卜文绍[1]2007年在《无轴承电机通用磁悬浮模型及解耦控制系统研究》文中研究说明无轴承电机突破了传统机械轴承支撑电机的运行理论范畴,是集旋转驱动和转子自悬浮功能为一体的新型磁悬浮电机。各种无轴承电机都有相同或相似的磁悬浮特性和规律,磁悬浮控制模型是实现无轴承电机可靠悬浮运转的基础。本文围绕无轴承电机的磁悬浮力产生机理,对具有圆筒式定子结构的二极悬浮控制四极无轴承电机的通用电感矩阵及电感系数解析模型、可控制磁悬浮力通用模型及磁悬浮解耦控制系统等进行了深入的理论分析和试验研究。以二极悬浮控制四极无轴承异步电机为例,考虑到转子偏心对气隙磁场分布的影响,解析了无轴承电机麦克斯韦磁悬浮控制机理。还对作用于感应型转子上的切向洛伦兹力衍生出的径向电磁力进行了解析研究,得出了洛伦兹力衍生出平均径向电磁力的基本条件。以凸极弧宽为“2ρ”弧度的凸极型转子结构无轴承电机为二极浮控四极无轴承电机的一般化结构模型,研究了转子偏心对无轴承电机内气隙磁场分布的影响。然后,基于无轴承电机气隙磁场分布规律,推导出了磁路不饱和情况下,二极悬浮控制四极无轴承电机的各个电感系数和电感矩阵的通用解析模型。该通用电感解析模型既适用于凸极型转子结构无轴承电机,又可适用于圆柱型转子结构无轴承电机,并针对具有圆柱型转子结构的无轴承异步电机进行了模型的实验验证。根据无轴承电机的通用电感模型,基于电磁场虚位移原理,推导出了无轴承电机的可控磁悬浮力通用模型。包括无轴承电机的旋转可控磁悬浮力通用模型和静止坐标系下的可控磁悬浮力通用模型等。并针对无轴承异步电机样机,进行了直流磁悬浮静力实验,验证了可控磁悬浮力模型的有效性。文中还认真分析了旋转可控磁悬浮力控制电流的频率特点,即:要产生同步速旋转可控磁悬浮力,需要在二极悬浮控制绕组中通入角频率为“0.5ω”的“半频”控制电流;要产生异步速旋转可控磁悬浮力,需要在二极悬浮控制绕组中通入角频率为“0.5(1+s)ω”的“近似半频”控制电流。基于三相无轴承异步电机可控磁悬浮力模型,设计了叁相无轴承异步电机磁悬浮解耦控制系统。在对系统进行仿真试验分析之后,基于单TMS320LF2407A数字信号处理芯片设计了无轴承异步电机的硬软件控制系统实验平台,并实现了无轴承电机的稳定悬浮控制。仿真和实验结果表明,无轴承异步电机可控磁悬浮力模型具有良好的解耦性能,也从一个应用侧面验证了所推导出的通用可控磁悬浮力模型的有效性及合理性。最后,基于无轴承电机旋转可控磁悬浮力模型,研究了无轴承电机的周期性旋转惯性离心振动抑制技术和策略。试验结果验证了旋转可控磁悬浮力模型的有效性,并且验证了旋转磁悬浮力控制电流的半频特性。
刘雪冬[2]2003年在《主动磁悬浮力耦合的软件解耦及其控制系统研究》文中进行了进一步梳理主动磁悬浮轴承是利用可控磁场力将转轴无机械摩擦、无润滑地悬浮在空中并高速旋转的一种新型高性能轴承。磁悬浮轴承与其它类型的轴承相比，圆周线速度高、不需要润滑和密封、完全没有噪声、发热小功耗低，环境适应性强、具有自动平衡机能、转子位置精确可控和可靠性高，有很多独特的性能。正因如此，国内外把磁悬浮轴承的出现称为是支承技术的一场革命。而将磁悬浮技术应用于硬盘的支承，完全消除轴承与硬盘转子的机械接触。不仅可以大幅度提高硬盘转速，使得硬盘具有精度高、发热少、功耗低、无噪声和高洁净等其它轴承支承的硬盘无法企及的特点。 在磁悬浮硬盘设计中，不可避免地出现非线性和机电耦合。这些耦合使控制问题复杂化，给结构设计带来难度。此外，磁悬浮硬盘的高精度控制也存在许多问题。本文的主要工作是：针对磁悬浮系统中出现的力耦合，应用解耦理论，设计出解耦软件流程，实现解耦控制并研制磁轴承控制系统中作为执行机构的功率放大器。 