[发明专利]一种无轴承永磁电机径向位移脉动抑制方法

说明书

本发明公开一种无轴承永磁电机径向位移脉动抑制方法。所述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和第二状态误差反馈控制器。针对无轴承永磁电机径向悬浮力交流分量所引起径向位移脉动大的问题，本发明将基本扩张状态观测器与交流信号跟踪环节组合成复合结构，该结构利用位移传感器所获取的位置信息对径向悬浮系统中的交、直流扰动力分量进行实时精确观测，并以状态变量的形式将观测结果输送至状态误差反馈控制器，形成控制量作用于系统从而实现对扰动的抑制。期间，交流信号跟踪环节所跟踪信号的频率由转速传感器所得信号经计算获取。此种控制方法下的无轴承永磁电机系统能实现对转子精准稳定、实时可靠的径向悬浮控制，并有效减小转子的径向位移脉动范围。

技术领域

本发明涉及无轴承永磁电机控制技术领域，具体涉及一种基于改进型扩张状态观测器的无轴承永磁电机径向位移脉动抑制方法。

背景技术

无轴承永磁电机是将磁悬浮技术与永磁电机相结合的一种特种电机，其兼有前者无机械磨损、不需润滑的优势和后者结构简单、功率密度高的特点。因此，采用无轴承永磁电机驱动的泵系统在半导体制造、医疗器械、航空航天等具有严格洁净度指标要求的高速高精电气驱动领域具有重要科研价值和广泛应用前景。

无轴承永磁电机系统中，为实现对转子精确稳定、实时可靠的径向悬浮控制，二自由度径向位移外环可采用抗扰性、鲁棒性较好的自抗扰控制架构，通过内部扩张状态观测器对径向悬浮系统内外扰动的实时观测与补偿，转子径向悬浮可获得较好控制品质。然而，扩张状态观测器具有直流或低频扰动分量抑制效果好、中高频交流扰动分量跟踪性能差的特点，此种局限性在径向位移环交流扰动大的情况下会进一步放大。其中，由径向悬浮力模型本身特性和转子质心不平衡所造成的径向悬浮力交流分量是位移环交流扰动的主要来源，而这会引起较大的径向位移脉动。

故，需要一种新的技术方案以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中所涉及无轴承永磁电机径向位移脉动大的问题，提供一种基于改进型扩张状态观测器的无轴承永磁电机径向位移脉动抑制方法，使转子在扰动情况下仍然能在较小径向位移脉动范围内精准稳定悬浮。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种无轴承永磁电机径向位移脉动抑制方法，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；