CN101795105B - 无轴承永磁同步电机悬浮转子等效扰动电流补偿控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无轴承永磁同步电机悬浮转子等效扰动电流补偿控制装置，该控制装置由扩展的压控逆变器、电流控制器、Clark变换、电机、位移传感器组成广义悬浮系统；由扰动加速度观测器、等效扰动电流转换环节、复合径向位移反馈、主控制器及复合控制器依次连接而成观测及补偿算法；两路观测及补偿算法串联在广义悬浮系统之前并形成闭环构造；用于无轴承永磁同步电机的位移环中对电机悬浮系统进行控制。本发明利用其对交替极无轴承永磁电机悬浮系统位移环实施闭环控制，采用前馈补偿的控制方式，实现对作用于悬浮系统扰动的抑制。该控制装置通过扰动观测算法将电机悬浮转子因扰动作用产生的扰动加速度实时观测出来，且算法不依赖悬浮系统数学模型，不需事先获知扰动的具体形式，适应范围较广。

Description

无轴承永磁同步电机悬浮转子等效扰动电流补偿控制装置

技术领域

本发明涉及一种无轴承电机悬浮系统的控制技术，具体地说是一种交替极无轴承永磁同步电机悬浮转子等效扰动电流补偿控制装置。

技术背景

交替极无轴承永磁同步电机区别于传统无轴承永磁同步电机关键之处在于其特殊的转子结构，使电机悬浮系统和转矩系统，在转矩系统采用转子磁场定向控制策略时能够实现独立控制，简化了控制系统设计，提高系统可靠性。

从现有文献看，针对交替极无轴承永磁同步电机的研究主要集中在以下三方面：

1、电机结构特点、工作原理研究。诸如：分析悬浮机理，建立数学模型；考虑转子动、静态偏心等工况下的径向悬浮力数学模型；不同气隙磁密对径向悬浮力的影响；多转矩绕组极对数对转矩系统和悬浮系统耦合性能的影响；双层转子结构对于轴向与扭转方向刚度的影响；悬浮绕组匝数与端电压间的关系，不同的悬浮绕组匝数对悬浮性能的影响。

2、电机本体优化设计研究。诸如：转矩绕组与悬浮绕组极对数的优化配置；三相分布式绕组代替集中式绕组减小径向悬浮力脉动；设计外转子结构电机，通过采用被动悬浮技术增强转子轴向和扭转方向的刚度；气隙尺寸和定子槽的绕组匝数的优化设计。

3、电机控制策略研究。针对交替极无轴承永磁同步电机控制策略的研究主要集中在转矩系统采用转子磁场定向控制，使转矩系统与悬浮系统最大程度上解耦。

交替极无轴承永磁同步电机悬浮系统能否稳定工作直接影响到转矩系统的性能，因此保证电机悬浮转子稳定悬浮是整个控制系统设计中需要首先考虑的。电机运行过程中，悬浮转子要受到扰动作用，扰动来源多种多样，但究其性质及其对悬浮性能的影响而言确是有限的几种，诸如：

1、恒定扰动：悬浮转子自重或带恒定负载工作的影响，对电机起浮的动态性能及稳定悬浮的稳态性能均有影响；

2、正弦扰动：电机转子由于设计、加工工艺等原因造成的质量不平衡，当电机高速运行时，由于转子质量不平衡而产生与转速同频率的正弦扰动作用于悬浮转子上，影响稳态悬浮性能。

3、阶跃扰动：电机稳定运行时，转子径向突加负载，对电机悬浮系统动态、稳态性能有影响。

4、白噪声扰动：悬浮控制中使用的各种传感器，由传感器所引入的白噪声扰动影响悬浮系统稳态性能。

扰动观测及其补偿控制是抑制扰动对系统影响的有效方法之一，被广泛应用于各种电机控制系统中。电机控制中所采用的扰动观测器，多为传统的扰动观测算法，其最大不足之处在于对被控对象数学模型的依赖，在一定程度上限制了扰动观测效果。目前，也有学者将诸如自适应控制、小波变换等先进控制算法应用于扰动观测算法中在线观测被控对象关键参数，以克服观测器对被控对象数学模型的依赖，但这些先进控制算法涉及的数学知识较多，计算和实现较为复杂，直接导致扰动观测器实现困难。

