一种无轴承交替极永磁电机悬浮控制系统的制作方法

本实用新型涉及无轴承电机技术技术领域，具体为一种无轴承交替极永磁电机悬浮控制系统。

背景技术：

无轴承交替极永磁电机除具备传统无轴承电机无接触、无润滑以及无摩擦等优点意外，其进一步解决了传统无轴承永磁电机转矩输出与悬浮力输出间的设计妥协问题、悬浮力控制精度受转子磁场定向准确性影响的问题，因此在国防军工、航空航天、能源交通、机械加工等领域存在广泛应用前景。

无轴承交替极永磁电机的悬浮系统目前均采用位移闭环和电流闭环的双闭环控制，然而，在一些对悬浮系统的动态性能及抗干扰性能存在要求高的应用场合(如伺服控制、卫星姿态调整等)，双闭环控制悬浮系统的控制性能还比较欠缺。

技术实现要素：

本部分的目的在于概述本实用新型的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本申请的说明书摘要和实用新型名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和实用新型名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本实用新型的范围。

鉴于上述和/或现有无轴承交替极永磁电机控制中存在的问题，提出了本实用新型。

因此，本实用新型的目的是提供一种无轴承交替极永磁电机悬浮控制系统及控制方法，具有较强的动态性能和抗干扰性能。

为解决上述技术问题，根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供了如下技术方案：

一种无轴承交替极永磁电机悬浮控制系统，其包括：

位移测量部件，连接至无轴承交替极永磁电机上，执行获取悬浮转子的实时位移量；

位移比较部件，连接至所述位移测量部件上和悬浮转子位移给定设备上，执行将悬浮转子位移给定量与获取的悬浮转子的实时位移量做差，得到位移差。

位移调节部件，连接至所述位移比较部件，执行对位移差转换，得到悬浮转子平动速度给定量。

平动速度提取部件，连接至所述位移测量部件，执行对悬浮转子的实时位移量调节转换，得到悬浮转子实际的平动速度反馈量；

平动速度比较部件，连接至所述位移调节部件和平动速度提取部件，执行将悬浮转子平动速度给定量与悬浮转子实际的平动速度反馈量做差，得到平动速度差；

平动速度调节部件，连接至所述平动速度比较部件，执行对得到的平动速度差值调节转换得到悬浮绕组三相电流给定量；

悬浮电流测量部件，连接至所述悬浮系统功率驱动部件的输出端，执行获取悬浮绕组的实时三相电流量；

悬浮电流比较部件，连接至所述平动速度调节部件和所述悬浮电流测量部件，执行将悬浮绕组三相电流给定量与悬浮绕组的实时电流量做差，得到电流差；

悬浮电流调节部件，连接至所述悬浮电流比较部件，执行对电流差调节转换，得到驱动开关信号；

悬浮系统功率驱动部件，连接至所述悬浮电流调节部件，执行产生驱动开关信号后，向无轴承交替极永磁电机的悬浮绕组注入悬浮电流。

作为本实用新型所述的一种无轴承交替极永磁电机悬浮控制系统的一种优选方案，其中，所述平动速度提取部件为运算放大电路。

作为本实用新型所述的一种无轴承交替极永磁电机悬浮控制系统的一种优选方案，其中，所述平动速度调节部件区分为x方向平动速度调节器和y方向平动速度调节器。

与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果是：通过无轴承交替极永磁电机的悬浮转子的实时位移量与给定量比较并转换形成悬浮转子平动速度给定量，并在此对悬浮转子的实时位移量调节转换形成实际的平动速度反馈量，将悬浮转子平动速度给定量与平动速度反馈量比较后转换形成悬浮绕组三相电流给定量，并与悬浮绕组的实时电流量做差转换形成驱动开关信号，使悬浮绕组注入悬浮电流向无轴承交替极永磁电机输出电流的控制方式，相对于传统的采用位移闭环和电流闭环的双闭环控制控制方式，具有较强的动态性能和抗干扰性能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将将结合附图和详细实施方式对本实用新型进行详细说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本实用新型的一种无轴承交替极永磁电机悬浮控制系统的控制原理框图；

图2为本实用新型一种无轴承交替极永磁电机悬浮控制系统的整体结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

