开关磁阻电机无位置传感控制器研究

针对机械式位置传感器增加控制系统复杂性和降低系统可靠性的问题,提出了开关磁阻电机一种新的无位置传感控制器。在建立开关磁阻电机电感模型基础上,推导无位置传感器数学模型,构建无位置传感器控制系统。通过测量激励相电压和电流,估算转子实际位置,采用电流斩波控制方法控制开关磁阻电机低速运行,采用角度位置控制方法控制开关磁阻电机高速运行。对该无位置传感系统进行仿真,并实现了对开关磁阻电机无位置传感器的控制。实验结果表明该方法能在较宽调速范围内准确地估计开关磁阻电机转子位置。     

平面开关磁阻电机模型参考自适应位置控制

为了提高平面开关磁阻电机的位置精确度,研究一种基于模型参考自适应控制理论的平面开关磁阻电机控制方法。采用最小二乘法辨识了平面开关磁阻电机的线性化模型参数,根据李亚普若夫稳定性理论,以力指令为控制量并采用输入输出变量设计了平面开关磁阻电机模型参考自适应位置控制器,基于dSPACE半实物实时仿真系统,构建了实时在线控制实验平台,进行了平面开关磁阻电机的模型参考自适应位置控制实验。研究表明:基于模型参考自适应控制的平面开关磁阻电机系统能平稳、准确地跟随给定位置,提高了电机位置精确度,验证了提出的平面开关磁阻电机模型参考自适应控制方法的可行性和有效性。     

无轴承开关磁阻电机的功率变换器研究

无轴承开关磁阻电机结构简单、运行效率高、容错能力强,具有良好的高温和高速适应性。介绍了无轴承开关磁阻电机的悬浮原理和系统构成,简要分析了其控制策略。根据其控制特点,设计了主绕组和悬浮绕组功率电路拓扑结构,通过实验样机验证了功率电路的可靠性。     

无轴承开关磁阻电机控制策略综述

无轴承开关磁阻电机结合了磁轴承与开关磁阻电机的双重优点,在航空、高速等领域具有非常广阔的发展前景。该文简要地介绍了无轴承开关磁阻电机的工作原理及其数学模型,总结了近年来无轴承开关磁阻电机在控制策略方面的研究成果,并对主要控制策略的优缺点进行了分析和比较。最后指出了无轴承开关磁阻电机未来的研究和发展方向。     

基于电感模型的开关磁阻电机无位置传感技术

基于开关磁阻电机(SRM)的电感模型,提出了一种新的无位置传感技术.在推导无位置传感器相关公式的基础上,构建了无位置传感器控制系统,并对该系统进行了仿真计算,应用FPGA可编程逻辑控制器研制了转子位置估计模块,设计DSP数字信号处理系统实现对开关磁阻电机的控制.实验结果表明该方法能在较宽调速范围内(0～3 000r/min)准确地估计开关磁阻电机的位置.     

基于最小二乘支持向量机逆系统的五自由度无轴承同步磁阻电机解耦控制

针对三自由度交直流混合磁轴承和二自由度无轴承同步磁阻电机构成的五自由度无轴承同步磁阻电机,实现磁轴承的径向悬浮力、轴向悬浮力、二自由度无轴承同步磁阻电机的径向悬浮力和电磁转矩的解耦控制是五自由度无轴承同步磁阻电机稳定运行和精确控制的必要条件。该文在介绍五自由度无轴承同步磁阻电机基本结构的基础上,建立了三自由度交直流混合磁轴承和二自由度无轴承同步磁阻电机的数学模型,进而建立了五自由度无轴承同步磁阻电机的状态方程,并进行了可逆性分析。采用最小二乘支持向量机所具有的小样本逼近和辨识拟合能力,得到五自由度无轴承同步磁阻电机逆模型,根据逆系统方法的基本原理,将复杂的原非线性多变量耦合系统解耦成多个单输入单输出伪线性系统,并设计了闭环PID控制器。仿真和实验表明,电机具有良好的速度和悬浮特性,这种解耦方法能够实现五自由度无轴承同步各个被控量之间的动态解耦,并且系统具有良好的动静态性能。     

无轴承开关磁阻电机径向电磁力模型

针对现有无轴承开关磁阻电机数学模型忽略磁饱和或对磁饱和考虑不充分的不足,将麦克斯韦张量法和磁路分析法结合起来,提出了一种计算无轴承开关磁阻电机径向电磁力的方法.该方法考虑了电机运行过程中磁饱和以及转子的偏心位移,能够准确的描述电机径向电磁力的特性,为电机运行状态的离线分析和电机的设计提供了更为可靠的理论依据;该模型同时为无轴承开关磁阻电机电磁振动和噪声的预测与控制提供了理论依据.以一台实验样机为例,建立了考虑磁饱和的无轴承开关磁电机有限元分析模型.仿真结果证明了该解析模型的有效性.     