本文研究介绍了磁轴承的工作原理；分析了轴向单自由度磁轴承的控制特性；对六自由度磁轴承进行建模，描述其为状态空间的形式。并将α阶逆系统解耦理论应用到磁轴承的解耦控制中，得到六个无耦合的单自由度线性子系统，同时给出实现解耦的软件流程图；比较了用于磁轴承的两类功率放大器的优缺点，对改进连续功放进行了探索，通过实验说明了改进型连续功放的静态动态性能；比较了四种开关型功放的优缺点，采取MPW方案，给出所设计的MPW电路原理图，以数据和波形图说明了该电路的静动态性能。
杨均悦[3]2017年在《感应型五自由度无轴承电机悬浮及旋转驱动系统研究》文中进行了进一步梳理无轴承电机通过定子中两套绕组磁场的合成作用,在驱动转子旋转的电磁转矩基础上派生出可控制转子位移的磁悬浮力,将旋转驱动与悬浮支撑融为一体,从而取消了单独的径向支撑部件,具有无摩擦、无磨损、无润滑及无污染等优点。根据转子结构特点,无轴承电机可分为感应型、永磁型及开关磁阻型等多种类型,其中感应型无轴承电机与异步电机的运行特性相似,具有转子结构简单、气隙磁场均匀、运行可靠性高、齿槽脉动低及弱磁调节范围宽等特点,更易于实现无轴承电机的高速、高精度及大功率化的发展目标,具有广阔的工业应用前景。本文以感应型无轴承电机为研究对象,目标是实现转子在旋转驱动状态下的五自由度精确悬浮控制。为此,需对所研究对象的机电结构、气隙合成磁场、磁场多变量解耦、整体PID控制、双DSP数字控制系统等关键技术进行深入研究,具体内容如下:(1)感应型无轴承电机定子中包含转矩及悬浮两套绕组,所产生的气隙磁场由这两套绕组中的电流感生并迭加而成,所形成的旋转驱动力及悬浮支撑力对外界负载的影响非常敏感,因此,建立包含负载因素的完整数学模型是实现感应型无轴承电机精准控制的关键。本文基于气隙磁场形成原理,利用磁路计算方法,推导出感应型无轴承电机的电磁转矩方程,以此建立了包括转子偏心及电磁转矩的感应型无轴承电机悬浮力模型,并通过有限元仿真及实验方法验证了所建模型的有效性及正确性。(2)目前对感应型无轴承电机的研究及实现主要集中在二自由度的控制方法及控制策略,距工业实用化的期望值相差较大。本文基于单独的二自由度无轴承电机研究基础,提出了将两个二自由度无轴承电机与轴向磁轴承相配合的新型五自由度结构,该结构并非为两个二自由度无轴承电机的简单迭加,而是将这两个电机的定子绕组进行精确的转矩与悬浮协同控制。为此,根据所建的电磁转矩与悬浮力数学模型提出了五自由度无轴承电机的整体设计方案,并进行机电结构的参数化设计、电磁参数的有限元仿真计算及控制系统的流程设计。(3)感应型无轴承电机悬浮控制为多输入多输出系统,因此为实现电磁转矩与磁悬浮力之间、磁悬浮力各分量之间的多变量解耦控制,本文以磁场定向控制策略为基础,建立了基于转矩绕组的电磁转矩矢量控制模型,将其中所需的参数进行坐标变换,建立以转矩磁场为基础的旋转坐标系,将不同转速的磁悬浮力磁场与电磁转矩磁场进行解耦。然后再利用坐标变换方法,将磁悬浮力分解为两个相互垂直的分量,从而实现磁悬浮力控制的解耦。所提出的多变量解耦控制方法已通过实验验证,可在无轴承电机旋转状态下实现转子的稳定悬浮控制。(4)五自由度无轴承电机运行时,其转子时刻处于不规则偏心旋转状态,运动形态复杂。传统的两个二自由度无轴承电机采用分散PID控制策略,根据各自位移传感器反馈信号进行独立悬浮控制,割裂了转子悬浮控制的整体性。本文依据上述磁悬浮力解耦模型,将转子视为刚体,对其进行转子动力学分析及建模,然后将每个二自由度无轴承电机的位移反馈量与磁悬浮力输出量,转化为转子运动方程中的参数,并对转子运动状态进行解耦,以实现五自由度无轴承电机转子悬浮系统的整体PID控制。