本發(fā)明屬于電力傳動(dòng)控制設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及混合勵(lì)磁式無(wú)軸承永磁發(fā)電機(jī)，尤其是該無(wú)軸承永磁發(fā)電機(jī)的控制器結(jié)構(gòu)，適用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)、燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)、航空電源、混合動(dòng)力汽車、飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)等諸多場(chǎng)合。
背景技術(shù)：
：混合勵(lì)磁式無(wú)軸承永磁發(fā)電機(jī)繼承了傳統(tǒng)的永磁同步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、功率密度大、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活多樣、運(yùn)行可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)無(wú)軸承化的設(shè)計(jì)使得發(fā)電機(jī)無(wú)摩擦、無(wú)磨損，削弱軸承故障，延長(zhǎng)發(fā)電機(jī)的軸承使用壽命，減少維護(hù)成本。例如中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N201610140641.6，名稱為“一種無(wú)軸承永磁同步發(fā)電機(jī)”的文獻(xiàn)中公開的發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)，具有發(fā)電繞組、懸浮力繞組和勵(lì)磁繞組這三套繞組，利用磁軸承支撐無(wú)軸承發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，這種發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題是：對(duì)轉(zhuǎn)子偏心位移難以進(jìn)行精確控制，在實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)穩(wěn)定懸浮的同時(shí)難以得到穩(wěn)定的發(fā)電電壓。目前，發(fā)電機(jī)穩(wěn)定懸浮的控制方法主要有兩種：矢量控制法和直接轉(zhuǎn)矩和懸浮力控制法，但二者均存在明顯不足：矢量控制法的系統(tǒng)過(guò)多依賴于電機(jī)參數(shù)并需要復(fù)雜的坐標(biāo)變換，這使得控制系統(tǒng)軟件和硬件的復(fù)雜程度增加，還占用過(guò)多的系統(tǒng)時(shí)鐘周期。直接轉(zhuǎn)矩和懸浮力控制法采用bang-bang調(diào)節(jié)及開關(guān)表查詢方法，存在轉(zhuǎn)矩波動(dòng)較大、低速性能差、開關(guān)頻率不固定等問(wèn)題，同時(shí)控制系統(tǒng)的采樣和計(jì)算存在延時(shí)問(wèn)題。除此之外，發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中會(huì)遇到用電負(fù)載發(fā)生變化和原動(dòng)機(jī)給定的轉(zhuǎn)速變化等問(wèn)題，這會(huì)使得發(fā)電繞組中合成磁場(chǎng)產(chǎn)生畸變。