目前，针对交替极无轴承永磁同步电机悬浮转子扰动加速度观测及等效扰动电流补偿控制的研究未见报道，即使是针对无轴承电机悬浮系统扰动观测方面的研究也不多见.从现有文献来看，《无轴承永磁同步电机转子质量不平衡补偿控制》做了关于传统无轴承永磁同步电机因转子质量偏心，造成电机高速运行时产生的与转速同频正弦扰动对悬浮转子的影响方面的补偿控制研究。该文献中设计的扰动观测器算法复杂，对电机较难获知的参数严重依赖，所能观测的扰动也仅仅局限于正弦扰动，无法满足无轴承永磁同步电机各种工况下运行时对扰动观测的需要，且只进行了仿真研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种无轴承永磁同步电机悬浮转子等效扰动电流补偿控制装置。该控制装置通过扰动观测算法将电机悬浮转子因扰动作用产生的扰动加速度实时观测出来，且算法不依赖悬浮系统数学模型，不需事先获知扰动的具体形式，适应范围较广。该控制装置采用前馈补偿的控制方式，实现对作用于悬浮系统扰动的抑制。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种无轴承永磁同步电机悬浮转子等效扰动电流补偿控制装置，其特征在于：该控制装置包括广义悬浮系统和扰动观测及补偿算法，广义悬浮系统包括扩展的压控逆变器、电流控制器、Clark变换、电机、第一位移传感器和第二位移传感器；观测及补偿算法由扰动加速度观测器、等效扰动电流转换环节、复合径向位移反馈、主控制器及复合控制器依次连接而成；复合控制器的输出信号i_x ^*(i_y ^*)和广义悬浮系统的输出信号x(y)作为扰动加速度观测器的输入信号；扰动加速度观测器的输出信号为

和a_dx(a_dy)，且作为复合径向位移反馈和等效扰动电流转换环节的输入；由位移给定信号x^*(y^*)与复合径向位移反馈的输出x_τ(y_τ)相减得到的误差作为径向位移主控制器的输入信号，其中主控制器采用α(0＜α＜1)次幂形式的非线性构造；由主控制器的输出信号i_0x(i_0y)与等效扰动电流转换环节输出信号i_dx(i_dy)相减得到复合控制器的输出信号并将其作为广义悬浮系统的电流环给定输入信号i_x ^*(i_y ^*)；两路观测及补偿算法串联在广义悬浮系统之前并形成闭环构造；用于无轴承永磁同步电机的位移环中对电机悬浮系统进行控制。

本发明中扰动加速度观测器的实现算法为：

$\left\{\begin{array}{c}e=x\left(y\right)-z_1\\ {\stackrel{\·}{z}}_1=z_2+{\mathrm{\η}}_1\·e\\ {\stackrel{\·}{z}}_2=z_3+{\mathrm{\η}}_2\·e+\mathrm{\σ}\·z_1+\mathrm{\κ}\·i_{x\left(y\right)}^{*}\\ {\stackrel{\·}{z}}_3={\mathrm{\η}}_3\·e\end{array}\right.$

其中e为观测误差，x(y)为悬浮转子径向位移采样信号，η₁，η₂，η₃为可调参数，σ为偏心磁拉力补偿系数，κ为悬浮控制电流系数，z₁为悬浮转子径向位移观测值

z₂为悬浮转子径向位移观测值的广义微分值，z₃为悬浮转子径向扰动加速度估计值a_dx(a_dy)，i_x ^*(i_y ^*)为广义悬浮系统电流给定信号；该扰动加速度观测器(21)以i_x ^*(i_y ^*)及x(y)为输入信号，在参数配置合理时实现对悬浮转子扰动加速度的估计。

主控制器是非线性构造，其中主控制器由控制增益k_p、k_i、k_d乘以各自相应的非线性函数构成，主控制器的输入信号为悬浮转子径向位移给定信号x^*(y^*)减去复合径向位移反馈的输出x_τ(y_τ)的差值，记作e_τ，非线性函数可以选为如下形式：

u(e_τ)＝|e_τ|^α*sign(e_τ)

