CN103532442A - 无轴承永磁电机悬浮系统优化自抗扰控制器的构造方法 - Google Patents
无轴承永磁电机悬浮系统优化自抗扰控制器的构造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103532442A CN103532442A CN201310429332.7A CN201310429332A CN103532442A CN 103532442 A CN103532442 A CN 103532442A CN 201310429332 A CN201310429332 A CN 201310429332A CN 103532442 A CN103532442 A CN 103532442A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- output
- input
- permanent
- bearing
- electric machine
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
本发明公开一种无轴承永磁电机悬浮系统优化自抗扰控制器的构造方法,根据复合被控对象的输入输出信号构建x、y方向二阶扩张状态观测器,将给定位移信号分别与x、y方向复合位移反馈的输出进行比较,确定x、y方向误差开方控制器的输入信号;将x、y方向二阶扩张状态观测器的输出信号分别与x、y方向误差开方控制器的输出信号相结合得到复合被控对象的输入给定;构成x、y方向优化自抗扰控制器,一起控制复合被控对象。本发明所述构造方法所需调节的参数较少,可以兼顾系统的稳态响应性能和动态响应性能,兼顾系统在空载、带载以及负载突变悬浮运行工况下的特性,算法具有很好的适应性。
Description
技术领域
本发明涉及一种无轴承永磁电机悬浮系统,具体是其控制器的构造方法,属于高速、超高速特种电气传动控制设备的技术领域,适用于无轴承永磁电机悬浮系统的高性能控制。
背景技术
无轴承永磁电机是利用磁悬浮轴承与永磁电机结构的相似性,将磁悬浮轴承的悬浮绕组叠绕在永磁电机的定子上,并通过电力电子器件和微机控制使其同时具备悬浮支撑和旋转驱动功能的一种新型磁悬浮电机。无轴承永磁电机除了拥有永磁电机固有的优点之外,还很好地解决了常规高速电机长时间高速、超高速运行所带来的轴承支撑难题,在航空航天、精密数控制机床、飞轮储能等领域以及极端恶劣环境下具有重要应用前景。然而这些特殊领域或者极端环境对于无轴承永磁电机悬浮运行提出了更严格的要求,特别是无轴承永磁电机悬浮系统性能的好坏将直接影响到整个系统安全性和鲁棒性。无轴承永磁电机悬浮系统是一个非线性、强耦合的复杂时变系统,在实际悬浮运行过程中系统的参数经常会发生改变,而且特殊的应用环境还会给其带来一些预想不到的外部扰动,因此要实现无轴承永磁电机悬浮系统的高性能悬浮控制是十分棘手的。
自抗扰控制是一种基于扩张状态观测器的鲁棒控制技术,可以对系统的未建模动态、被控对象的不确定因素以及外界的未知扰动进行有效的观测和补偿,并且自抗扰控制策略是一种不依赖被控对象数学模型的新型非线性控制方法,这一点与无轴承永磁电机悬浮系统的非线性特性不谋而合,因此将自抗扰控制方法应用到无轴承永磁电机悬浮系统,可以以将理论与实际紧密相结合,并且可以将理论方法实际化。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种无轴承永磁电机悬浮系统优化自抗扰控制器的构造方法,采用该方法构造的无轴承永磁电机悬浮系统的优化自抗扰控制器,不依赖于系统的数学模型,能够补偿系统模型参数变化导致的内部扰动和负载突变等带来的外界扰动,具有很强的适应性和鲁棒性。
本发明采用的技术方案是依次采用如下步骤:
1)将力/电流变换器、电流控制模块、扩展逆变器控制模块、无轴承永磁电机、电流检测模块、角度计算模块、负载以及电涡流位移传感器作为一个整体构成复合被控对象;力/电流变换器的输出与电流检测模块的输出相结合作为电流控制模块的输入,电流控制模块的输出为扩展逆变器控制模块的输入,扩展逆变器控制模块的输出同时作为无轴承永磁电机和电流检测模块的输入,无轴承永磁电机与负载通过机械连轴器连接在一起,电涡流位移传感器在无轴承永磁电机内部以检测无轴承永磁电机悬浮系统的径向位移 和;复合被控对象的输入为给定x方向的径向力和y方向的径向力,输出为径向位移x和y。
2)根据复合被控对象的输入输出信号构建x方向二阶扩张状态观测器和y方向二阶扩张状态观测器,x方向二阶扩张状态观测器的输入为径向位移和径向力与可调系数的乘积;y方向二阶扩张状态观测器的输入为径向位移和径向力与可调系数的乘积;x方向二阶扩张状态观测器的输出为和,用来跟踪径向位移,用来跟踪x方向的未知扰动;y方向二阶扩张状态观测器的输出信号为和,用来跟踪径向位移,用来跟踪y方向的未知扰动。