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)氣隙磁場(chǎng)無(wú)法自主調(diào)節(jié)，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)無(wú)法穩(wěn)定懸浮和高效發(fā)電。現(xiàn)有的解決上述問(wèn)題的方法主要是在轉(zhuǎn)子上同軸安裝混合勵(lì)磁結(jié)構(gòu)或者爪極結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)電勵(lì)磁，通過(guò)調(diào)節(jié)其電勵(lì)磁電流來(lái)改變氣隙磁通大小，從而達(dá)到穩(wěn)壓目的。但這樣安裝會(huì)帶來(lái)裝配工藝復(fù)雜，維修成本增加，轉(zhuǎn)子負(fù)擔(dān)加重，降低功率密度等缺陷。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有混合勵(lì)磁式無(wú)軸承永磁發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定懸浮存在的問(wèn)題，提出一種基于磁鏈觀測(cè)的無(wú)軸承發(fā)電機(jī)直接預(yù)測(cè)控制器，能減小控制誤差，減弱控制延時(shí)造成轉(zhuǎn)矩、磁鏈和懸浮力的波動(dòng)，同時(shí)提高發(fā)電品質(zhì)。本發(fā)明基于磁鏈觀測(cè)的無(wú)軸承發(fā)電機(jī)直接預(yù)測(cè)控制器采用的技術(shù)方案是：由繞組磁鏈觀測(cè)器及預(yù)測(cè)器、矩陣變換器、轉(zhuǎn)矩估算模塊、懸浮力估算模塊、ω-ψ1*磁鏈生成器、轉(zhuǎn)矩、懸浮力和勵(lì)磁電壓參考值發(fā)生器、SVPWM、模糊PID控制器、電壓調(diào)節(jié)器以及PI控制器組成；SVPWM輸出開關(guān)信號(hào)S1a、S1b、S1c控制發(fā)電繞組、輸出開關(guān)信號(hào)S2a、S2b、S2c控制懸浮力繞組、輸出開關(guān)信號(hào)S3a、S3b、S3c控制勵(lì)磁繞組，發(fā)電繞組經(jīng)整流器連接SVPWM，整流器連接負(fù)載，懸浮力繞組和勵(lì)磁繞組分別各經(jīng)一個(gè)電壓源逆變器連接SVPWM；發(fā)電繞組、懸浮力繞組和勵(lì)磁繞組的三相電流i1a、i1b、i1c、i2a、i2b、i2c、i3a、i3b、i3c、SVPWM輸出的開關(guān)信號(hào)S1a、S1b、S1c、S2a、S2b、S2c、S3a、S3b、S3c、負(fù)載兩端的直流電壓Udc1、電壓源逆變器兩端的直流電壓Udc2、Udc3均輸入給矩陣變換器，矩陣變換器輸出實(shí)時(shí)控制轉(zhuǎn)矩電流i1α、i1β、實(shí)時(shí)改變氣隙平衡磁場(chǎng)電流i2α、i2β、實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)電繞組合成主磁場(chǎng)電流i3α、i3β、實(shí)時(shí)控制轉(zhuǎn)矩電壓U1α、U1β、實(shí)時(shí)改變氣隙平衡磁場(chǎng)電壓U2α、U2β以及實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)電繞組合成主磁場(chǎng)電壓U3α、U3β至繞組磁鏈觀測(cè)器及預(yù)測(cè)器；繞組磁鏈觀測(cè)器及預(yù)測(cè)器輸出發(fā)電繞組合成氣隙磁鏈幅值ψm1(k+1)及相位μ、懸浮力繞組磁鏈幅值ψs2(k+1)及相位λ至懸浮力估算模塊，輸出發(fā