其次，本实用新型结合示意图进行详细描述，在详述本实用新型实施方式时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

本实用新型提供一种无轴承交替极永磁电机悬浮控制系统，具有较强的动态性能和抗干扰性能。

下面将结合图1和图2分别对无轴承交替极永磁电机的控制系统作具体描述。

位移测量部件连接至无轴承交替极永磁电机上，执行获取悬浮转子的实时位移量，具体的，在本实施方式中，位移测量部件包括相互垂直设置在无轴承交替极永磁电机内的x方向位移测量机构9和y方向位移测量机构10，分别获取悬浮转子x方向的实时位移量x和y方向的实时位移量y，并且作为优选，x方向位移测量机构9和y方向位移测量机构10可采用电涡流或电感式非接触位移传感器。

位移测量部件上和悬浮转子位移给定设备连接至位移比较部件，执行将悬浮转子位移给定量与获取的悬浮转子的实时位移量做差，得到位移差，具体的，在本实施方式中，位移比较部件包括x方向位移比较器和y方向位移比较器，分别将悬浮转子x方向位移给定量x^*与获取的悬浮转子的x方向的实时位移量x做差，得到x方向位移差、将悬浮转子y方向位移给定量y^*与获取的悬浮转子的y方向的实时位移量y做差，得到y方向位移差。

位移比较部件连接至位移调节部件，执行对位移差转换，得到悬浮转子平动速度给定量，具体的，在本实施方式中，位移调节部件包括x方向位移调节器1和y方向位移调节器2，x方向位移调节器1将得到的x方向位移差转成悬浮转子x方向的平动速度给定量xv^*，y方向位移调节器2将得到的y方向位移差转成悬浮转子y方向的平动速度给定量yv^*，并且作为优选，x方向位移调节器1和y方向位移调节器2采用pid调节器。

位移测量部件连接至平动速度提取部件5，执行对悬浮转子的实时位移量调节转换，得到悬浮转子实际的平动速度反馈量，具体的，在本实施方式中，平动速度提取部件5将位移测量部件的悬浮转子x方向的实时位移量x和悬浮转子y方向的实时位移量y转换成悬浮转子x方向的平动速度反馈量xv和悬浮转子y方向的平动速度反馈量yv。

位移调节部件和平动速度提取部件连接至平动速度比较部件，执行将悬浮转子平动速度给定量与悬浮转子实际的平动速度反馈量做差，得到平动速度差，具体的，在本实施方式中，平动速度比较部件包括x方向平动速度比较器和y方向平动速度比较器，分别将悬浮转子x方向平动速度给定量xv^*与悬浮转子的x方向的平动速度反馈量xv做差，得到x方向平动速度差；将悬浮转子y方向平动速度给定量yv^*与悬浮转子的y方向的平动速度反馈量yv做差，得到y方向平动速度差。

平动速度比较部件连接至平动速度调节部件，执行对得到的平动速度差值调节转换得到悬浮绕组三相电流给定量，具体的，在本实施方式中，平动速度调节部件包括x方向平动速度调节器3和y方向平动速度调节器4，用于对得到的平动速度差值调节转换得到悬浮电流给定量，具体的，x方向平动速度调节器3将得到的x方向平动速度差调节转换得到x悬浮电流给定量y方向平动速度调节器4将得到的y方向平动速度差调节转换得到y悬浮电流给定量clark逆变换6用于对悬浮电流给定量逆变换，得到悬浮绕组三相电流给定量，具体的，clark逆变换6对x方向悬浮电流给定量和y方向悬浮电流给定量同时逆变换得到悬浮绕组三相电流给定量和

悬浮电流测量部件连接至所述悬浮系统功率驱动部件的输出端，执行获取悬浮绕组的实时三相电流量isa、isb和isc。

平动速度调节部件和悬浮电流测量部件连接至悬浮电流比较部件，执行将悬浮绕组的三相电流给定量和与悬浮绕组的实时三相电流量做差，得到三相电流差。

悬浮电流调节部件对三相电流差调节转换，得到驱动开关信号s1～s6，作为优选，在本实施方式中，悬浮电流调节部件为悬浮电流调节器7，且悬浮电流调节器7可采用pi调节器。