其中参数0＜α＜1，用来控制误差衰减的速度，sign(e_τ)为e_τ的符号，当e_τ为正或零时取1，当e_τ为负时取-1；e_τ绝对值的α(0＜α＜1)次幂用牛顿迭代法在DSP中实现。主控制器输出可以表示为：

$i_{0x\left(y\right)}=k_p\·u\left(e_{\mathrm{\τ}}\right)+k_i\·u\left({\∫e}_{\mathrm{\τ}}\right)+k_d\·u\left({\stackrel{\·}{e}}_{\mathrm{\τ}}\right).$

本发明中，等效扰动电流转换环节是在分析电机主动悬浮力和控制加速度与主动悬浮控制电流之间关系的基础上虚拟出的，其目的在于在控制算法中补偿扰动作用对悬浮性能的影响。依据交替极无轴承永磁同步电机悬浮机理不难知道电机悬浮转子的控制加速度与控制电流之间呈线性关系(由于硬件电路的限制，电机控制中总会有电流限幅)。扰动加速度和控制加速度的物理属性是一致的，所以扰动加速度和等效扰动电流之间关系与控制加速度和控制电流之间所遵循的关系是一致的。在由扰动加速度观测器获得悬浮转子径向扰动加速度a_dx(a_dy)基础上，只要通过适当的线性变换就可以获得等效扰动电流。

复合径向位移反馈的输出x_τ(y_τ)由径向位移采样值x(y)和径向位移观测值

加权和低通滤波组成，其表达式为

τ为加权因子，其取值范围为τ∈[0，1]，而τ₁为低通滤波因子。

运用复合径向位移反馈可有效抑制由径向位移电涡流传感器引入的高频扰动信号对位移环的影响。

复合控制器的输出由悬浮系统主控制器输出与等效扰动电流转换环节输出相叠加得到，其表达式为：

$U_{x\left(y\right)}=i_{0x\left(y\right)}-i_{\mathrm{dx}\left(y\right)}=i_{x\left(y\right)}^{*}.$

观测及补偿控制算法中的扰动加速度观测器、等效扰动电流转换环节、复合径向位移反馈、主控制器、复合控制器及广义悬浮系统中的电流控制器、SVPWM、Clark变换均由F2812DSP通过编程实现。

扩展的压控逆变器由空间矢量脉宽调制(SVPWM)与压控电压源逆变器串联组成，其中SVPWM输出六路驱动信号触发扩展的压控逆变器的智能功率模块。

电流控制器由第一电流调节器和第二电流调节器构成，两路电流调节器均采用比例积分PI控制器实现；采用Clark变换实现电流转换。

本发明将悬浮转子扰动加速度观测器及等效扰动电流转换补偿控制器置于悬浮系统径向位移主控制器与广义悬浮系统之间，并依次闭环连接构成。广义悬浮系统由电流控制器与扩展的压控逆变器先行串联，接在交替极无轴承永磁同步电机和位移传感器之前，然后再与悬浮绕组电流i_2a、i_2b反馈通道上的Clark变换共同组成。

电流控制器由两路比例积分PI控制器实现，其给定电流信号为i_x ^*(i_y ^*)，反馈电流信号为反馈通道上的悬浮绕组电流i_2a、i_2b经Clark坐标变换得到的输出信号i_x(i_y)，将二者做差作为PI控制器的输入。电流控制器的两路输出信号U_α(U_β)作为空间矢量脉宽调制(SVPWM)的输入信号，用来产生六路驱动信号。

等效扰动电流转换环节是在分析电机主动悬浮力、控制加速度与主动悬浮控制电流之间关系的基础上引申出的，目的是在算法中补偿扰动作用对悬浮性能的影响。由于硬件电路的限制，电机控制中总会有电流限幅，再结合交替极无轴承永磁同步电机悬浮机理，不难知道电机悬浮转子控制加速度与控制电流之间呈线性关系。扰动加速度和控制加速度的物理属性是一致的，所以扰动加速度和等效扰动电流间的关系与控制加速度和控制电流之间所遵循的关系是一致的。因此悬浮转子径向扰动加速度a_dx(a_dy)通过线性变换就可以获得等效扰动电流。