)電繞組電流i1(k+1)及發(fā)電繞組磁鏈幅值ψs1(k+1)、勵(lì)磁繞組電流i3(k+1)及勵(lì)磁繞組磁鏈幅值ψs3(k+1)至轉(zhuǎn)矩估算模塊，輸出發(fā)電繞組電流i1(k+1)、懸浮力繞組電流i2(k+1)、勵(lì)磁繞組電流i3(k+1)、相位μ、相位θ、相位ξ至輸入轉(zhuǎn)矩、懸浮力和勵(lì)磁電壓參考值發(fā)生器；繞組磁鏈觀測(cè)器及預(yù)測(cè)器還輸出合成磁鏈幅值ψs13(k+1)，將給定參考磁鏈ψs1*與合成磁鏈幅值ψs13(k+1)相比較得到的勵(lì)磁繞組磁鏈相位角增量Δτ以及給定參考磁鏈ψs1*均輸入至轉(zhuǎn)矩、懸浮力和勵(lì)磁電壓參考值發(fā)生器；懸浮力估算模塊輸出下一時(shí)刻的懸浮力預(yù)測(cè)值Fα(k+1)和Fβ(k+1)，將實(shí)測(cè)徑向位移和給定值x*、y*進(jìn)行比較后分別經(jīng)對(duì)應(yīng)的模糊PID控制器調(diào)節(jié)后生成懸浮力的給定值Fα*、Fβ*，將懸浮力預(yù)測(cè)值Fα(k+1)、Fβ(k+1)分別和對(duì)應(yīng)的懸浮力給定值Fα*、Fβ*比較得到的差值ΔFα、ΔFβ也輸入至轉(zhuǎn)矩、懸浮力和勵(lì)磁電壓參考值發(fā)生器；轉(zhuǎn)矩估算模塊輸出下一時(shí)刻的的轉(zhuǎn)矩預(yù)測(cè)值Te(k+1)，將直流電壓是Udc1與發(fā)電電壓的給定值Udc1*比較后經(jīng)電壓調(diào)節(jié)器生成轉(zhuǎn)矩給定值Te*，將轉(zhuǎn)矩預(yù)測(cè)值Te(k+1)與轉(zhuǎn)矩給定值Te*比較后經(jīng)過(guò)PI控制器后生成的發(fā)電繞組磁鏈相位角增量Δδ也輸入轉(zhuǎn)矩、懸浮力和勵(lì)磁電壓參考值發(fā)生器；轉(zhuǎn)矩、懸浮力和勵(lì)磁電壓參考值發(fā)生器輸出電壓參考值U1α*、U1β*、U2α*、U2β*、U3α*、U3β*至SVPWM。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：1、本發(fā)明充分利用了發(fā)電機(jī)在原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和用電負(fù)載變化時(shí)，發(fā)電繞組的合成磁場(chǎng)發(fā)生相應(yīng)的變化，基于磁鏈觀測(cè)器并輔之以勵(lì)磁繞組的反饋?zhàn)饔脕?lái)實(shí)時(shí)地調(diào)整主磁場(chǎng)，利用初始觀測(cè)的轉(zhuǎn)矩、磁鏈、懸浮力的值，經(jīng)過(guò)預(yù)測(cè)算法算出下一周期需要補(bǔ)償?shù)碾妷菏噶浚倮肧VPWM合成該電壓矢量，從而解決傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩和懸浮力控制策略中由于采樣和計(jì)算的延時(shí)，使目標(biāo)電壓矢量只能在下一個(gè)采樣周期才能作用于系統(tǒng)，造成磁鏈、轉(zhuǎn)矩和懸浮力的波動(dòng)變大的問(wèn)題，盡早減小了控制誤差，減弱控制延時(shí)造成轉(zhuǎn)矩、磁鏈和懸浮力的波動(dòng)，同時(shí)能提高發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)懸浮性能與發(fā)電品質(zhì)。