基于非線性濾波器的無軸承異步電機自適應逆解耦控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是一種基于非線性濾波器的自適應逆解禪控制方法，適用于多變量輸入輸 出非線性的無軸承異步電機的高性能控制，屬于電力傳動控制設備的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 無軸承異步電機具有復雜的電磁關(guān)系，是多變量、非線性、強禪合的系統(tǒng)，其旋轉(zhuǎn) 力和徑向懸浮力之間存在著復雜的非線性禪合關(guān)系，要實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)子穩(wěn)定的懸浮和可控的 旋轉(zhuǎn)，必須對異步電機進行非線性動態(tài)解禪控制。
[0003] 矢量控制是從電機電磁理論出發(fā)，利用坐標變換，將無軸承異步電機模型等效成 類似于直流電機模型來進行控制，比較常用的是氣隙磁場定向和轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制策 略，然而，氣隙磁場定向中氣隙磁鏈仍然受轉(zhuǎn)矩電流的影響，并沒有實現(xiàn)真正意義上的解禪 控制，轉(zhuǎn)子磁場定向本質(zhì)上屬于穩(wěn)態(tài)解禪，只有當轉(zhuǎn)子磁鏈達到穩(wěn)態(tài)并保持不變時才能實 現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子磁鏈之間的解禪，不能實現(xiàn)動態(tài)解禪。基于逆系統(tǒng)方法對無軸承異步電 機進行解禪或局部解禪方法，其實現(xiàn)是依賴于被控對象的精確數(shù)學模型，而被控對象是一 個復雜的非線性系統(tǒng)，其轉(zhuǎn)子參數(shù)隨工作環(huán)境的變化十分顯著，因此，基于精確數(shù)學模型的 逆系統(tǒng)方法很難在實際中應用。
[0004] 為了進一步提高無軸承異步電機的動態(tài)工作性能，懸浮繞組獨立控制和自適應逆 解禪控制方法被提出。如何將獨立控制和自適應逆解禪方法應用到無軸承異步電機動態(tài)解 禪控制中，成為了研究的重點。
[0005] 國內(nèi)現(xiàn)有的相關(guān)專利申請；1)專利申請?zhí)朇N200810155789. 2,名稱為：永磁型無 軸承電機直接懸浮力控制方法，此發(fā)明專利針對永磁型無軸承電機的懸浮力獨立控制；2) 專利申請?zhí)朇N201310429335. 0,名稱為；無軸承電機軸向混合磁軸承自適應逆控制器的構(gòu) 造方法，此發(fā)明專利是針對軸向混合磁軸承而設計的控制方法。W上兩個專利所用的思想 與本專利有一定的相關(guān)性，但是各種電機的結(jié)構(gòu)、控制方法、控制要求存在本質(zhì)區(qū)別。對無 軸承異步電機懸浮繞組空間矢量脈寬調(diào)制控制方法和基于非線性濾波器的自適應逆解禪 控制器的設計，目前沒有相關(guān)專利資料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為了克服無軸承異步電機內(nèi)部參數(shù)隨時間溫度變化而變化影響 控制穩(wěn)定，同時轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)和懸浮子系統(tǒng)之間需要傳遞磁場信息，各自的控制策略相互制約 的不足，提供一種懸浮繞組獨立控制和轉(zhuǎn)矩控制子系統(tǒng)自適應逆控制方法。采用該方法可 W實現(xiàn)懸浮繞組和轉(zhuǎn)矩繞組獨立控制，各自的控制策略不會相互制約，并且轉(zhuǎn)矩控制子系 統(tǒng)可W控制系統(tǒng)給定信號與擾動信號，可W達到二者的最優(yōu)控制效果。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案為；
[000引一種基于非線性濾波器的無軸承異步電機自適應逆解禪控制器的控制方法，將無 軸承異步電機控制系統(tǒng)分成懸浮控制子系統(tǒng)、氣隙磁鏈觀測器和轉(zhuǎn)矩控制子系統(tǒng)，分別采 用獨立控制，具體按W下步驟：
[0009] 步驟1，構(gòu)建轉(zhuǎn)矩繞組被控對象；包括化rk逆變換、空間矢量脈寬調(diào)制逆變器 SVPWM、角度計算模型W及轉(zhuǎn)矩子系統(tǒng)，將Park逆變換、空間矢量脈寬調(diào)制逆變器SVPWMW 及轉(zhuǎn)矩子系統(tǒng)依次串接，Park逆變換所需要的變換角度由角度計算模型給出；