本发明的有益效果如下：

本发明通过构造交替极无轴承永磁同步电机悬浮转子径向扰动加速度观测器，并提出等效扰动电流的概念；悬浮系统主控制器采用非线性PID控制器，在控制算法中利用等效扰动电流的前馈补偿使之与主控制器构成复合控制器，通过坐标变换、解耦控制、径向位移闭环控制及电源逆变技术，实现对交替极无轴承永磁同步电机悬浮系统的高性能控制。该种电机悬浮控制主要目标是实现电机径向位移的精确控制，减小其脉动，为实现这个目的通常将整个控制系统设计为双闭环系统，即电流环和位移环。本发明采用位移环的设计方法，能够针对各种不同形式的外部扰动起到有效的抑制作用，从而使得悬浮转子径向位移控制具有更好的动态性能、稳态性能和抗干扰能力，实现了高精度的径向位移控制。

本发明的优点在于：

a、采用扰动加速度观测器能够不需要预先获知扰动具体形式，对悬浮系统外界扰动引起的悬浮转子径向加速度不加区分的进行实时观测，使控制系统的适应性大大拓展。

b、利用等效扰动电流在控制算法中的前馈补偿，能够有效抑制扰动作用，较之仅依靠积分作用消除外部扰动对悬浮系统的影响要更加有效。

c、悬浮系统主控制器采用的α(0＜α＜1)次幂形式的非线性构造，其消除控制误差的效率高，能够获得较大的稳定裕度，也就是能够很好地折衷稳定裕度和控制精度间的矛盾，这是常用线性PID控制器无可比拟的优点。

d、采用复合径向位移反馈输出作为悬浮系统位移环的位移反馈量，最大限度的滤除传感器引入的高频噪声，增强了悬浮系统抗干扰能力，能够有效提升电机悬浮性能。

本发明所提出的观测算法、等效扰动电流转换及补偿算法对交替极无轴承永磁同步电机悬浮系统控制具有良好适应性和鲁棒性，能够满足电机悬浮系统不同工况要求。本发明适用于交替极无轴承永磁同步电机悬浮系统的高性能控制，能够有效提高电机悬浮性能，应用前景十分广阔。

附图说明

图1是本发明中观测及补偿算法的结构框图；

图2是本发明中广义悬浮系统的结构原理图。

具体实施方式

一种无轴承永磁同步电机悬浮转子等效扰动电流补偿控制装置，见图1、图2和图3。图2中，光电编码器8、转速调节器9、2/3旋转坐标变换10、电流跟踪型逆变器11、速度与角度计算12及电机6组成交替极无轴承永磁同步电机转矩控制系统。该控制装置包括广义悬浮系统1和扰动观测及补偿算法2，两路观测及补偿算法2串联在广义悬浮系统1之前并形成闭环构造；用于无轴承永磁同步电机的位移环中对电机悬浮系统进行控制。

本实施例中：由压控电压源逆变器41和SVPWM(空间矢量脉宽调制)组成扩展压控逆变器42；由扩展压控逆变器42与电流控制器3、Clark变换5、电机6、第一位移传感器71和第二位移传感器72构成广义悬浮系统1；电流控制器3由电第一电流调节器31和第二电流调节器32构成，两路电流调节器均采用比例积分PI控制器实现；采用Clark变换5实现电流转换；观测及补偿算法2由扰动加速度观测器21、等效扰动电流转换环节22、复合径向位移反馈23、主控制器24及复合控制器25按图1所示依次连接而成；利用广义悬浮系统1的输入信号i_x ^*(i_y ^*)和输出信号x(y)作为两路扰动加速度观测器21的输入信号；由两路扰动加速度观测器21得到径向位移观测值