2、本發(fā)明具有直接轉(zhuǎn)矩和懸浮力控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)速響應(yīng)快、優(yōu)良的動(dòng)靜態(tài)性能和對(duì)發(fā)電機(jī)參數(shù)表現(xiàn)出強(qiáng)的魯棒性等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也具備了預(yù)測(cè)算法避免延時(shí)帶來(lái)的轉(zhuǎn)矩、懸浮力脈動(dòng)和磁鏈紋波等問(wèn)題，能有效彌補(bǔ)時(shí)間延時(shí)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。3、本發(fā)明將光電編碼器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的轉(zhuǎn)速生成給定磁鏈參考值的磁鏈生成器，轉(zhuǎn)子磁鏈給定與實(shí)際轉(zhuǎn)速有關(guān)，在額定轉(zhuǎn)速下保持恒定，額定轉(zhuǎn)速以上轉(zhuǎn)子磁鏈給定相應(yīng)減小。該磁鏈生成器簡(jiǎn)單可行，將實(shí)際轉(zhuǎn)速與給定磁鏈直接聯(lián)系，降低了控制系統(tǒng)的復(fù)雜度，減少了控制系統(tǒng)占用的系統(tǒng)時(shí)鐘周期。4、本發(fā)明在徑向位移閉環(huán)控制中將模糊控制和PID控制器兩者結(jié)合起來(lái)，既具有模糊控制靈活、魯棒性好、自適應(yīng)強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，又具有PID控制精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明基于磁鏈觀測(cè)的無(wú)軸承發(fā)電機(jī)直接預(yù)測(cè)控制器的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是圖1中繞組磁鏈觀測(cè)器及預(yù)測(cè)器12的構(gòu)成圖；圖3是圖1中懸浮力估算模塊15的構(gòu)成圖；圖4是圖1中轉(zhuǎn)矩估算模塊14的構(gòu)成圖；圖5是圖1中轉(zhuǎn)矩、懸浮力和勵(lì)磁電壓參考值發(fā)生器17的構(gòu)成圖。圖中：1.整流器；2、3.電壓源逆變器；4.發(fā)電繞組磁鏈及轉(zhuǎn)矩初始觀測(cè)器；5.懸浮力繞組磁鏈初始觀測(cè)器；6.勵(lì)磁繞組磁鏈初始觀測(cè)器；7.發(fā)電繞組磁鏈預(yù)測(cè)器；8.懸浮力繞組磁鏈預(yù)測(cè)器；9.勵(lì)磁繞組磁鏈預(yù)測(cè)；10.發(fā)電和勵(lì)磁繞組合成磁鏈預(yù)測(cè)器；12.繞組磁鏈觀測(cè)器及預(yù)測(cè)器；13.矩陣變換器；14.轉(zhuǎn)矩估算模塊；15.懸浮力估算模塊；16.ω-ψ1*磁鏈生成器；17.轉(zhuǎn)矩、懸浮力和勵(lì)磁電壓參考值發(fā)生器；18.SVPWM；19、20.模糊PID控制器；21.電壓調(diào)節(jié)器；22.PI控制器；23.負(fù)載；24.光電編碼器；25.基于磁鏈觀測(cè)的無(wú)軸承發(fā)電機(jī)直接預(yù)測(cè)控制器。具體實(shí)施方式參見(jiàn)圖1所示，無(wú)軸承發(fā)電機(jī)具有發(fā)電繞組、懸浮力繞組和勵(lì)磁繞組這三套繞組。本發(fā)明基于磁鏈觀測(cè)的無(wú)軸承發(fā)電機(jī)直接預(yù)測(cè)控制器25由繞組磁鏈觀測(cè)器及預(yù)測(cè)器12、矩陣變換器13、轉(zhuǎn)矩估算模塊14、懸浮力估算模塊15、ω-ψ1*磁鏈生成器16、轉(zhuǎn)矩、懸浮力和勵(lì)磁電壓參考值發(fā)生器17、SVPWM18、模糊PID控制器19、20、電壓調(diào)節(jié)器21以及PI控制器22組成。