本發(fā)明屬于直線振蕩電機(jī)無(wú)位置傳感器控制，更具體地，涉及一種直線振蕩電機(jī)控制擾動(dòng)抑制補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)的壓縮機(jī)是由旋轉(zhuǎn)式電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)，將運(yùn)動(dòng)方式由旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)換為往復(fù)式的直線運(yùn)動(dòng)，從而進(jìn)行制冷工作。但這種運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換方式導(dǎo)致壓縮機(jī)工作效率低，工作過(guò)程中噪聲大，而且運(yùn)動(dòng)過(guò)程中存在較大的徑向力和摩擦力，隨著工作時(shí)間推移，會(huì)造成較大的磨損，導(dǎo)致制冷性能惡化。隨著線性壓縮機(jī)的出現(xiàn)，用直線電機(jī)代替旋轉(zhuǎn)式電機(jī)驅(qū)動(dòng)。由于不需要運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化，所以制冷效率大大提高，而且由于不存在徑向力，線性壓縮機(jī)工作過(guò)程中噪聲減??；由于結(jié)構(gòu)的變化，壓縮機(jī)的體積也大大減小。由直線振蕩電機(jī)驅(qū)動(dòng)的線性壓縮機(jī)由于沒(méi)有連桿的連接，所以線性壓縮機(jī)活塞的位移沒(méi)有限制。一旦在余隙非常小的時(shí)候，如果不對(duì)活塞位移進(jìn)行限制，非常容易發(fā)生活塞撞缸，造成線性壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)性的損傷。位置傳感器的應(yīng)用可以有效檢測(cè)活塞位置，但是傳感器成本高，安裝復(fù)雜困難，尤其是在線性壓縮機(jī)封裝外殼后，容易受到電磁的影響，從而影響線性壓縮機(jī)正常工作，應(yīng)用一種無(wú)位置傳感器控制方法就可以解決上述問(wèn)題。但是，由于直線振蕩電機(jī)本質(zhì)上是一個(gè)非線性系統(tǒng)，存在著來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部或者外部環(huán)境的復(fù)雜干擾，對(duì)電機(jī)系統(tǒng)的控制造成負(fù)面影響，因此在直線振蕩電機(jī)無(wú)位置傳感器器控制時(shí)加入一種擾動(dòng)觀測(cè)器可以估算擾動(dòng)并進(jìn)行抑制，是解決上述問(wèn)題的一種有效方式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種直線振蕩電機(jī)控制擾動(dòng)抑制補(bǔ)償方法，旨在解決現(xiàn)有直線振蕩電機(jī)無(wú)位置傳感器控制時(shí)易受到擾動(dòng)的影響，可靠性降低的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，一方面，本發(fā)明提供了一種直線振蕩電機(jī)控制擾動(dòng)抑制補(bǔ)償方法，包括以下步驟：

3、s1：對(duì)直線振蕩電機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程進(jìn)行變形，得到電機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài)方程；

4、s2：基于電機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài)方程，設(shè)計(jì)滑模面，引入指數(shù)趨近率和等速趨近率相結(jié)合，并結(jié)合超螺旋算法，構(gòu)建位置控制器；

5、s3：采集經(jīng)過(guò)直線振蕩電機(jī)的電壓和電流信號(hào)由滑模觀測(cè)器利用反電動(dòng)勢(shì)法輸出觀測(cè)的速度信號(hào)和位置信號(hào)，并輸入到位置控制器和廣義超螺旋擾動(dòng)觀測(cè)器中；

6、s4：觀測(cè)的速度信號(hào)與給定速度信號(hào)的誤差，以及位置控制器輸出的控制電流進(jìn)入到廣義超螺旋擾動(dòng)觀測(cè)器中，并對(duì)當(dāng)前電機(jī)系統(tǒng)存在的擾動(dòng)或負(fù)載進(jìn)行估算，并輸出補(bǔ)償電流，轉(zhuǎn)至步驟s1。

7、優(yōu)選地，步驟s1具體包括以下步驟：

8、根據(jù)直線振蕩電機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程為（1），變形得到電機(jī)的系統(tǒng)狀態(tài)方程為（2），其中 m為動(dòng)子質(zhì)量， c為阻尼， k為彈簧剛度系數(shù)， f e為電磁推力， f f為摩擦力， f g為氣體力， k e為電磁推力系數(shù)， x( t)動(dòng)子位移， x3為彈簧彈力、氣體力和摩擦力的合力與動(dòng)子質(zhì)量 m的比值， ρ是其導(dǎo)數(shù)。

9、優(yōu)選地，步驟s2具體包括以下步驟：

10、滑模面為：（3），求導(dǎo)之后得：（4）

11、所述趨近率為：（5），結(jié)合電機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài)方程、滑模面和趨近率即可得到位置控制器的控制輸入電流：

12、（6），

13、據(jù)此即可得到位置控制器：（7）。

14、其中 e= x d- x為系統(tǒng)的跟蹤誤差， x d是給定位置信號(hào)， h是常數(shù)（根據(jù)需要設(shè)定）， k1， k2為超螺旋算法的設(shè)計(jì)參數(shù)（根據(jù)需要設(shè)定）； u是控制輸入； s是滑模面。