和径向位移采样值x(y)相加权并低通滤波处理分别组成两路复合径向位移反馈23；径向位移给定信号x^*(y^*)减去复合径向位移反馈23的输出x_τ(y_τ)的差值e_τ作为两路主控制器24的输入信号，其输出信号为i_0x(i_0y)；由两路扰动加速度观测器21得到的悬浮转子两自由度的扰动加速度a_dx(a_dy)分别经过两路等效扰动电流转换环节22得到两路等效扰动电流输出i_dx(i_dy)；由两路主控制器24的输出i_0x(i_0y)与两路等效扰动电流i_dx(i_dy)共同构成两路复合控制器25，其两路输出为i_x ^*(i_y ^*)为广义悬浮系统1的电流环给定输入；最后由两路扰动加速度观测器21、两路等效扰动电流转换环节、两路复合径向位移反馈23、两路复合控制器25共同组成的两路扰动观测及补偿算法2串联在广义悬浮系统1之前用于交替极无轴承永磁同步电机的位移环中，对电机悬浮系统进行控制。

交替极无轴承永磁同步电机转矩控制系统按照常用的转子磁场定向方式进行组织，其中利用光电编码器8采样电机实时转速，经过速度与角度计算12得到电机实时转速ω_r和转子转角θ，将给定转速ω_r ^*减去ω_r的差值作为转速调节器9的输入(转速调节器9由比例积分PI控制器实现)，其输出作为q轴电流给定值i_1q ^*；结合速度与角度计算12计算得到的转子转角θ，对i_1d ^*、i_1q ^*实施2/3旋转变换10得到转矩系统电流环三相给定电流i_1a ^*、i_1b ^*、i_1c ^*，经过电流跟踪型逆变器11获得转矩系统实际控制电流。

扰动加速度观测器21的实现算法为：

$\left\{\begin{array}{c}e=x\left(y\right)-z_1\\ {\stackrel{\·}{z}}_1=z_2+{\mathrm{\η}}_1\·e\\ {\stackrel{\·}{z}}_2=z_3+{\mathrm{\η}}_2\·e+\mathrm{\σ}\·z_1+\mathrm{\κ}\·i_{x\left(y\right)}^{*}\\ {\stackrel{\·}{z}}_3={\mathrm{\η}}_3\·e\end{array}\right.$

其中e为观测误差，x(y)为悬浮转子径向位移采样信号，η₁，η₂，η₃为可调参数，σ为偏心磁拉力补偿系数，κ为悬浮控制电流系数，z₁为悬浮转子径向位移观测值

z₂为悬浮转子径向位移观测值的广义微分值，z₃为悬浮转子径向扰动加速度估计值a_dx(a_dy)，i_x ^*(i_y ^*)为广义悬浮系统电流给定信号；该扰动加速度观测器21以i_x ^*(i_y ^*)及x(y)为输入信号，在参数配置合理时实现对悬浮转子扰动加速度的估计。

主控制器24是非线性构造，其中主控制器24由控制增益k_p、k_i、k_d乘以各自相应的非线性函数构成，主控制器24的输入信号为悬浮转子径向位移给定信号x^*(y^*)减去复合径向位移反馈的输出x_τ(y_τ)的差值，记作e_τ，非线性函数可以选为如下形式：

u(e_τ)＝|e_τ|^α·sign(e_τ)

其中参数0＜α＜1，用来控制误差衰减的速度，sign(e_τ)为e_τ的符号，当e_τ为正或零时取1，当e_τ为负时取-1；e_τ绝对值的α(0＜α＜1)次幂用牛顿迭代法在DSP中实现。主控制器输出可以表示为：

$i_{0x\left(y\right)}=k_p\·u\left(e_{\mathrm{\τ}}\right)+k_i\·u\left({\∫e}_{\mathrm{\τ}}\right)+k_d\·u\left({\stackrel{\·}{e}}_{\mathrm{\τ}}\right).$

复合径向位移反馈23的输出x_τ(y_τ)由径向位移采样值x(y)和径向位移观测值

加权和低通滤波组成，其表达式为

τ为加权因子，其取值范围为τ∈[0，1]，而τ₁为低通滤波因子。

复合控制器25的输出由悬浮系统主控制器输出24与等效扰动电流转换环节23输出相叠加得到，其表达式为：

$U_{x\left(y\right)}=i_{0x\left(y\right)}-i_{\mathrm{dx}\left(y\right)}=i_{x\left(y\right)}^{*}.$