(5)五自由度无轴承电机控制系统所需输入输出信号繁多,单DSP控制系统由于接口数量有限难以满足本文提出的所有控制要求,而采用多个DSP各自独立控制的方案,则无法保证转矩子系统与悬浮子系统之间数据交换的实时性以及各驱动模块之间输出信号的协调性。为此本文设计了一种以双口RAM为共享存储器的双DSP硬件控制系统,并编制了软件程序,搭建了所需的硬件实验平台,实验表明本文设计的软、硬件系统可保证各驱动控制单元数据通讯的同步性。(6)根据上述研究成果,研制出感应型五自由度无轴承电机的实验样机及其控制系统,并搭建了实验平台:(1)通过可控悬浮力测定实验,得到了磁饱和限制条件下的悬浮绕组电流与磁悬浮力之间的线性变化范围,验证了本文所建立磁悬浮力模型的正确性;(2)通过磁悬浮力解耦控制实验,验证了采用转矩绕组磁场定向控制策略进行磁悬浮力解耦控制方法可实现无轴承电机在旋转状态下的悬浮控制;(3)通过五自由度转子系统的悬浮实验,获得了不同转速状态下的转子悬浮控制精度变化规律,验证了本文所建的双DSP硬件控制系统的有效性;(4)通过对悬浮转子进行径向载荷冲击实验,验证了整体PID控制方法较分散PID控制,可更有效地提高转子受冲击载荷作用后的径向位移恢复能力。
王宝国[4]2002年在《无轴承电机磁悬浮机理及其控制方法研究》文中研究表明从诞生到现在刚刚十几年的无轴承电机是一种新型结构的电机。与传统电机的最大不同之处是它不需要另外的轴承，电机本身既可产生转矩，又能产生支撑转子的磁悬浮力，使转子能够实现无机械摩擦旋转。本文对无轴承电机的磁悬浮机理和控制方法进行了研究。 首先，在综述国内外无轴承电机研究进展和现状的基础上，重点分析了无轴承电机的磁悬浮机理。分别用二维场—路耦合法和解析法建立了磁悬浮力模型。该模型揭示了无轴承电机的磁悬浮机理，对无轴承电机的设计和控制具有指导意义。在分析对比不同转子结构的转矩和磁悬浮力的基础上，本文提出了一种永磁与铁心转子相结合的混合式转子无轴承电机。借助于二维和叁维磁场分析和电磁力计算，设计并研制了一台混合式转子无轴承电机样机。 其次，讨论了无轴承电机的磁悬浮力解耦控制以及转子位移控制方法。利用混合式转子无轴承电机的转子特点，将磁悬浮力模型转变为电流空间矢量方程，提出了一种新的磁悬浮力解耦控制方法。应用复合矢量概念，对比了静止坐标系和同步旋转坐标系PI电流调节器组成电流闭环系统的稳态误差，并用根轨迹法对转子位移控制系统的校正环节进行了研究。 然后，研究了无轴承电机的转子位移检测技术。对比分析了目前在无轴承电机上使用的非接触式位移传感器的性能、特点和应用范围，重点对所选用的电涡流传感器进行了静态和动态特性的试验研究。分析了所采用的电涡流传感器位移测量系统出现的误差来源，并提出了消除误差的方法。为确定转子中心点，本文提出了一种在线自校正的方法。 最后，为满足解耦控制和位移控制的需要，设计了以DSP(TMS320C32)为核心、可编程逻辑器件(XC9572)为接口电路的数字控制系统。对所研制的混合式转子无轴承电机样机及其控制系统进行实验研究，验证了本文提出的磁悬浮力解耦控制的机理与控制方法和混合式转子无轴承电机的可行性和合理性。
