[发明专利]一种无轴承永磁电机径向位移脉动抑制方法

权利要求书

1.一种无轴承永磁电机径向位移脉动抑制方法，其特征在于，该方法基于自抗扰控制架构并应用于无轴承永磁电机径向悬浮系统二自由度位移环控制中，控制结构包括第一扩张状态观测器、第二扩张状态观测器、第一状态误差反馈控制器、第二状态误差反馈控制器，其中交流信号跟踪环节复合于扩张状态观测器的扰动观测回路组合成改进型结构，以增加对径向悬浮系统中交流扰动力分量的实时观测与抑制能力，从而减小转子的径向位移脉动范围；该方法包括如下步骤：

步骤1)，利用位移传感器获取无轴承永磁电机X、Y方向径向位移信号x、y，利用转速传感器获取无轴承永磁电机的转速信号ω；

步骤2)，将位移信号x、转速信号ω和上一时刻悬浮直轴电流控制信号i_2d^*(k-1)作为第一扩张状态观测器的输入，经计算得到状态变量z_x1、z_x2、z_x3，z_x1对应X方向位移的观测值，z_x2对应X方向速度的观测值，z_x3对应X方向扰动的观测值；同时，将位移信号y、转速信号ω和上一时刻悬浮交轴电流控制信号i_2q^*(k-1)作为第二扩张状态观测器的输入，经计算得到状态变量z_y1、z_y2、z_y3，z_y1对应Y方向位移的观测值，z_y2对应Y方向速度的观测值，z_y3对应Y方向扰动的观测值；

步骤3)，将状态变量z_x1、z_x2、z_x3和设定位移参考x^*输入第一状态误差反馈控制器，得到当前时刻悬浮直轴电流控制信号i_2d^*(k)；同时，将状态变量z_y1、z_y2、z_y3和设定位移参考y^*输入第二状态误差反馈控制器，得到当前时刻悬浮交轴电流控制信号i_2q^*(k)；

步骤4)，将悬浮电流控制信号i_2d^*(k)与i_2q^*(k)作用于控制对象，使无轴承永磁电机转子向中心径向运动；

重复步骤1)至步骤4)，实现无轴承永磁电机在较小径向位移脉动范围内稳定悬浮。

2.根据权利要求1所述的无轴承永磁电机径向位移脉动抑制方法，其特征在于：所述第一扩张状态观测器与第二扩张状态观测器的结构相同，均为基本扩张状态观测器与交流信号跟踪环节的复合结构，复合形式包括有交流信号跟踪环节与基本扩张状态观测器扰动观测回路串联或者并联；其中基本扩张状态观测器包括有线性扩张状态观测器或非线性扩张状态观测器两种结构形式。

3.根据权利要求1所述的无轴承永磁电机径向位移脉动抑制方法，其特征在于：所述无轴承永磁电机的转子内含永磁体；定子采用双绕组结构，两套绕组分别为转矩绕组和悬浮绕组。

4.根据权利要求1所述的无轴承永磁电机径向位移脉动抑制方法，其特征在于：所述径向位移脉动由径向悬浮力交流分量引起，径向位移脉动频率为转速基频的整数倍，其中悬浮力交流分量产生原因包括有径向悬浮力模型本身特性和转子质心不平衡。

5.根据权利要求1所述的无轴承永磁电机径向位移脉动抑制方法，其特征在于：所述径向悬浮系统二自由度位移环输出二自由度参考电流信号以闭环调节转子径向位置，其中二自由度取为径向平面互差90°的X、Y方向。