无轴承薄片电机最大电流特征量转子位置误差补偿策略

1.本发明涉及无轴承薄片电机转子位置误差补偿技术领域，尤其涉及无轴承薄片电机最大电流特征量转子位置误差补偿策略。


背景技术：

2.无轴承薄片电机是一种集磁轴承技术与传统电机于一体的新型电机，具有无摩擦、无润滑、工作寿命长以及高速高精度等优点。为降低系统成本，目前常采用基于转子磁链观测器的无位置传感器算法对无轴承薄片电机转子位置进行估算。但无轴承薄片电机驱动系统对转子位置估算准确度要求较高，传统的转子磁链观测器由于存在环路滤波、电机参数误差等非理想因素，会造成转子位置估算不准确，严重时甚至会造成无轴承薄片电机系统失稳。故对上述非理想因素造成的转子位置估算误差进行补偿具有重要意义。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的缺陷，提供一种无轴承薄片电机最大电流特征量转子位置误差补偿策略，针对传统转子磁链观测器中环路滤波、电机参数误差等非理想因素造成的转子位置估算误差问题，基于扰动观察法的思想，对转子位置误差进行自适应补偿。此策略以电流环特征量为观察对象，实现无轴承薄片电机转子位置估算误差的补偿。该观察量便于获取，且能够准确反映转子位置误差，算法实现简单，系统结构简单。
4.本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
5.无轴承薄片电机最大电流特征量转子位置误差补偿策略，基于扰动观察法的思想，以电流环特征量为观察对象，对无轴承薄片电机转子误差进行补偿。所述方案的实现步骤如下：
6.步骤1)，首先主动施加一个任意极性的算法调节步长dθc；
7.步骤2)，对当前时刻无轴承薄片电机转矩电流信号进行采样；
8.步骤3)，将采样得到的转矩电流进行数学处理，并经过电流调节器，得到当前时刻转矩q轴电流i
tq
(k)与转矩q轴指令电压u
tq
(k)；
9.步骤4)，将i
tq
(k)、u
tq
(k)经过数学处理，得到当前时刻电流环特征量λ(k)；
10.步骤5)，当前时刻电流环特征量λ(k)与上一时刻电流环特征量λ(k-1)进行比较，若λ(k)小于λ(k-1)，则改变下一周期调节步长dθc的极性，反之，不变；
11.步骤6)，重复步骤2)至步骤5)，实时获取无轴承薄片电机转子位置误差补偿角度δθc，对转子位置误差进行补偿。
12.作为本发明无轴承薄片电机最大电流特征量转子位置误差补偿策略，所述步骤1)调节步长dθc可根据系统性能需求设定适当的值。
13.作为本发明无轴承薄片电机最大电流特征量转子位置误差补偿策略，所述步骤2)中无轴承薄片电机转矩电流信号通过对霍尔器件输出电压采样获得。
14.作为本发明无轴承薄片电机最大电流特征量转子位置误差补偿策略，所述步骤3)中的数学处理为坐标变换。
15.作为本发明无轴承薄片电机最大电流特征量转子位置误差补偿策略，所述步骤3)中的电流调节器可以是基于比例-积分(pi)的调节器，亦可以是基于电机数学模型的调节器。
16.作为本发明无轴承薄片电机最大电流特征量转子位置误差补偿策略，所述步骤4)中的数学处理为转矩q轴指令电压u
tq
(k)与电机等效相电阻rs与转矩q轴电流i
tq
(k)的乘积做差。
17.作为本发明无轴承薄片电机最大电流特征量转子位置误差补偿策略，所述步骤6)中无轴承薄片电机转子位置误差补偿角度δθc初值设置为0。
18.本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
19.1.能够对传统转子磁链观测器中环路滤波、电机参数误差等非理想因素造成的无轴承薄片电机转子位置估算误差进行补偿；
20.2.选取的观察量电流环特征量，便于获取且能够准确反映转子位置误差；
21.3.算法实现简单、系统结构简单。
附图说明
22.图1为本发明基于最大电流环特征量的无轴承薄片电机转子位置误差自适应补偿方法流程图；
23.图2为本发明无轴承薄片电机实际旋转坐标系与估计旋转坐标系的关系。
具体实施方式