仇志坚[5]2009年在《永磁型无轴承电机的基础研究》文中研究说明利用电磁轴承与电机结构的相似性,将产生悬浮力的原电磁轴承绕组迭绕于旋转电机定子中,通过电力电子和微机控制使其同时具备驱动与电磁悬浮支撑功能的一种新型磁悬浮电机——无轴承电机的出现,已成为高速电机领域研究的重大突破。无轴承电机不仅继承了磁轴承电机无摩擦、无磨损、无润滑等优点,而且具备轴向空间利用率高、体积小、功耗低的特点,在空间技术、机床、真空技术及超高速电机等领域具有广泛的应用前景。相对其他类型的无轴承电机,永磁型无轴承电机以其结构简单、运行可靠、体积小、重量轻、效率高和功率密度大等优势,在飞轮储能、各种高速机床主轴电机和密封泵类、离心机、压缩机、高速微型硬盘驱动装置等领域更具备实用化优势,成为目前实现无轴承电机技术中最具有发展前途的方案之一。本文以表贴式和交替极式两种永磁型无轴承电机为研究对象,着重于两者数学模型和控制策略的基础研究,主要完成了以下研究工作:首先对表贴式无轴承永磁电机中磁悬浮力产生机制进行了深入的理论分析和数学建模,特别揭示了转子偏心、洛伦兹力对悬浮力控制以及悬浮控制绕组磁场对转矩控制的耦合影响,进而提出了一种实用的悬浮力及转矩控制方案。实验结果表明考虑转子偏心和洛仑兹力的影响可有效提高无轴承电机悬浮运行时的稳态精度和动态响应速度。同时,针对表贴式无轴承永磁电机转子磁场定向控制的局限性,研究采用电压-电流模型法辨识出悬浮控制所需的转矩控制绕组气隙磁场的方法,实现了转矩控制绕组和悬浮控制绕组的相互独立控制,为永磁型无轴承电机向实用化方向发展提供了新的途径。其次对一种新型交替极转子结构的永磁型无轴承电机转矩与悬浮力特性进行了电磁场有限元仿真分析,验证了该无轴承电机所具有的悬浮力与旋转角位置无关,转矩与悬浮控制解耦的固有特性。通过对交替极式和表贴式两种永磁型无轴承电机进行的电磁场分析比较,表明在两者电磁转矩相近的情况下,前者的悬浮力远远大于后者,避免了传统无轴承永磁电机中转矩和悬浮力的折中问题。随后对新型交替极永磁无轴承电机的磁悬浮机理进行了深入研究,并应用气隙磁导分布理论和分段磁路法推导了交替极式无轴承永磁电机的新的数学模型,构造了交替极无轴承永磁电机的数字控制系统框图。在此基础上设计和实现了基于TMS320F2812单数字信号处理器的软硬件数字控制系统,为实现该类永磁型无轴承电机控制提供了可靠的实验条件,并在实验样机上实现了该新型电机的动静态稳定悬浮,验证了其悬浮与转矩控制解耦的特性。最后通过借鉴永磁同步电机直接转矩控制理论的思想,首次提出了一种基于空间矢量脉宽调制方法对悬浮力进行直接控制的新型控制策略—直接力控制,通过MATLAB仿真与传统矢量控制系统比较,表明了其优势所在。并在交替极无轴承永磁电机上进行了实验,实验结果验证了该控制策略的正确性和有效性,从而为永磁型无轴承电机的悬浮力控制开辟了新的路径。
李希南[6]2002年在《一种新型磁悬浮电机解耦控制与转子位置检测研究》文中指出磁悬浮无轴承电机定、转子既用于产生驱动力矩，同时又用于产生支撑转子的磁悬浮力，具有无机械磨损、噪音小、可高转速和体积小等特点，比较适用于人工心脏血泵电机。 国内外都在积极从事人工心脏血泵电机及控制技术的研究，但仍处于实验室研究阶段，尚未制造出可置入人体内部的磁悬浮人工心脏血泵。围绕磁悬浮无轴承血泵电机的基本原理、磁悬浮力产生及其与电磁转矩的电磁解耦机理和转子位置的动态检测等方面，本文主要开展了如下的研究工作。 首先，分析了磁悬浮无轴承电机的基本原理、特点和技术难点；分析了几种常用磁悬浮无轴承电机转子的结构及其对电机性能的影响；提出一种新型磁悬浮无轴承电机结构。分析了磁悬浮力产生的特点及电磁转矩与磁悬浮力的解耦控制机理。 其次，分析了磁悬浮电机系统中常用的转子位置检测传感器的工作原理与特性；重点研究了涡流传感器的动、静态特性及其在磁悬浮无轴承电机转子动态位置检测中的应用；讨论了磁悬浮无轴承电机转子位置检测误差产生的原因及消除方法。 论文的第叁部分着重研究了新型磁悬浮无轴承电机的控制方法。分析了采用锁相环对电机转速进行闭环控制的原理；设计了磁悬浮力的模拟控制器并对磁悬浮血泵电机进行了实验研究；针对模拟控制系统存在的缺点，本文设计了一种数字控制系统。