观测及补偿控制算法2中的扰动加速度观测器21、等效扰动电流转换环节22、复合径向位移反馈23、主控制器24、复合控制器25及广义悬浮系统1中的电流控制器3、SVPWM、Clark变换5均由F2812DSP通过编程实现。

扩展的压控逆变器42由空间矢量脉宽调制(SVPWM)与压控电压源逆变器41串联组成，其中SVPWM输出六路驱动信号触发扩展的压控逆变器的智能功率模块。

电流控制器3由第一电流调节器31和第二电流调节器32构成，两路电流调节器均采用比例积分PI控制器实现；采用Clark变换5实现电流转换。

具体实施方式分以下六步：

1、电流闭环调节。由于本控制系统采用双闭环控制，电流环作为控制系统的内环，应先行调节。对电流控制器3、扩展压控逆变器42、Clark变换5及电机6所组成的悬浮系统电流环实施闭环PI参数整定。其中电流给定可以为不同频率的正弦信号和不同幅值的阶跃信号，调节目的是使电流环具有快速的动态响应和良好跟踪性能。

2、形成广义悬浮系统1。由压控电压源逆变器41和SVPWM共同组成扩展压控逆变器42；由扩展压控逆变器42与电流控制器3、Clark变换5、电机6、第一位移传感器71和第二位移传感器72共同构成广义悬浮系统1；电流控制器3由第一电流调节器31和第二电流调节器32组成，采用比例积分PI控制器实现，电流控制器3作为电机悬浮控制系统内环需先行闭环整定，通常以阶跃给定和不同频率正弦给定信号作为跟踪目标；广义悬浮系统1的输入给定信号为两路观测及补偿算法2的输出，即i_x ^*和i_y ^*。

3、利用广义悬浮系统1的输入输出信号作为扰动加速度观测器21的输入信号，其输出信号为径向位移的观测值

和

及扰动加速度观测值a_dx和a_dy；扰动加速度观测值a_dx和a_dy经过等效扰动电流转换环节22可获得等效扰动电流i_dx和i_dy。

4、利用径向位移的观测值

及采样值x(y)，合理选择加权因子τ达到滤去采样信号中高频噪声的目的；加权完成后，合理选择滤波因子τ₁对加权后信号再次滤波，以达到消除加权滤波无法滤除的高频噪声。

5、将径向位移给定与复合径向位移反馈23之差e_τ作为主控制器24的输入；主控制器24采用α(0＜α＜1)次幂形式的非线性构造，这样可以(1/α)次幂形式消除控制误差，这比之线性控制效率要高出许多；主控制器24所采用的非线性构造形式可在DSP程序中实现，首先将e_τ取绝对值，然后用牛顿迭代比较法寻找e_τ的α次幂值。

6、构造复合控制器25。将主控制器24的输出i_0x(i_0y)减去等效扰动电流转换环节22输出i_dx(i_dy)共同构成复合控制器25，且将其输出作为广义悬浮系统1电流环的给定值。

7、构造电机转矩控制系统。采用普通永磁同步电机的常规转子磁场定向控制方式进行控制。

本发明采用位移环的设计方法，能够针对各种不同形式的外部扰动起到有效的抑制作用，从而使得悬浮转子径向位移控制具有更好的动态性能、稳态性能和抗干扰能力，实现了高精度的径向位移控制。本发明适用于交替极无轴承永磁同步电机悬浮系统的高性能控制，能够有效提高电机悬浮性能。

Claims (8)

1.一种无轴承永磁同步电机悬浮转子等效扰动电流补偿控制装置，其特征在于：该控制装置包括广义悬浮系统(1)和扰动观测及补偿算法(2)，广义悬浮系统(1)包括扩展的压控逆变器(42)、电流控制器(3)、Clark变换(5)、电机(6)、第一位移传感器(71)和第二位移传感器(72)；观测及补偿算法(2)由扰动加速度观测器(21)、等效扰动电流转换环节(22)、复合径向位移反馈(23)、主控制器(24)及复合控制器(25)依次连接而成；复合控制器(25)的输出信号 