24.下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
25.本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。
26.本发明公开了一种无轴承薄片电机最大电流特征量转子位置误差补偿策略。无轴承薄片电机系统对转子位置估算精度有较高的要求，针对传统转子磁链观测器中环路滤波、电机参数误差等非理想因素造成的转子位置估算误差问题，基于扰动观察法的思想，对转子位置误差进行自适应补偿。此策略以电流环特征量为观察对象，实现无轴承薄片电机转子位置估算误差的补偿。该观察量便于获取，且能够准确反映转子位置误差，算法实现简单，系统结构简单。所述方案的实现步骤如下：
27.步骤1)，首先主动施加一个任意极性的算法调节步长dθc；
28.步骤2)，对当前时刻无轴承薄片电机转矩电流信号进行采样；
29.步骤3)，将采样得到的转矩电流进行数学处理，并经过电流调节器，得到当前时刻转矩q轴电流i
tq
(k)与转矩q轴指令电压u
tq
(k)；
30.步骤4)，将i
tq
(k)、u
tq
(k)经过数学处理，得到当前时刻电流环特征量λ(k)；
31.步骤5)，当前时刻电流环特征量λ(k)与上一时刻电流环特征量λ(k-1)进行比较，若λ(k)小于λ(k-1)，则改变下一周期调节步长dθc的极性，反之，不变；
32.步骤6)，重复步骤2)至步骤5)，实时获取无轴承薄片电机转子位置误差补偿角度δθc，对转子位置误差进行补偿。
33.所述步骤1)调节步长dθc可根据系统性能需求设定适当的值。
34.所述步骤2)中无轴承薄片电机转矩电流信号通过对霍尔器件输出电压采样获得。
35.所述步骤3)中的数学处理为坐标变换。
36.所述步骤3)中的电流调节器可以是基于比例-积分(pi)的调节器，亦可以是基于电机数学模型的调节器。
37.所述步骤4)中的数学处理为转矩q轴指令电压u
tq
(k)与电机等效相电阻rs与转矩q轴电流i
tq
(k)的乘积做差。
38.所述步骤6)中无轴承薄片电机转子位置误差补偿角度δθc初值设置为0。
39.图1为本发明基于最大电流环特征量的无轴承薄片电机转子位置误差自适应补偿方法流程图，其基本原理具体推导过程如下所示。
40.无轴承薄片电机实际旋转坐标系与估计旋转坐标系的关系如图2所示，dq坐标系为无轴承薄片电机实际转子旋转坐标系，为无轴承薄片电机估算转子旋转坐标系。由于环路滤波、电机参数误差等非理想因素的存在，导致估算的转子位置与实际转子位置相差δθr。忽略无轴承薄片电机转矩dq轴电流耦合项的条件下，基于旋转坐标系下的电压方程可以写为：
[0041][0042]
其中，δθr为转子位置估算误差，e为反电动势，e＝ωeψr。
[0043]
由于无轴承薄片电机转矩系统电流纹波较小，故将转矩电感压降项忽略。无轴承薄片电机转矩控制系统在采用“id＝0”控制策略下，稳态时将轴电压方程简化，可得到电流环特征量λ：
[0044][0045]
基于上式，在无轴承薄片电机转速一定时，转子位置误差越大，电流环特征量λ越小。当不存在转子位置误差时，即δθr＝0，电流环特征量λ为最大值。
[0046]
结合图1，下面详细说明本发明无轴承薄片电机最大电流特征量转子位置误差补偿策略具体流程。首先主动施加一个任意极性的调节步长dθc，比较dθc施加前后电流环特征量λ的变化。若电流环特征量λ变大，说明dθc极性正确，转子位置误差减小，则下一周期dθc的极性保持不变；若电流环特征量λ变小，说明dθc极性错误，转子位置误差增大，则改变下一周的dθc的极性。如此根据前后周期电流环特征量λ的变化来调整下一周期调节步长的方向，从而动态调整补偿角度，循环迭代，直至λ收敛至最大值，即实现了转子位置误差的补偿。δθc可表示为：
[0047]
[0048]
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0049]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。