祖从林[7]2014年在《无轴承异步电机逆系统动态解耦控制策略研究》文中提出无轴承电机是集转子的径向悬浮和旋转驱动控制功能于一体的新型电机。它不仅具有磁悬浮轴承电机无润滑、无摩擦、无机械噪声的优点，而且结构简单，成本低，维修方便，因而具有广阔的应用前景。然而，无轴承电机是一个多变量、强耦合的复杂非线性对象，要实现其高性能控制，必须实现其各变量之间的动态解耦。针对无轴承异步电机的多变量、非线性、强耦合性问题，本文采用逆系统方法对其动态解耦控制策略进行研究，具体研究如下：1．基于转子磁场定向研究了无轴承异步电机逆系统解耦控制方法，建立了逆系统模型，提出了考虑定子电流动态的逆系统解耦控制策略。系统仿真结果表明：在考虑定子电流动态的条件下对无轴承异步电机进行逆系统解耦控制，不仅可简化整体控制系统结构，而且可以获得更好的动态解耦控制性能。2．为了降低控制系统对电机转子参数的依赖性，建立了无轴承异步电机的定子磁链定向逆系统模型，提出了考虑定子电流动态的定子磁链定向逆系统解耦控制策略。系统仿真结果表明，不仅可以获得良好的动态解耦控制性能，还可有效降低电机参数对系统性能的影响。3．本文还在转矩系统磁场定向逆控制的基础上，研究了悬浮系统的独立反馈补偿控制策略。系统仿真结果表明，该控制策略不仅算法简单，而且解耦效果良好。
王大朋[8]2012年在《高速电机磁轴承控制与监测技术研究》文中研究表明磁轴承的控制系统具有模拟控制和数字控制两种方式,模拟控制控制器一般由运算放大器构成,其运行速度快,成本低,但是控制器一旦选定,参数不容易更改,并且不能实现复杂的控制算法。在磁轴承的实际应用中,主要用于转速不是特别高的轴承。数字控制器相对与模拟控制器而言更加灵活,复杂的控制算法容易通过软件实现,能够获得比模拟控制更好的控制性能。因此,目前磁轴承控制主要采用数字控制。为了研究验证磁轴承的控制算法和系统特性,利用实验室原有的磁轴承系统研发了一套基于DSP的五自由度磁轴承控制系统,并且对功率放大器进行了研究,对所研制的磁轴承控制系统进行了静态悬浮和高速无负载实验。4.1基于DSP的磁轴承控制系统的硬件4.1.1控制系统的构成随着微电子技术的快速发展,数字信号处理器(DSP)的性能变得越来越好,其成本不断下降,计算速度越来越快,已经广泛的应用在各行各业中。因为磁轴承的主要应用领域是高速电机,所以在设计磁轴承控制器时必须选用运算速度快的DSP控制芯片,同时也需要配合高速度的A/D转换器和D/A转换器。利用DSP作为主控芯片的磁轴承控制系统的结构如图4.1所示。首先利用涡流传感器测量磁轴承五个自由度位移信号,然后经过滤波电路滤波后送入A/D转换器转换成数字信号,经过DSP计算模块来实现所用的控制方法,计算处理完毕的数据再通过D/A转换器变换成模拟电压信号作为功率放大器的输入控制信号,形成磁轴承控制电流。4.1.2主控芯片TMS320F2812 DSP磁轴承控制器的主控芯片使用TI公司生产的TMS320F2812数字信号处理器。此验证了故障判断方法的有效性。