和广义悬浮系统(1)的输出信号x(y)作为扰动加速度观测器(21)的输入信号；扰动加速度观测器(21)的输出信号为 

和a_dx(a_dy)，且二者分别作为复合径向位移反馈(23)和等效扰动电流转换环节(22)的输入；由位移给定信号x^*(y^*)与复合径向位移反馈(23)的输出x_τ(y_τ)相减得到的误差作为径向位移主控制器(24)的输入信号，其中主控制器(24)采用α，0＜α＜1，次幂形式的非线性构造；由主控制器(24)的输出信号i_0x(i_0y)与等效扰动电流转换环节(23)输出信号i_dx(i_dy)相减得到复合控制器(25)的输出信号并将其作为广义悬浮系统(1)的电流环给定输入信号 

两路观测及补偿算法(2)串联在广义悬浮系统(1)之前并形成闭环构造，用于无轴承永磁同步电机的位移环中对电机悬浮系统进行控制。

2.根据权利要求1所述的无轴承永磁同步电机悬浮转子等效扰动电流补偿控制装置，其特征在于：扰动加速度观测器(21)的实现算法为：

其中e为观测误差，x(y)为悬浮转子径向位移采样信号，η₁，η₂，η₃为可调参数，σ为偏心磁拉力补偿系数，κ为悬浮控制电流系数，z₁为悬浮转子径向位移观测值 z₂为悬浮转子径向位移观测值的广义微分值，z₃为悬浮转子径向扰动加速度估计值a_dx(a_dy)， 

为广义悬浮系统电流给定信号；该扰动加速度观测器(21)以 

及x(y)为输入信号，在参数配置合理时实现对悬浮转子扰动加速度的估计。 

3.根据权利要求1所述的无轴承永磁同步电机悬浮转子等效扰动电流补偿控制装置，其特征在于：主控制器(24)是非线性构造，其中主控制器(24)由控制增益k_p、k_i、k_d乘以各自相应的非线性函数构成，主控制器(24)的输入信号为悬浮转子径向位移给定信号x^*(y^*)减去复合径向位移反馈的输出x_τ(y_τ)的差值，记作e_τ，非线性函数可以选为如下形式：

u(e_τ)＝|e_τ|^α·sign(e_τ)

其中参数0＜α＜1，用来控制误差衰减的速度，sign(e_τ)为e_τ的符号，当e_τ为正或零时取1，当e_τ为负时取-1；e_τ绝对值的α次幂用牛顿迭代法在DSP中实现；主控制器输出可以表示为：

4.根据权利要求1所述的无轴承永磁同步电机悬浮转子等效扰动电流补偿控制装置，其特征在于：复合径向位移反馈(23)的输出x_τ(y_τ)由径向位移采

样值x(y)和径向位移观测值 

加权和低通滤波组成，其表达式为 

τ为加权因子，其取值范

围为τ∈[0，1]，而τ₁为低通滤波因子。

5.根据权利要求1所述的无轴承永磁同步电机悬浮转子等效扰动电流补偿控制装置，其特征在于：复合控制器(25)的输出由悬浮系统主控制器输出(24)与等效扰动电流转换环节(22)输出相叠加得到，其表达式为：

6.根据权利要求1所述的无轴承永磁同步电机悬浮转子等效扰动电流补偿控制装置，其特征在于：观测及补偿控制算法(2)中的扰动加速度观测器(21)、等效扰动电流转换环节(22)、复合径向位移反馈(23)、主控制器(24)、复合控制器(25)及广义悬浮系统(1)中的电流控制器(3)、SVPWM、Clark变换(5)均由F2812DSP通过编程实现。

7.根据权利要求1所述的无轴承永磁同步电机悬浮转子等效扰动电流补偿控制装置，其特征在于：扩展的压控逆变器(42)由空间矢量脉宽调制(SVPWM)与压控电压源逆变器(41)串联组成，其中SVPWM输出六路驱动信号触发扩展的压控逆变器的智能功率模块。 

8.根据权利要求1所述的无轴承永磁同步电机悬浮转子等效扰动电流补偿控制装置，其特征在于：电流控制器(3)由第一电流调节器(31)和第二电流调节器(32)构成，两路电流调节器均采用比例积分PI控制器实现；采用Clark变换(5)实现电流转换。