其中，SVPWM18(空間矢量脈寬調(diào)制模塊18)輸出開關(guān)信號(hào)S1a、S1b、S1c、S2a、S2b、S2c、S3a、S3b、S3c分別控制發(fā)電繞組、懸浮力繞組和勵(lì)磁繞組，其中開關(guān)信號(hào)S1a、S1b、S1c控制發(fā)電繞組，開關(guān)信號(hào)S2a、S2b、S2c控制懸浮力繞組，開關(guān)信號(hào)S3a、S3b、S3c控制勵(lì)磁繞組。發(fā)電繞組經(jīng)整流器1連接SVPWM18，懸浮力繞組和勵(lì)磁繞組分別各經(jīng)一個(gè)電壓源逆變器2、3連接SVPWM18。整流器1連接負(fù)載23，負(fù)載23兩端的直流電壓是Udc1，電壓源逆變器2、3兩端的直流電壓分別是Udc2、Udc3。采用光電編碼器24實(shí)時(shí)檢測(cè)無(wú)軸承發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)ω，將轉(zhuǎn)速信號(hào)ω輸入ω-ψ1*磁鏈生成器16，ψ1*是轉(zhuǎn)子磁鏈給定值，得到參考磁鏈ψs1*。采用電流傳感器分別采集發(fā)電繞組、懸浮力繞組和勵(lì)磁繞組這三套繞組上的三相電流，其中，采集的發(fā)電繞組的三相電流i1a、i1b、i1c是整流器1整流之前的三相交流電，而采集的懸浮力繞組的三相電流i2a、i2b、i2c和勵(lì)磁繞組i3a、i3b、i3c是分別經(jīng)電壓源逆變器2、3逆變之后的電流。將采集到的三相電流i1a、i1b、i1c、i2a、i2b、i2c、i3a、i3b、i3c輸入矩陣變換器13，同時(shí)，還將SVPWM18輸出的開關(guān)信號(hào)S1a、S1b、S1c、S2a、S2b、S2c、S3a、S3b、S3c，負(fù)載23兩端的直流電壓是Udc1、電壓源逆變器2、3兩端的直流電壓Udc2、Udc3也輸入給矩陣變換器13，經(jīng)矩陣變換器13計(jì)算變換到三個(gè)兩相靜止坐標(biāo)系上，得到實(shí)時(shí)控制轉(zhuǎn)矩電流i1α、i1β、實(shí)時(shí)改變氣隙平衡磁場(chǎng)電流i2α、i2β、實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)電繞組合成主磁場(chǎng)電流i3α、i3β、實(shí)時(shí)控制轉(zhuǎn)矩電壓U1α、U1β、實(shí)時(shí)改變氣隙平衡磁場(chǎng)電壓U2α、U2β以及實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)電繞組合成主磁場(chǎng)電壓U3α、U3β。矩陣變換器13的輸出端連接繞組磁鏈觀測(cè)器及預(yù)測(cè)器12，矩陣變換器13將i1α、i1β、i2α、i2β、i3α、i3β、U1α、U1β、U2α、U2β、U3α、U3β全部輸入到繞組磁鏈觀測(cè)器及預(yù)測(cè)器12。繞組磁鏈觀測(cè)器及預(yù)測(cè)器12對(duì)輸入的電流和電壓處理后輸出以下參數(shù)：預(yù)測(cè)的下一時(shí)刻的發(fā)電繞組電流i1(k+1)、發(fā)電繞組磁鏈幅值ψs1(k+1)及相位θ、發(fā)電繞組合成氣隙磁鏈幅值ψm1(k+1)及相位μ、勵(lì)磁繞組ψs3(k+1)和發(fā)電繞組磁鏈幅值ψs1(k+1)疊加得到的合成磁鏈幅值ψs13(k+1)；預(yù)測(cè)的下一時(shí)刻的懸浮力繞組電流i2(k+1)、懸浮力繞組磁鏈幅值ψs2(k+1)及相位λ、預(yù)測(cè)的下一時(shí)刻的勵(lì)磁繞組電流i3(k+1)、勵(lì)磁繞組磁鏈幅值ψs3(k+1)及及相位ξ；繞組磁鏈觀測(cè)器及預(yù)測(cè)器12的輸出端分別連接懸浮力估算模塊15、轉(zhuǎn)矩估算模塊14和轉(zhuǎn)矩、懸浮力和勵(lì)磁電壓參考值發(fā)生器17。