刘羡飞[9]2008年在《磁悬浮开关磁阻电机基本参数与控制方法的研究》文中研究表明近年来,磁悬浮电机技术已经成为电气传动界研究的热点之一。将磁悬浮电机技术应用于开关磁阻电机可以综合发挥开关磁阻电机和磁悬浮技术的优势,有助于开关磁阻电机突破向微型和超高速电机领域发展的瓶颈,因此,越来越受到国内外学者的关注。本文针对磁悬浮开关磁阻电机的基本参数与控制方法开展系统研究。首先从磁悬浮开关磁阻电机的基本工作原理出发,对样机的结构参数进行了设计。根据磁悬浮开关磁阻电机的特点及工作要求确定了主要参数的设计原则,参考开关磁阻电机的设计方法,结合悬浮力要求,给出了样机主要参数的确定依据,根据样机的额定要求确定了样机的主要结构参数。在此基础上,利用有限元分析软件,建立了样机的有限元分析模型,并对悬浮力和转矩特性进行了系统仿真分析,包括悬浮力和转矩随转子转角、绕组电流及径向位移的变化趋势分析,悬浮力在径向两自由度上的耦合以及悬浮力和转矩之间的复杂非线性耦合关系分析。针对磁悬浮开关磁阻电机传统数学模型在导通区间上的局限性,详细推导了一个相周期全角度范围的拓展数学模型。从磁路的有限元分析出发,得出磁路系数,根据磁路剖分,推导出气隙磁导,利用等效磁路方法,推导出各绕组自感及相互间互感,进而根据机电能量转换原理推导出悬浮力及转矩表达式。数学模型的正确性最后通过有限元计算得到了验证。针对磁悬浮开关磁阻电机经典单相轮流导通控制策略下悬浮力和转矩的复杂非线性耦合关系,提出一种将转矩调节及外力扰动视为悬浮系统控制的不确定因素的思想,利用变结构鲁棒控制对系统参数摄动和外扰动的不敏感特性,对悬浮系统的径向位移控制设计了变结构鲁棒控制算法。首先利用经典的悬浮力解析数学模型,采用逆系统方法对悬浮力在径向正交两自由度上的耦合进行解耦,得到两个对称的独立线性子系统,分别带有转矩绕组电流摄动和外力扰动不确定性项。针对解耦后的不确定线性子系统,利用其对应的Riccati方程的解来构造滑动模态超平面,采用指数趋近率法设计了变结构鲁棒控制律,最后分别对悬浮力解耦特性和径向位移变结构鲁棒控制进行了仿真,仿真结果验证了设计的正确性。利用磁悬浮开关磁阻电机相间互感很小的特点,提出一种基于分相导通的解耦策略。从矩角特性分析出发,找到一个合适的双相导通区间。在该导通区间下,一相负责产生悬浮力,称为悬浮相,另一相负责产生平均转矩,称为转矩相。其中悬浮相处于悬浮力的最大导通区间,且径向正交两自由度上耦合很小,从而实现平均转矩和悬浮力的独立控制以及径向两自由度上悬浮力的独立控制。利用经典数学模型及全角度拓展模型推导了分相导通模式的的数学模型,并通过和传统单相轮流导通模式进行有限元对比分析,验证了分相导通解耦策略良好的解耦性能。在分相导通解耦模式下,分别针对径向位移和转速控制设计了模糊控制器,仿真结果表明,设计的模糊控制器具有良好的控制性能。以设计的12/8结构的样机为控制对象,对磁悬浮开关磁阻电机数字控制系统进行了硬件的原理设计。包括功率变换器和控制系统设计。功率变换器设计中,转矩绕组主电路采用开关磁阻电机最常用的半桥不对称结构,而悬浮绕组考虑其电流方向可逆,主电路采用叁相半桥逆变电路,对主开关的驱动和缓冲电路进行了结构设计。控制系统设计采用DSP+CPLD的架构,对各自承担的控制任务进行了合理分配。转子径向位移控制采用片外模拟PID设计,转速控制采用片内数字控制。对转子位置和径向位移检测电路、片外径向位移模拟PID控制器、电流滞环控制器和保护电路等外围电路进行了系统的结构设计。将部分设计思想应用于一台12/10结构的六相普通开关磁阻电机,进行了转矩绕组方波电流获取等初步实验,取得了较好的效果。对磁悬浮开关磁阻电机的磁轴承部分进行了原理性的探讨,采用轴向—径向混合磁轴承,对其基本结构及其工作原理进行了探讨,推导了基本数学模型。
