，传递估计速度给电机速度调节器，对估计速度积分得到估计位置，输出至Park变换模块和反Park变换模块；电机速度调节器，用于输出q轴给定电流信号至电流PI控制器。本发明在保证电机动子速度和位置估计精度前提下，提高抗负载扰动能力和减弱由端部效应引起的速度波动。

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，更具体地，涉及一种永磁直线电机无速度传感器控制系统。

背景技术

在直线传动方面，传统的旋转电机驱动方式会使中间传动环节能量损失较大，而采用直线电机直接驱动省去了旋转到直线转换的机械传动装置，减少中间传动环节的能量损失，提高传动效率。此外，永磁直线电机还具有一些优点，如结构简单、体积小、效率高、功率密度高等，其可以广泛地应用于交通领域、工业领域和物流服务领域等。

为了实现永磁直线电机的高性能闭环控制，需要检测电机动子的速度和位置信息。然而，传统的机械式传感器价格昂贵，安装不便，易受环境的干扰。为了克服机械式传感器的缺点，近年来无速度传感器控制的发展受到了越来越多学者的关注。

目前，对于永磁直线电机的无速度传感器控制策略有：高频信号注入法、反电势计算法、滑模观测器法、扩展卡尔曼滤波器法、模型参考自适应法等。其中，在基于模型参考自适应的无速度传感器矢量控制系统中，传统的PI速度调节器存在响应速度与超调的矛盾，参数适应性差，抗负载扰动性能差，并难以应对永磁直线电机由端部效应引起的速度波动。为了提高永磁直线电机运行的平稳性及抗扰能力，需要对现有无速度传感器控制系统进行改进。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种永磁直线电机无速度传感器控制系统，其目的在于基于模型参考自适应无速度传感器矢量控制系统中，在保证永磁直线电机动子速度和位置估计精度的前提下，设计速度调节器，提高了系统的抗负载扰动能力和减弱由端部效应引起的速度波动。

为实现上述目的，本发明提供了一种永磁直线电机无速度传感器控制系统，所述控制系统包括：电流PI控制器、Park变换模块和反Park变换模块，所述控制系统还包括：电机电流误差估计模块、估计速度自适应率模块、扩展状态观测器、误差反馈控制器和总扰动补偿模块；

电机电流误差估计模块，用于接收电流PI控制器输出的电机dq轴电压u_d和u_q，将u_d和u_q同时输入至永磁直线电机的参考模型和可调模型，分别得到定子电流实际值和定子电流观测值，将两者的差值输出至估计速度自适应率模块；

估计速度自适应率模块，用于根据波波夫超稳定性理论，得到估计速度自适应率反馈至可调模型，使自适应调整可调模型与参考模型的输出误差趋于0，由速度自适应率得到估计速度，并传递给电机速度调节器，对估计速度积分得到估计位置，输出至Park变换模块和反Park变换模块；

扩展状态观测器，用于接收电机运行速度估计值和总扰动补偿模块返回的q轴给定电流信号，估计电机控制系统内外扰总和，输出总扰动观测值至总扰动补偿模块，输出电机运行速度跟踪值至误差反馈控制器；

误差反馈控制器，用于接收扩展状态观测器输出的电机运行速度跟踪值，对电机速度给定值和电机运行速度跟踪值的差值进行非线性控制，输出补偿前q轴给定电流信号至总扰动补偿模块；

总扰动补偿模块，用于接收补偿前q轴给定电流信号和总扰动观测值，对总扰动进行前馈补偿，得到q轴给定电流信号，输出至电流PI控制器及扩展状态观测器。