悬浮电流调节部件连接至悬浮系统功率驱动部件，执行产生驱动开关信号s1～s6，向无轴承交替极永磁电机11的悬浮绕组注入所需的三相悬浮电流isa、isb和isc，作为优选，在本实施方式中，悬浮系统功率驱动单元为三相悬浮逆变器10。

本实用新型一种无轴承交替极永磁电机悬浮控制系统的具体控制步骤如下：

a1：获取悬浮转子的实时位移量，具体的，获取悬浮转子x方向的实时位移量x和悬浮转子y方向的实时位移量y。

a2：将悬浮转子位移给定量与获取的悬浮转子的实时位移量做差，得到位移差。具体的，将悬浮转子x方向位移给定量x^*与获取的悬浮转子的x方向的实时位移量x做差，得到x方向位移差；将悬浮转子y方向位移给定量y^*与获取的悬浮转子的y方向的实时位移量x做差，得到y方向位移差。

a3：对得到的位移差转换，得到悬浮转子平动速度给定量。具体的，将x方向位移差送入x方向位移调节器1，得到悬浮转子x方向平动速度给定量xv^*；将y方向位移差送入y方向位移调节器2，得到悬浮转子y方向平动速度给定量yv^*。

a4：对悬浮转子的实时位移量调节转换，得到悬浮转子实际的平动速度反馈量，具体的，将所述获取的悬浮转子x方向的实时位移量x送入平动速度提取单元5，获取悬浮转子x方向平动速度反馈量xv；将所述获取的悬浮转子y方向的实时位移量y送入平动速度提取单元5，获取悬浮转子y方向平动速度反馈量yv。

a5：将悬浮转子平动速度给定量与悬浮转子实际的平动速度反馈量做差，得到平动速度差。具体的，将悬浮转子x方向平动速度给定量xv^*与获取的悬浮转子的x方向的平动速度反馈量xv做差，得到x方向悬浮转子平动速度差；将悬浮转子y方向平动速度给定量yv^*与获取的悬浮转子的y方向的平动速度反馈量yv做差，得到y方向悬浮转子平动速度差。

a6：对得到的平动速度差值调节转换得到悬浮绕组三相电流给定量，具体的，对得到的x方向悬浮转子平动速度差送入x方向平动速度调节器3，得到x方向悬浮电流给定量对得到的y方向悬浮转子平动速度差送入y方向平动速度调节器4，得到y方向悬浮电流给定量对所得x方向悬浮电流给定量和y方向悬浮电流给定量送入clark逆变换6得到悬浮绕组三相电流给定量和

a7：获取悬浮绕组的实时电流量。具体的，利用悬浮电流测量单元获取三相悬浮电流实时量isa、isb和isc。

a8：将悬浮绕组三相电流给定量和与悬浮绕组电流实时量isa、isb和isc做差，得到电流差。具体的，将各相悬浮电流给定量和与获取的各项悬浮电流实时量isa、isb和isc做差，得到三相悬浮电流差。

a9：对电流差调节转换，得到驱动开关信号s1～s6。具体的，对所得到的三相悬浮电流差送入悬浮电流调节器7，得到三相悬浮逆变器的驱动开关信号s1～s6。

a10：获取驱动开关信号，向无轴承交替极永磁电机11的悬浮绕组注入悬浮电流isa、isb和isc。具体的，所产生的驱动开关信号驱动三相悬浮逆变器10中对应的功率开关，产生所需的悬浮电流isa、isb和isc。

本实用新型通过无轴承交替极永磁电机的悬浮转子的实时位移量与给定量比较并转换形成悬浮转子平动速度给定量，并在此对悬浮转子的实时位移量调节转换形成实际的平动速度反馈量，将悬浮转子平动速度给定量与平动速度反馈量比较后转换形成悬浮绕组三相电流给定量，并与悬浮绕组的实时电流量做差转换形成驱动开关信号，使悬浮绕组注入悬浮电流向无轴承交替极永磁电机输出电流的控制方式，相对于传统的采用位移闭环和电流闭环的双闭环控制控制方式，具有较强的动态性能和抗干扰性能。

虽然在上文中已经参考实施方式对本实用新型进行了描述，然而在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本实用新型所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本实用新型并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。