3)将给定位移信号与x方向复合位移反馈的输出进行比较,确定出误差,该误差作为x方向误差开方控制器的输入信号;将给定位移信号与y方向复合位移反馈的输出进行比较,确定出误差,该误差作为y方向误差开方控制器的输入信号。
4)将x方向二阶扩张状态观测器的一个输出经可调系数之后,与x方向误差开方控制器的输出相结合作为复合被控对象的输入的径向力,;将y方向二阶扩张状态观测器的一个输出经可调系数之后,与y方向误差开方控制器的输出相结合作为复合被控对象的输入的径向力,;
5)将x方向误差开方控制器、x方向二阶扩张状态观测器及x方向复合位移反馈作为一个整体构成x方向优化自抗扰控制器;将y方向误差开方控制器、y方向二阶扩张状态观测器及y方向复合位移反馈作为一个整体构成y方向优化自抗扰控制器;x方向优化自抗扰控制器和y方向优化自抗扰控制器一起控制复合被控对象。
本发明的有益效果是:
1、通过本发明所述构造方法设计的无轴承永磁电机悬浮系统优化自抗扰控制器,与传统的PID控制器相比,可以兼顾系统在不同悬浮运行下的控制要求,兼顾系统的稳态响应性能和动态响应性能,兼顾系统在空载、带载以及负载突变悬浮运行工况下的特性,算法具有很好的适应性。
2、通过本发明所述构造方法设计的无轴承永磁电机悬浮系统优化自抗扰控制器,与标准的自抗扰控制器相比,结构简单,所需调节的参数较少,参数调节简便;该优化自抗扰控制器由于未使用积分环节,系统超调很小,有利于对系统扰动的观测和补偿;利用误差开方控制器可以更好地抑制系统的稳态波动;采用复合位移反馈,可以进一步增强系统的抗扰性。
附图说明
图1是由力/电流变换器1、电流控制模块2、扩展逆变器控制模块3、无轴承永磁电机4、电流检测模块5、角度计算模块6、负载7以及电涡流位移传感器8构成复合被控对象6的结构示意图;
图2是无轴承永磁电机悬浮系统的x方向优化自抗扰控制器10与y方向优化自抗扰控制器11的原理框图。
具体实施方式
本发明具体的实施分以下6步:
1、如图1所示,将d轴电流调节器21与q轴电流调节器22先行并联,再均与Park逆变换器23串联构成电流控制模块2。将SVPWM模块31与电压源逆变器32串联构成扩展逆变器控制模块3,其中SVPWM模块31输出六路PWM信号驱动电压源逆变器32。将Clark变换器51与Park变换器52相串联构成电流检测模块5。将光电编码器61与角度计算部分62串联构成角度计算模块6,角度计算模块6的输入来自无轴承永磁电机4的转轴信息,输出为角度,该角度信号同时输入给Park逆变换器23与Park变换器52,提供坐标变换时的角度信息。
2、如图1所示,将力/电流变换器1、电流控制模块2、扩展逆变器控制模块3、无轴承永磁电机4、电流检测模块5、角度计算模块6、负载7以及电涡流位移传感器8作为一个整体构成复合被控对象9。其中,力/电流变换器1的输出与电流检测模块5的输出相结合作为电流控制模块2的输入,电流控制模块2的输出为扩展逆变器控制模块3的输入,扩展逆变器控制模块3的输出同时作为无轴承永磁电机4和电流检测模块5的输入。无轴承永磁电机4与负载7通过机械连轴器连接在一起,电涡流位移传感器8在无轴承永磁电机4的内部,用于检测无轴承永磁电机4悬浮系统的径向位移和。复合被控对象9的输入为给定x方向的径向力和y方向的径向力,输出为径向位移x和y。
3、根据复合被控对象9的输入输出信号构建x方向二阶扩张状态观测器102和y方向二阶扩张状态观测器112,其中x方向二阶扩张状态观测器102的输入信号为复合被控对象9的输出位移信号和复合被控对象9的输入信号与可调系数的乘积;y方向二阶扩张状态观测器112的输入信号为复合被控对象9的输出位移信号和复合被控对象9的输入信号与可调系数的乘积;x方向二阶扩张状态观测器102的输出信号为和,用来跟踪复合被控对象9的输出位移信号,用来跟踪x方向的未知扰动;y方向二阶扩张状态观测器112的输出信号为和,用来跟踪复合被控对象9的输出位移信号,用来跟踪y方向的未知扰动。
x方向二阶扩张状态观测器102和y方向二阶扩张状态观测器112的输入输出关系分别为:
,
,
4、将给定位移信号与x方向复合位移反馈103的输出进行比较,确定出误差,该误差作为x方向误差开方控制器101的输入信号;将给定位移信号与y方向复合位移反馈113的输出进行比较,确定出误差,该误差作为y方向误差开方控制器111的输入信号;其中,x方向复合位移反馈103和y方向复合位移反馈113的输出和的表达式分别为:
5、将x方向二阶扩张状态观测器102的一个输出信号经可调系数之后,与x方向误差开方控制器101的输出信号相结合作为复合被控对象9的一个输入给定,即;将y方向二阶扩张状态观测器112的一个输出信号经可调系数之后,与y方向误差开方控制器111的输出信号相结合作为复合被控对象9的另一个输入给定,即;其中,x方向误差开方控制器101和y方向误差开方控制器111的输出分别为:
6、如图2所示,将x方向误差开方控制器101、x方向二阶扩张状态观测器102以及x方向复合位移反馈103作为一个整体构成x方向优化自抗扰控制器10;将y方向误差开方控制器111、y方向二阶扩张状态观测器112以及y方向复合位移反馈113作为一个整体构成y方向优化自抗扰控制器11;x方向优化自抗扰控制器10和y方向优化自抗扰控制器11一起控制复合被控对象9。