其中，發(fā)電繞組合成氣隙磁鏈幅值ψm1(k+1)及相位μ、懸浮力繞組磁鏈幅值ψs2(k+1)及相位λ均輸入懸浮力估算模塊15。發(fā)電繞組電流i1(k+1)及發(fā)電繞組磁鏈幅值ψs1(k+1)、勵(lì)磁繞組電流i3(k+1)及勵(lì)磁繞組磁鏈幅值ψs3(k+1)均輸入轉(zhuǎn)矩估算模塊14。發(fā)電繞組電流i1(k+1)、懸浮力繞組電流i2(k+1)、勵(lì)磁繞組電流i3(k+1)、相位μ、相位θ、相位ξ均輸入轉(zhuǎn)矩、懸浮力和勵(lì)磁電壓參考值發(fā)生器17；同時(shí)，將給定參考磁鏈ψs1*與合成磁鏈幅值ψs13(k+1)相比較得到勵(lì)磁繞組磁鏈相位角增量Δτ，將給定參考磁鏈ψs1*和勵(lì)磁繞組磁鏈相位角增量Δτ也都輸入轉(zhuǎn)矩、懸浮力和勵(lì)磁電壓參考值發(fā)生器17。懸浮力估算模塊15對(duì)輸入量進(jìn)行估算，得到下一時(shí)刻的懸浮力預(yù)測(cè)值Fα(k+1)和Fβ(k+1)。由x、y方向上的位移傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)徑向位移，將實(shí)測(cè)徑向位移和給定值x*、y*進(jìn)行比較，比較的差值分別經(jīng)對(duì)應(yīng)的模糊PID控制器19和PID控制器20調(diào)節(jié)后生成α-β方向上懸浮力的給定值Fα*、Fβ*，分別將懸浮力預(yù)測(cè)值Fα(k+1)和懸浮力給定值Fα*進(jìn)行比較、將懸浮力預(yù)測(cè)值Fβ(k+1)和懸浮力給定值Fβ*進(jìn)行比較，得到差值ΔFα和ΔFβ，并將差值ΔFα和ΔFβ也輸入轉(zhuǎn)矩、懸浮力和勵(lì)磁電壓參考值發(fā)生器17。轉(zhuǎn)矩估算模塊14對(duì)輸入量進(jìn)行估算，得到下一時(shí)刻的的轉(zhuǎn)矩預(yù)測(cè)值Te(k+1)。將負(fù)載23兩端的直流電壓是Udc1與發(fā)電電壓的給定值Udc1*進(jìn)行比較，再經(jīng)電壓調(diào)節(jié)器21的作用，生成轉(zhuǎn)矩給定值Te*。將轉(zhuǎn)矩預(yù)測(cè)值Te(k+1)與轉(zhuǎn)矩給定值Te*兩者進(jìn)行比較，差值經(jīng)過(guò)PI控制器22后生成發(fā)電繞組磁鏈相位角增量Δδ，將發(fā)電繞組磁鏈相位角增量Δδ也輸入轉(zhuǎn)矩、懸浮力和勵(lì)磁電壓參考值發(fā)生器17。轉(zhuǎn)矩、懸浮力和勵(lì)磁電壓參考值發(fā)生器17對(duì)輸入的參數(shù)進(jìn)行處理，得到三套繞組的電壓參考值U1α*、U1β*、U2α*、U2β*、U3α*、U3β*。轉(zhuǎn)矩、懸浮力和勵(lì)磁電壓參考值發(fā)生器17的輸出端連接SVPWM18，SVPWM18輸出開關(guān)信號(hào)S1a、S1b、S1c、S2a、S2b、S2c、S3a、S3b、S3c分別控制發(fā)電繞組、懸浮力繞組和勵(lì)磁繞組，能控制合成氣隙磁場(chǎng)、懸浮力繞組電流、發(fā)電電壓品質(zhì)。參見(jiàn)圖2，繞組磁鏈觀測(cè)器及預(yù)測(cè)器12由發(fā)電繞組磁鏈及轉(zhuǎn)矩初始觀測(cè)器4、懸浮力繞組磁鏈初始觀測(cè)器5、勵(lì)磁繞組磁鏈初始觀測(cè)器6、發(fā)電繞組磁鏈預(yù)測(cè)器7、懸浮力繞組磁鏈預(yù)測(cè)器8、勵(lì)磁繞組磁鏈預(yù)測(cè)9、發(fā)電和勵(lì)磁繞組合成磁鏈預(yù)測(cè)器10組成。