[0010] 步驟2,構(gòu)建轉(zhuǎn)矩控制子系統(tǒng)：包括步驟1中搭建的轉(zhuǎn)矩繞組被控對象W及自適應 逆控制器、對象模型、對象逆模型、LMS自適應算法，所述自適應逆控制器的輸入為無軸承電 機的給定角速度和轉(zhuǎn)子磁鏈，輸出為轉(zhuǎn)矩電壓和勵磁電壓，將轉(zhuǎn)矩繞組被控對象的輸出角 速度和磁鏈與對象模型的輸出角速度和磁鏈比較，差值作為對象逆模型的輸入，自適應逆 控制器的輸出電壓與對象逆模型的輸出電壓之差就是轉(zhuǎn)矩繞組被控對象的實際輸入電壓； 將轉(zhuǎn)矩繞組被控對象的輸出與給定的角速度和磁鏈比較，比較的差值通過LMS自適應算法 輸出步長信號和y2在線調(diào)整自適應逆控制器的權(quán)值參數(shù)；所述的轉(zhuǎn)矩控制子系統(tǒng)的輸 入是給定角速度和轉(zhuǎn)子磁鏈，通過控制獲得的第一組輸出量為轉(zhuǎn)子角速度和轉(zhuǎn)子磁鏈；第 二組輸出量為轉(zhuǎn)矩繞組的=相電壓電流；
[0011] 步驟3,構(gòu)建氣隙磁鏈觀測器；氣隙磁鏈觀測器是由Clarke變換和氣隙磁鏈辨識 模型依次串接搭建而成，將步驟2中獲得的第二組輸出量轉(zhuǎn)矩繞組的=相電流ika、ikb、ils。 和=相電壓Uk。、Ukb、UlJt入氣隙磁鏈觀測器，經(jīng)過Clarke變換轉(zhuǎn)換成兩相靜止坐標系下 的電流輸出分量和電壓輸出分量Uk"、Ukp，然后通過所述氣隙磁鏈辨識模型將輸 出量ii日。、ii日日、Uk。、Ui日日轉(zhuǎn)換成所需的氣隙磁鏈值；
[0012] 步驟4,構(gòu)建懸浮控制子系統(tǒng)；包括位置閉環(huán)控制器、力/電流轉(zhuǎn)換、電流閉環(huán)控制 器、空間矢量脈寬調(diào)制逆變器SVPWM、無軸承異步電機的懸浮力子系統(tǒng)、Clarke變換，將位 置閉環(huán)控制器、力/電流轉(zhuǎn)換、電流閉環(huán)控制器、空間矢量脈寬調(diào)制逆變器SVPWMW及無軸 承異步電機的懸浮力子系統(tǒng)依次相串接，Clarke變換將懸浮繞組的=相電流轉(zhuǎn)換為電流閉 環(huán)控制器所需要的比較電流；所述懸浮控制子系統(tǒng)的第一組輸入量是給定的X軸方向、y軸 方向位移，浮控制子系統(tǒng)的第二組輸入量為所述步驟3的氣隙磁鏈觀測器所輸出的氣隙磁 鏈值，通過懸浮控制子系統(tǒng)控制得到實際的X軸方向、y軸方向的位移；
[0013] 步驟5,用上述的轉(zhuǎn)矩控制子系統(tǒng)、氣隙磁鏈觀測器和懸浮控制子系統(tǒng)構(gòu)建出解禪 控制系統(tǒng)，實現(xiàn)無軸承異步電機的解禪控制。
[0014] 進一步，所述步驟2的對象模型和對象逆模型構(gòu)建方法為：
[0015] 步驟2. 1，用非線性自適應濾波器離線建立對象模型和對象逆模型，均采用四個非 線性自適應濾波器分別模擬對象模型和對象逆模型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；
[0016] 步驟2. 2,離線確定各個濾波器的權(quán)值參數(shù)，采集轉(zhuǎn)矩繞組被控對象的輸入轉(zhuǎn)矩繞 組電壓建模信號W及第一組輸出的轉(zhuǎn)子角速度和磁鏈；然后用輸入的電壓建模信號加上小 的抖動信號同時驅(qū)動轉(zhuǎn)矩繞組被控對象與對象模型，再將兩者的輸出相比較，誤差用來修 改對象模型的權(quán)值參數(shù)；
[0017] 步驟2. 3,用對象模型的輸出信號驅(qū)動對象逆模型，將輸入的電壓建模信號加上小 的抖動信號與對象逆模型的輸出比較，最后用兩者之差去修改對象逆模型的權(quán)值參數(shù)，直 到建模誤差達到要求，對象模型和對象逆模型構(gòu)建完成。
[0018] 進一步，所述步驟2中，所述LMS自適應算法（74)公式如下：
[0019]
【主權(quán)項】
1. 基于非線性濾波器的無軸承異步電機自適應逆解耦控制器的控制方法，其特征在 于，將無軸承異步電機控制系統(tǒng)分成懸浮控制子系統(tǒng)（2)、氣隙磁鏈觀測器（5)和轉(zhuǎn)矩控制 子系統(tǒng)（7)，分別采用獨立控制，具體按以下步驟： 步驟1，構(gòu)建轉(zhuǎn)矩繞組被控對象（6):包括Park逆變換（61)、空間矢量脈寬調(diào)制逆變器 SVPWM(62)、角度計