根据以上所述,便可以实现本发明。
Claims (5)
1.一种无轴承永磁电机悬浮系统优化自抗扰控制器的构造方法,其特征是依次采用如下步骤:
1)将力/电流变换器(1)、电流控制模块(2)、扩展逆变器控制模块(3)、无轴承永磁电机(4)、电流检测模块(5)、角度计算模块(6)、负载(7)以及电涡流位移传感器(8)作为一个整体构成复合被控对象(9);力/电流变换器(1)的输出与电流检测模块(5)的输出相结合作为电流控制模块(2)的输入,电流控制模块(2)的输出为扩展逆变器控制模块(3)的输入,扩展逆变器控制模块(3)的输出同时作为无轴承永磁电机(4)和电流检测模块(5)的输入,无轴承永磁电机(4)与负载通过机械连轴器连接在一起,电涡流位移传感器(8)在无轴承永磁电机(4)内部以检测无轴承永磁电机(4)悬浮系统的径向位移 和;复合被控对象(9)的输入为给定x方向的径向力和y方向的径向力,输出为径向位移x和y;
2)根据复合被控对象(9)的输入输出信号构建x方向二阶扩张状态观测器(102)和y方向二阶扩张状态观测器(112),x方向二阶扩张状态观测器(102)的输入为径向位移和径向力与可调系数的乘积;y方向二阶扩张状态观测器(112)的输入为径向位移和径向力与可调系数的乘积;x方向二阶扩张状态观测器(102)的输出为和,用来跟踪径向位移,用来跟踪x方向的未知扰动;y方向二阶扩张状态观测器(112)的输出信号为和,用来跟踪径向位移,用来跟踪y方向的未知扰动;
3)将给定位移信号与x方向复合位移反馈(103)的输出进行比较,确定出误差,该误差作为x方向误差开方控制器(101)的输入信号;将给定位移信号与y方向复合位移反馈(113)的输出进行比较,确定出误差,该误差作为y方向误差开方控制器(111)的输入信号;
4)将x方向二阶扩张状态观测器(102)的一个输出经可调系数之后,与x方向误差开方控制器(101)的输出相结合作为复合被控对象(9)的输入的径向力,;将y方向二阶扩张状态观测器(112)的一个输出经可调系数之后,与y方向误差开方控制器(111)的输出相结合作为复合被控对象(9)的输入的径向力,;
5)将x方向误差开方控制器(101)、x方向二阶扩张状态观测器(102)及x方向复合位移反馈(103)作为一个整体构成x方向优化自抗扰控制器(10);将y方向误差开方控制器(111)、y方向二阶扩张状态观测器(112)及y方向复合位移反馈(113)作为一个整体构成y方向优化自抗扰控制器(11);x方向优化自抗扰控制器(10)和y方向优化自抗扰控制器(11)一起控制复合被控对象(9)。
2.根据权利要求1所述的一种无轴承永磁电机悬浮系统优化自抗扰控制器的构造方法,其特征在于,步骤1)中,电流控制模块(2)是由d轴电流调节器(21)与q轴电流调节器(22)先行并联,再与Park逆变换器(23)串联而成;扩展逆变器控制模块(3)由SVPWM模块(31)与电压源逆变器(32)串联构成,SVPWM模块(31)输出六路PWM信号驱动电压源逆变器(32);电流检测模块(5)由Clark变换器(51)与Park变换器(52)相串联构成;角度计算模块(6)由光电编码器(61)与角度计算部分(62)串联构成,角度计算模块(6)的输入来自无轴承永磁电机(4)的转轴信息,输出为角度,角度信号同时输给Park逆变换器(23)与Park变换器(52)。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310429332.7A CN103532442B (zh) | 2013-09-22 | 2013-09-22 | 无轴承永磁电机悬浮系统优化自抗扰控制器的构造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310429332.7A CN103532442B (zh) | 2013-09-22 | 2013-09-22 | 无轴承永磁电机悬浮系统优化自抗扰控制器的构造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103532442A true CN103532442A (zh) | 2014-01-22 |
CN103532442B CN103532442B (zh) | 2015-11-18 |
Family
ID=49934196
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201310429332.7A Active CN103532442B (zh) | 2013-09-22 | 2013-09-22 | 无轴承永磁电机悬浮系统优化自抗扰控制器的构造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103532442B (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110131312A (zh) * | 2019-04-03 | 2019-08-16 | 江苏大学 | 五自由度交流主动磁轴承自抗扰解耦控制器及构造方法 |
