[发明专利]一种无轴承永磁电机的悬浮力全动态过程三段式控制方法

说明书

本发明公开了一种无轴承永磁电机的悬浮力全动态过程三段式控制方法，分别提供x、y方向径向负载力突加和突减情况下的悬浮力控制方法；在负载力突变的过程中，按照逆变器所能提供的最快变化率来控制悬浮力的线性增加或者线性减小；通过合理设计悬浮力切换时间，就能实现动态过程中仅需三个阶段变换悬浮力后，系统即可重新进入稳态；整个动态过程中速度只存在一次超调、位移无超调即可收敛，减少了动态时间及动态过程中悬浮力切换次数，解决了现有直接悬浮力控制算法悬浮力切换次数过多，转子速度和转子位移不能以最快速度变化从而两者动态轨迹不能达到最优的问题。

技术领域

本发明涉及无轴承永磁电机控制技术领域，主要涉及一种无轴承永磁电机的悬浮力全动态过程三段式控制方法。

背景技术

无轴承永磁电机是采用了磁悬浮技术的高性能永磁同步电机，不仅具有永磁同步电机高效率、高能量密度、高功率因数等优良性能，还具有磁轴承电机的无机械接触、无磨损、无需润滑和维护，使用寿命长等优势。在航空航天、飞轮储能、人工心脏泵、有害液体和气体传输、半导体无污染等多个特殊领域具有广阔的应用前景。

无轴承电机的控制分为转矩控制和悬浮力控制。为了提高悬浮力控制的动态特性，专利CN112865662A提出了一种无轴承永磁电机的悬浮力控制方法，在0～t_c时间段，控制悬浮力使电机在负载力突变情况下径向速度是最优动态曲线，在t_c～t_c+4Δt时间段，控制悬浮力使得电机在负载力不变的情况下径向速度是最优动态曲线，同时弥补0～t_c时间段电机由于负载突变产生的位移，使得电机在t_c+4Δt时刻动态过程结束。该发明能一定程度上减小电机负载突变时的动态时间。

然而，对电机加速度进行二重积分可以得到电机径向位移，上述直接悬浮力控制方法以电机径向速度为中间变量，将电机转速分为两个时间段的最优动态曲线，其悬浮力曲线经过5个阶段，与理论的悬浮力曲线3个阶段(升降升或降升降)相比，它不是负载力突变的过程中的最优给定悬浮力曲线，该方法的局限性在于两个时间段的最优动态曲线整合在一起不是整个动态过程中的最优动态曲线，在t_c时刻速度为0的同时控制径向加速度为0，导致动态过程中电机径向速度不能以最快速率变化，从而不能保证负载力突变的过程中转子位移和转子位移加速度两者的动态轨迹最优。

发明内容

发明目的：针对上述背景技术中存在的问题，本发明提供了一种无轴承永磁电机的悬浮力全动态过程三段式控制方法，解决了现有技术中直接悬浮力控制算法悬浮力切换次数过多，转子速度和转子位移不能以最快速度变化从而使得两者动态轨迹不能达到最优的问题。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种无轴承永磁电机的悬浮力全动态过程三段式控制方法，采用的无轴承永磁电机控制结构包括转矩绕组控制逆变器、悬浮绕组控制逆变器和无轴承永磁电机；所述转矩绕组控制逆变器包括直流电源U₁，直流电源U₁两端分别并联滤波电容C₁和三个转矩桥臂；每个转矩桥臂包括两个串联的开关管；所述三个转矩桥臂中点分别连接至无轴承永磁电机的三相转矩绕组A、B、C；所述悬浮绕组控制逆变器包括直流电源U₂，直流电源U₂两端分别并联滤波电容C₂和三个悬浮桥臂；每个悬浮桥臂包括两个串联的开关管；所述三个悬浮桥臂中点分别连接至无轴承永磁电机的三相悬浮绕组a、b、c；所述无轴承永磁电机定子上安装有x方向电涡流传感器和y方向电涡流传感器；所述悬浮力控制方法包括：(1)x方向径向负载力突加；(2)y方向径向负载力突加；(3)x方向径向负载力突减；(4)y方向径向负载力突减四种情况；具体地，

(1)x方向径向负载力突加；