15、優(yōu)選地，步驟s3具體包括以下步驟：

16、根據(jù)直線振蕩電機(jī)的電壓方程：（8）

17、推導(dǎo)出反電動(dòng)勢(shì)法，動(dòng)子的位移計(jì)算公式為：（9），根據(jù)公式即可利用滑模觀測(cè)法估算出動(dòng)子的速度和位置信號(hào)。

18、其中，在直線振蕩電機(jī)工作時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) e與動(dòng)子的速度 v成正比。 r為系統(tǒng)的等效電阻， u( t)為等效電壓， l為電感。

19、優(yōu)選地，步驟s4具體包括以下步驟：

20、s4.1：基于直線振蕩電機(jī)的非線性狀態(tài)方程，構(gòu)建擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)方程；

21、s4.2：估算的速度信號(hào)與給定的速度信號(hào)比較得出速度誤差，并且建立廣義超螺旋擾動(dòng)觀測(cè)器，經(jīng)過(guò)廣義超螺旋擾動(dòng)觀測(cè)器輸出補(bǔ)償電流，輸入到電機(jī)系統(tǒng)。

22、優(yōu)選地，基于直線振蕩電機(jī)的系統(tǒng)狀態(tài)方程，構(gòu)建擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)方程，并建立廣義超螺旋擾動(dòng)觀測(cè)器，得到系統(tǒng)的誤差狀態(tài)方程，帶回到擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)方程里即可得到補(bǔ)償電流。

23、優(yōu)選地，所述擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)方程為：（10）。

24、其中是 x2， x3的估算值， x2是動(dòng)子的速度， x3是系統(tǒng)擾動(dòng)與動(dòng)子質(zhì)量的比值， ρ是系統(tǒng)中的擾動(dòng)的總和的導(dǎo)數(shù)，滿足| ρ|≤ δ， δ>0， k e是直線振蕩電機(jī)的電磁推力系數(shù)， m是動(dòng)子質(zhì)量， i r是直線振蕩電機(jī)控制輸入電流。

25、優(yōu)選地，所述廣義超螺旋擾動(dòng)觀測(cè)器為：（11）

26、其中是 x2， x3的估算值， x3是系統(tǒng)擾動(dòng)與動(dòng)子質(zhì)量的比值，分別定義， l1， l2， l3， l4為控制器的正增益系數(shù)（根據(jù)需要設(shè)定）。

27、優(yōu)選地，所述的廣義超螺旋擾動(dòng)觀測(cè)器的誤差方程為：（12）。

28、優(yōu)選地，所述的補(bǔ)償電流為：，位置控制器輸出的控制電流和擾動(dòng)觀測(cè)器輸出的補(bǔ)償電流共同作用與直線振蕩電機(jī)無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)。

29、另一方面，本發(fā)明提供了一種直線振蕩電機(jī)控制擾動(dòng)抑制補(bǔ)償方法，包括構(gòu)建：位置環(huán)控制器、廣義超螺旋擾動(dòng)觀測(cè)器、pi電流控制器、spwm逆變器以及滑模觀測(cè)器。

30、位置環(huán)控制器用于采集滑模觀測(cè)器估算的直線振蕩電機(jī)的動(dòng)子位置信號(hào)，輸出控制電流。

31、廣義超螺旋擾動(dòng)觀測(cè)器用于采集滑模觀測(cè)器估算的動(dòng)子速度信號(hào)，并與給定的速度信號(hào)進(jìn)行比較，在擾動(dòng)觀測(cè)器的作用下，針對(duì)作用于直線振蕩電機(jī)的擾動(dòng)信號(hào)進(jìn)行估算并輸出補(bǔ)償電流。

32、pi電流控制器用于給予當(dāng)前輸入電流以及電機(jī)系統(tǒng)輸出電流之差進(jìn)行pi控制運(yùn)算。

33、spwm逆變器用于接收矩形波和基頻分量，調(diào)節(jié)調(diào)制電壓信號(hào)的頻率和幅值，從而對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)制。

34、滑模觀測(cè)器用于采集來(lái)自直線振蕩電機(jī)的電壓和電流信號(hào)，依據(jù)反電動(dòng)勢(shì)原理，對(duì)當(dāng)前的動(dòng)子速度和位移進(jìn)行估算并輸出。

35、總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果。

36、本發(fā)明采用的廣義超螺旋算法能夠在面對(duì)各種未知擾動(dòng)時(shí)，對(duì)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償，能夠提高系統(tǒng)的精度以及跟蹤性能。

37、本發(fā)明應(yīng)用基礎(chǔ)是無(wú)位置傳感器控制領(lǐng)域，與傳統(tǒng)無(wú)位置傳感器控制相比，多考慮了擾動(dòng)的影響，提高了系統(tǒng)的魯棒性。

38、本發(fā)明采用的廣義超螺旋擾動(dòng)觀測(cè)器是基于高階滑模的應(yīng)用，能夠在原理上消除滑模抖振的影響，并且廣義超螺旋算法只需要知道滑模變量本身的值，不需要額外的信息，容易實(shí)現(xiàn)。