CN111142376A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-05-12 | 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 | 基于状态观测复合反馈控制的通道切换系统及控制方法 |
CN112865662A (zh) * | 2021-01-25 | 2021-05-28 | 南京航空航天大学 | 一种无轴承永磁电机的悬浮力控制方法 |
CN113765453A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-12-07 | 江苏大学 | 宽-窄极特征的磁悬浮开关磁阻电机悬浮控制系统 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08139121A (ja) * | 1994-11-07 | 1996-05-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ワイヤボンディング方法 |
CN102082544A (zh) * | 2010-11-26 | 2011-06-01 | 江苏大学 | 无轴承同步磁阻电机转矩和悬浮力直接控制器及构造方法 |
CN102281029A (zh) * | 2011-08-31 | 2011-12-14 | 南京信息职业技术学院 | 一种无轴承同步磁阻电机悬浮系统构造方法 |
CN103078562A (zh) * | 2012-12-26 | 2013-05-01 | 江苏大学 | 无轴承无刷直流电机悬浮力的闭环控制方法和系统 |
-
2013
- 2013-09-22 CN CN201310429332.7A patent/CN103532442B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08139121A (ja) * | 1994-11-07 | 1996-05-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ワイヤボンディング方法 |
CN102082544A (zh) * | 2010-11-26 | 2011-06-01 | 江苏大学 | 无轴承同步磁阻电机转矩和悬浮力直接控制器及构造方法 |
CN102281029A (zh) * | 2011-08-31 | 2011-12-14 | 南京信息职业技术学院 | 一种无轴承同步磁阻电机悬浮系统构造方法 |
CN103078562A (zh) * | 2012-12-26 | 2013-05-01 | 江苏大学 | 无轴承无刷直流电机悬浮力的闭环控制方法和系统 |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110131312A (zh) * | 2019-04-03 | 2019-08-16 | 江苏大学 | 五自由度交流主动磁轴承自抗扰解耦控制器及构造方法 |
CN111142376A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-05-12 | 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 | 基于状态观测复合反馈控制的通道切换系统及控制方法 |
CN111142376B (zh) * | 2019-12-06 | 2022-09-02 | 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 | 基于状态观测复合反馈控制的通道切换系统及控制方法 |
CN112865662A (zh) * | 2021-01-25 | 2021-05-28 | 南京航空航天大学 | 一种无轴承永磁电机的悬浮力控制方法 |
CN113765453A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-12-07 | 江苏大学 | 宽-窄极特征的磁悬浮开关磁阻电机悬浮控制系统 |
