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专利号: 2018111256607
申请人: 河南科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.无轴承异步电机的独立逆解耦控制系统,包括无轴承异步电机原系统、设置在无轴承异步电机原系统之前的无轴承异步电机逆系统,以及设置在无轴承异步电机逆系统之前的四个调节控制器,四个调节控制器为α位移调节控制器、β位移调节控制器、磁链调节控制器和转速调节控制器,其特征在于:所述的独立逆解耦控制系统还包括气隙磁链独立观测器和转子磁链辨识器;

所述的α位移调节控制器、β位移调节控制器、磁链调节控制器和转速调节控制器均由极点配置法构造而成;

所述的无轴承异步电机原系统由独立磁悬浮原系统和独立转矩原系统组成;

所述的无轴承异步电机逆系统由并联排列的独立磁悬浮逆系统和独立转矩逆系统组成;独立磁悬浮逆系统的输入端与α位移调节控制器、β位移调节控制器的输出端连接,独立转矩逆系统的输入端与磁链调节控制器、转速调节控制器的输出端连接;

所述的独立磁悬浮逆系统的输入端与气隙磁链独立观测器的气隙磁链α、β轴分量输出端连接,独立磁悬浮逆系统与独立磁悬浮原系统串联,将独立磁悬浮系统解耦为α径向位移分量伪线性二阶积分子系统和β径向位移分量伪线性二阶积分子系统,α径向位移分量伪线性二阶积分子系统的α向径向位移的给定信号与检测反馈信号连接到α位移调节控制器的输入端,β径向位移分量伪线性二阶积分子系统的β向径向位移的给定信号与检测反馈信号连接到β位移调节控制器的输入端,实现α径向位移分量伪线性二阶积分子系统和β径向位移分量伪线性二阶积分子系统控制闭环;

所述的独立转矩逆系统与独立转矩原系统串联,将独立转矩系统解耦为电机转速伪线性二阶积分子系统和转子磁链伪线性二阶积分子系统,电机转速伪线性二阶积分子系统的电机转速的给定信号和反馈信号连接到转速调节控制器的输入端,转子磁链伪线性二阶积分子系统的转子磁链给定信号和经转子磁链辨识器得到的转子磁链反馈信号连接到磁链调节控制器和转速调节控制器的输入端,实现电机转速伪线性二阶积分子系统和转子磁链伪线性二阶积分子系统控制闭环。

2.如权利要求1所述的无轴承异步电机的独立逆解耦控制系统,其特征在于:所述的独立转矩逆系统的模型为设定xt=(x1t,x2t,x3t,x4t)T=(is1d,is1q,ψr1,ωr)T,yt=(y1t,y2t)T=(ψr1,ωr)T,is1d、is1q为d-q坐标系下转矩绕组的d、q轴定子电流分量,ψr1为d-q坐标系下独立转矩系统转子磁链的幅值;ωr为转子机械旋转角速度,ut=(u1t,u2t)T=(us1d,us1q)T,us1d、us1q为d-q坐标系下转矩绕组的d、q轴定子电压分量,式(10)中,δ=Rr1/Lr1,ξ=1/σLs1,η=Lm1/Lr1,μ=pnLm1/JLr1,pn是磁极对数;Rs1和Rr1分别为独立转矩原系统的定子绕组电阻和转子绕组电阻;Ls1为等效两相定子绕组自电感;Lr1为等效两相转子绕组自电感;Lm1为定转子绕组之间的互感;

为电机漏磁系数;J为转动惯量;pn为转矩绕组的磁极对数。

3.如权利要求1所述的无轴承异步电机的独立逆解耦控制系统,其特征在于:所述的独立磁悬浮逆系统的模型为设定 us=(u1s,u2s)T=(is2α,is2β)T,ys=(y1s,

y2s)T=(α,β)T, 变量α和β分别为沿水平和垂直方向的转子径向位

移分量, 和 分别为沿水平和垂直方向转子径向位移分量的时间导数项,s2α、is2β分别为α-β坐标系中的磁悬浮控制电流分量,式(22)中:m为转子质量;ψ1α、ψ1β为α-β坐标系中独立转矩原系统气隙磁链的α、β轴分量;Ks是径向位移刚度系数;Km是由电机结构决定的磁悬浮力系数。

4.如权利要求1所述的无轴承异步电机的独立逆解耦控制系统,其特征在于:所述的独立磁悬浮系统解耦运算所需要的独立转矩原系统气隙磁链的α、β轴分量ψ1α和ψ1β,通过气隙磁链观测器独立观测计算得到,所述的气隙磁链观测器表达式为其中:Lr1l为独立转矩原系统等效两相转子绕组的漏电感;us1α、us1β为α-β坐标系中转矩绕组定子电压的α、β轴分量;is1α、is1β为α-β坐标系中转矩绕组定子电流的α、β轴分量,Rs1为独立转矩原系统的定子绕组电阻。

5.如权利要求1所述的无轴承异步电机的独立逆解耦控制系统,其特征在于:所述的四个调节控制器的构建方法为:首先,根据解耦后的各个子系统近似传递函数G(s)=1/s2,以及前馈和反馈调节控制器的传递函数,构造出子系统的闭环传递函数为:其中,a0、a1为前馈和反馈调节控制器的参数,然后,将个子系统转化为标准二阶系统,此时各个子系统的闭环传递函数可表示为:式(24)中的ζ为系统阻尼比,ωn为系统响应角频率;

最后,确定前馈加反馈调节控制器的参数,对比式(23)和(24)的对应项,按对应项系数相对的原则,可确定出前馈和反馈调节控制器的参数a0、a1表达式:a1=2ζωn,

根据前述选定的阻尼比参数ζ和响应角频率参数ωn,即可求出前馈和反馈调节控制器的参数。