兩相靜止坐標(biāo)系α-β方向上的實(shí)時(shí)控制轉(zhuǎn)矩電流i1α、i1β和實(shí)時(shí)控制轉(zhuǎn)矩電壓U1α、U1β輸入發(fā)電繞組磁鏈及轉(zhuǎn)矩初始觀測(cè)器4，經(jīng)觀測(cè)公式得到初始時(shí)刻k的初始觀測(cè)下的轉(zhuǎn)矩Te(k)、發(fā)電繞組的磁鏈ψs1(k)和相位θ，其中Rs1為發(fā)電繞組電阻、p1是發(fā)電繞組極對(duì)數(shù)。同時(shí)，α-β方向上實(shí)時(shí)改變氣隙平衡磁場(chǎng)電流i2α、i2β和電壓實(shí)時(shí)改變氣隙平衡磁場(chǎng)U2α、U2β輸入懸浮力繞組磁鏈初始觀測(cè)器5，經(jīng)觀測(cè)公式得到初始觀測(cè)下的懸浮力繞組磁鏈幅值ψs2及相位λ，其中Rs2為懸浮力繞組電阻。還有α-β方向上的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)電繞組合成主磁場(chǎng)電流i3α、i3β和實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)電繞組合成主磁場(chǎng)電壓U3α、U3β輸入勵(lì)磁繞組磁鏈初始觀測(cè)器6，經(jīng)觀測(cè)公式得到初始觀測(cè)下的勵(lì)磁繞組磁鏈幅值ψs3(k)及相位γ，其中Rs3為勵(lì)磁繞組電阻。發(fā)電繞組磁鏈及轉(zhuǎn)矩初始觀測(cè)器4的輸出端連接發(fā)電繞組磁鏈預(yù)測(cè)器7，將初始轉(zhuǎn)矩Te(k)、發(fā)電繞組的磁鏈ψs1(k)和相位θ輸入到發(fā)電繞組磁鏈預(yù)測(cè)器7中，由計(jì)算式：可得到下一時(shí)刻發(fā)電繞組磁鏈幅值ψs1(k+1)和發(fā)電繞組電流i1(k+1)，其中ω(k)為初始轉(zhuǎn)速，發(fā)電繞組d-q軸電感L1d、L1q，ψf是永磁磁鏈，采樣周期為Ts。懸浮力繞組磁鏈初始觀測(cè)器5的輸出端連接懸浮力繞組磁鏈預(yù)測(cè)器8，將初始時(shí)刻k的懸浮力繞組磁鏈幅值ψs2(k)及相位λ經(jīng)過(guò)可得到k+1時(shí)刻懸浮力繞組磁鏈幅值ψs2(k+1)和懸浮力繞組電流i2(k+1)。勵(lì)磁繞組磁鏈初始觀測(cè)器6的輸出端連接勵(lì)磁繞組磁鏈預(yù)測(cè)9，初始時(shí)刻k的勵(lì)磁繞組磁鏈幅值ψs3(k)及相位γ經(jīng)勵(lì)磁繞組磁鏈預(yù)測(cè)9，經(jīng)公式可以得到勵(lì)磁繞組磁鏈幅值ψs3(k+1)和勵(lì)磁繞組電流i3(k+1)。將勵(lì)磁繞組磁鏈幅值ψs3(k+1)和發(fā)電繞組磁鏈幅值ψs1(k+1)輸入到發(fā)電和勵(lì)磁繞組合成磁鏈預(yù)測(cè)器10，經(jīng)過(guò)預(yù)測(cè)器內(nèi)部計(jì)算公式得到相位ζ＝arctan((ψs1β(k+1)+ψs3β(k+1))/(ψs1α(k+1)+ψs3α(k+1)))，這個(gè)角度是用來(lái)調(diào)整合成磁鏈與勵(lì)磁繞組電壓參考值的重要量。同時(shí)將勵(lì)磁繞組和發(fā)電繞組磁鏈幅值的數(shù)量疊加得到合成磁鏈幅值ψs13(k+1)＝ψs1(k+1)+ψs3(k+1)。