CN113765453B (zh) * | 2021-08-30 | 2023-06-13 | 江苏大学 | 宽-窄极特征的磁悬浮开关磁阻电机悬浮控制系统 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103532442B (zh) | 2015-11-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Yang et al. | Adaptive exponential sliding mode control for a bearingless induction motor based on a disturbance observer | |
CN103312255B (zh) | 一种永磁同步电机速度控制方法和装置 | |
CN100573370C (zh) | 基于神经网络逆五自由度无轴承永磁同步电机控制系统及控制方法 | |
CN101814892B (zh) | 无轴承同步磁阻电机基于支持向量机逆系统复合控制器 | |
CN107465373B (zh) | 基于线性霍尔传感器的直线电机自动门矢量控制的方法 | |
CN101741297B (zh) | 无轴承同步磁阻电机径向位置模糊补偿逆控制方法及装置 | |
CN105406784B (zh) | 单绕组无轴承电机转矩和悬浮力直接控制器及构造方法 | |
CN103051274A (zh) | 基于变阻尼的二自由度永磁同步电机的无源性控制方法 | |
CN108336935B (zh) | 一种反步控制协同eso的直线电机控制方法 | |
CN103532442B (zh) | 无轴承永磁电机悬浮系统优化自抗扰控制器的构造方法 | |
CN101795105B (zh) | 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 | |
CN102790580B (zh) | 无轴承异步电机支持向量机逆解耦控制器的构造方法 | |
CN102136822B (zh) | 一种五自由度无轴承同步磁阻电机解耦控制器及构造方法 | |
CN103414428B (zh) | 无轴承同步磁阻电机转子偏心位移控制器及其构造方法 | |
CN105071730A (zh) | 考虑电流动态的无轴承异步电机定子定向逆闭环控制系统 | |
Li et al. | Direct torque and suspension force control for bearingless induction motors based on active disturbance rejection control scheme | |
CN205509912U (zh) | 单绕组无轴承电机转矩和悬浮力直接控制器 | |
CN101958685B (zh) | 无轴承同步磁阻电机非线性逆解耦控制器及其构造方法 | |
CN103647481B (zh) | 无轴承永磁同步电机径向位置神经网络自适应逆控制器构造方法 | |
CN102013870B (zh) | 五自由度无轴承同步磁阻电机逆系统解耦控制器 | |
CN102790583B (zh) | 无轴承永磁同步电机径向广义逆内模控制器的构造方法 | |
CN103427754B (zh) | 无轴承异步电机转子径向位移直接控制器 | |
Cheng et al. | Robust proximate time-optimal servomechanism with speed constraint for rapid motion control | |
Jiacai et al. | Sensorless vector control of PMSM using sliding mode observer and fractional-order phase-locked loop | |
Zhang et al. | Design of a novel speed controller for direct-drive permanent magnet synchronous motor based on reduced-order load torque observer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
TR01 | Transfer of patent right | ||
TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190314 Address after: No. 66-68 Dazhong Road, Jishi Town, Jingjiang City, Jiangsu Province, 214500 Patentee after: Jiangsu Dazhong Electric Motor Co., Ltd. Address before: No. 301, Xuefu Road, Jingkou District, Zhenjiang, Jiangsu Province Patentee before: Jiangsu University |