李冰[10]2003年在《电磁轴承系统集成化技术的研究》文中研究指明电磁轴承集成技术是目前磁轴承高速电机领域研究的热点。该技术对于提高系统的可靠性、减小转子轴向长度和体积，改善高速电机的动态性能具有独特的作用。本文以电磁轴承系统集成化技术为研究重点，包括将轴向和径向磁轴承功能结合为一体的集成磁轴承、将径向磁轴承和异步电机集成在一起的无轴承异步电机、新型开关功率放大器的研制以及控制系统H_∞鲁棒控制策略等研究。主要作了以下几个方面开创性的工作： 研究了一种高效紧凑的新型永磁偏置轴向径向磁轴承。利用等效磁路法建立了该磁轴承的磁悬浮力数学模型，依据此数学模型分析了径向和轴向磁悬浮力之间的非线性耦合关系，得出在转子平衡位置附近，径向和轴向悬浮力是解耦的结论，从而为控制带来了极大的方便。在以上分析的基础上，推出磁悬浮力的线性化方程，计算了电流刚度和位移刚度，同时提出了这种磁轴承的性能指标公式，为该磁轴承的设计提供了理论依据。对该新型磁轴承进行了ANSYS有限元仿真，很好地验证了磁悬浮机理和数学模型的正确性。实验进一步验证了永磁偏置轴向径向磁轴承的工作原理和优良的动态性能。在永磁偏置轴向径向磁轴承的基础上首次提出了一种永磁偏置径向磁轴承，研究了该磁轴承的数学模型，并对其进行了实验验证。 在阐明无轴承异步电机基本工作原理的基础上，详细推导了适用于矢量控制的磁悬浮力数学模型，为无轴承异步电机的气隙磁场定向控制奠定了坚实的基础。首次运用有限元方法对该电机进行了深入的研究，充分展现了无轴承异步电机特有的气隙磁场分布、验证了稳定磁悬浮力产生的条件、指出了磁饱和对磁悬浮力的影响、利用有限元方法修正了磁悬浮力数学模型。 研究了由无轴承异步电机和永磁偏置轴向径向磁轴承构成的新型五自由度磁悬浮系统。阐述了无轴承异步电机的气隙磁场定向控制策略，采用该非线性控制方法能使无轴承异步电机解耦成转矩子系统和磁悬浮径向力子系统，从而可以采用经典PID对这两个独立的子系统进行控制，首次实现了系统在0～3000rpm转速范围内的稳定悬浮。 提出一种五自由度悬浮磁轴承电机系统(由永磁偏置轴向径向磁轴承、永磁偏置径向磁轴承、高速永磁同步电机共同构成)。首次将H_∞鲁棒控制策略应用于集成化磁轴承系统，详细论述了H_∞控制器的设计过程，并与经典PID控制策略进行了比较，表明了H_∞控制器优良的抗干扰能力和稳定的鲁棒性。 针对磁轴承系统对开关功率放大器的要求，首次提出并实现了一种具有高带宽和低纹波电流的开关功率放大器——电流模式控制叁态开关功率放大器，详细阐述了其南京航空航天大学博士学位论文工作原理和设计过程，给出了实验波形和分析。从降低系统成本和提高可靠性的角度，提出了一种采用空间电压矢量控制的开关功率放大器，对其进行了仿真研究，指出了这种功放的应用前景。
参考文献：
[1]. 无轴承电机通用磁悬浮模型及解耦控制系统研究[D]. 卜文绍. 华中科技大学. 2007
[2]. 主动磁悬浮力耦合的软件解耦及其控制系统研究[D]. 刘雪冬. 武汉理工大学. 2003
[3]. 感应型五自由度无轴承电机悬浮及旋转驱动系统研究[D]. 杨均悦. 大连交通大学. 2017
[4]. 无轴承电机磁悬浮机理及其控制方法研究[D]. 王宝国. 沈阳工业大学. 2002
[5]. 永磁型无轴承电机的基础研究[D]. 仇志坚. 南京航空航天大学. 2009
[6]. 一种新型磁悬浮电机解耦控制与转子位置检测研究[D]. 李希南. 沈阳工业大学. 2002
[7]. 无轴承异步电机逆系统动态解耦控制策略研究[D]. 祖从林. 河南科技大学. 2014
[8]. 高速电机磁轴承控制与监测技术研究[D]. 王大朋. 沈阳工业大学. 2012
[9]. 磁悬浮开关磁阻电机基本参数与控制方法的研究[D]. 刘羡飞. 江苏大学. 2008
[10]. 电磁轴承系统集成化技术的研究[D]. 李冰. 南京航空航天大学. 2003
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