另外，將發(fā)電繞組磁鏈幅值ψs1(k+1)、發(fā)電繞組電流i1(k+1)、勵(lì)磁繞組磁鏈幅值ψs3(k+1)以及繞組電流i3(k+1)輸入到發(fā)電繞組合成氣隙磁鏈預(yù)測(cè)器11，經(jīng)過(guò)公式推算得到發(fā)電繞組合成氣隙磁鏈幅值ψm1(k+1)及相位μ。至此，得到繞組磁鏈觀測(cè)器及預(yù)測(cè)器12的所有輸出量。參見(jiàn)圖3所示，下一時(shí)刻發(fā)電繞組合成氣隙磁鏈幅值ψm1(k+1)及相位μ和懸浮力繞組磁鏈幅值ψs2(k+1)及相位λ經(jīng)由懸浮力估算模塊15，懸浮力估算模塊15通過(guò)以下公式推算得到預(yù)測(cè)的下一時(shí)刻懸浮力的值Fα(k+1)和Fβ(k+1)：Fα(k+1)=Kmψm1(k+1)ψs2(k+1)cos(λ-μ)Fβ(k+1)=Kmψm1(k+1)ψs2(k+1)sin(λ-μ),]]>其中Km的表達(dá)式為：p1、p2分別為發(fā)電繞組磁場(chǎng)與懸浮力繞組磁場(chǎng)等效極對(duì)數(shù)；l為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心有效長(zhǎng)度；r為轉(zhuǎn)子半徑；n1、n2為發(fā)電繞組和懸浮力繞組每相串聯(lián)有效匝數(shù)；μ0為空氣磁導(dǎo)率。參見(jiàn)圖4所示，下一時(shí)刻的發(fā)電繞組磁鏈幅值ψs1(k+1)以及繞組電流i1(k+1)和勵(lì)磁繞組磁鏈幅值ψs3(k+1)以及繞組電流i3(k+1)輸入到轉(zhuǎn)矩估算模塊14，轉(zhuǎn)矩估算模塊14通過(guò)以下公式推算得到轉(zhuǎn)矩的預(yù)測(cè)值Te(k+1)：Te(k+1)=32p1ψs1α(k+1)i1β(k+1)-ψs1β(k+1)i1α(k+1)+ψs3α(k+1)i3β(k+1)-ψs3β(k+1)i3α(k+1).]]>參見(jiàn)圖5所示，轉(zhuǎn)矩、懸浮力和勵(lì)磁電壓參考值發(fā)生器17對(duì)輸入量進(jìn)行處理，通過(guò)以下公式推算得到控制合成氣隙磁場(chǎng)、懸浮力繞組電流、發(fā)電電壓品質(zhì)的三套繞組的電壓參考值U1α*、U1β*、U2α*、U2β*、U3α*、U3β*：u1α*=Rs1i1α(k+1)+|ψs1*|cos(θ+Δδ)-|ψs1(k+1)|cosθTsu1β*=Rs1i1β(k+1)+|ψs1*|sin(θ+Δδ)-|ψs1(k+1)|sinθTs]]>u2α*=Rs2i2α(k+1)+KM-1ψm1-1(k+1)(ΔFαcosμ+ΔFβsinμ)u2β*=Rs2i2β(k+1)+KM-1ψm1-1(k+1)(ΔFαsinμ-ΔFβcosμ).]]>u3α*=Rs3i3α(k+1)+|ψs1*|cos(ζ+Δτ)-|ψs13(k+1)|cosζTsu3β*=Rs3i3β(k+1)+|ψs1*|sin(ζ+Δτ)-|ψs13(k+1)|sinζTs]]>將電壓參考值U1α*、U1β*、U2α*、U2β*、U3α*、U3β*通入空間矢量脈寬調(diào)制模塊SVPWM18，調(diào)制后分別得到發(fā)電繞組電壓型整流器1的開關(guān)信號(hào)、懸浮力繞組電壓型逆變器2的開關(guān)信號(hào)和勵(lì)磁繞組電壓型逆變器3的開關(guān)信號(hào)S1a、S1b、S1c、S2a、S2b、S2c、S3a、S3b、S3c，便可以得到懸浮力繞組和勵(lì)磁繞組的輸出電流，經(jīng)逆變器輸送給混合勵(lì)磁式無(wú)軸承永磁發(fā)電機(jī)，而發(fā)電繞組上輸出的電流則經(jīng)整流器1輸送給負(fù)載23，用于電能的使用和儲(chǔ)存。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3