基于TMS320LF2407A开关磁阻电机控制系统的研究及实现

首先介绍了开关磁阻电机调速系统及各运行状态控制,其次在分析开关磁阻电机运行原理、调速特性和控制方法的基础上,提出了高速变角度电压斩波控制—低速定角度电流斩波电压斩波控制的控制策略,PWM控制采用双闭环调节器来实现电压斩波。针对实验用30 kW开关磁阻电机驱动系统,基于TI公司的TMS320LF2407A,设计了控制器的硬件电路及软件流程,最后给出了系统在不同转速下的绕组电流及不同负载情况下的电流波形曲线。     

基于三相半桥功率变换器的无轴承开关磁阻电机绕组结构分析

无轴承开关磁阻电机兼有开关磁阻电机和磁轴承的优点。功率变换器是无轴承开关磁阻电机的重要组成部分,其控制绕组电流,对电机旋转和悬浮性能有重要影响。悬浮绕组功率变换器采用三相半桥结构时,由于负载的不对称,存在中点电压漂移问题。该文简要介绍了电机悬浮原理和数学模型,将功率变换器和电机作为一个整体,分析了中点电压漂移的原因及绕组配置对中点电压的影响。给出了5种绕组结构形式下,各相悬浮力之和及其对中点电压的影响。通过合理配置绕组结构,使电机在恒定径向负载的情况下,中点电压波动大为减小。给出了4种优化的无轴承开关磁阻电机绕组结构。实验结果证明了理论分析的正确性。     

一种针对高速开关磁阻电机数字控制器的研制

开关磁阻电机(SR电机)转子上无线圈和永磁体,较适合于高速运行.介绍一种针对高速开关磁阻电机的数字控制方法,设计了以C8051F120为控制核心的数字控制器,包括硬件和软件,实现了SR电机高速运行时的调角度控制和电流斩波控制(CCC)相结合的控制方法,实验结果表明该数字控制系统简单并具有优良的性能,达到了高速电机控制的运行要求.     

基于神经网络逆系统的磁悬浮开关磁阻电动机的解耦控制

磁悬浮开关磁阻电动机作为一个多变量、非线性和强耦合的系统,其控制系统的设计非常复杂.对于磁悬浮开关磁阻电动机来说,得到径向力和平均转矩的先验知识是实现电机闭环控制的基本条件.基于基本电磁场理论,论文给出磁悬浮开关磁阻电动机的径向力模型,对该模型进行可逆性分析,证明该系统可逆,应用神经网络逆系统方法实现径向力的动态解耦,以便达到高性能的控制目的,仿真结果验证了方法的可行性.     

无轴承开关磁阻电动机悬浮绕组功率变换器的分析与改进

简要介绍了无轴承开关磁阻电动机的基本原理,根据转矩和悬浮力的控制策略,分析了三相半桥功率变换器的特点和不足。推导了转矩和悬浮力的小信号模型,分析了变换器绕组电流纹波对转矩和悬浮力的影响。在此基础上,提出了一种改进措施——悬浮绕组功率变换器采用三相四桥臂结构,电流数字滞环采用三态控制方式。然后介绍了三相四桥臂功率变换器的各种工作模式和数学模型,分析了两种变换器在数字滞环控制方式下电流纹波的大小和差别。样机实验结果表明了改进措施的有效性。     

Radial Force Analytic Modeling for a Novel Bearingless Switched Reluctance Motor When Considering Rotor Eccentricity

Abstract—Analytic modeling of radial forces is proposed for the novel bearingless switched reluctance motor, where the rotor eccentricity is taken into account. The novel bearingless switched reluctance motor's model is never disclosed, even though there are many advantages, such as fewer suspension windings and simpler control circuit and algorithm, when compared to the conventional bearingless switched reluctance motor. The analytic model of radial forces is very important to achieve this new bearingless switched reluctance motor's suspension control. The rotor eccentricity is a key cause to affect the radial forces. This article calculates the air-gap permeances through considering rotor eccentricity. The self-inductance and mutual-inductance expressions of the motor torque windings and the suspension windings are derived by using the magnetic equivalent circuit method. The derived radial force model discloses the effects of winding currents, rotor position angle, and rotor eccentricity displacement. The finite-element analysis based results verify the built model.     

宽转子无轴承开关磁阻电机的转子极形优化

为了解决宽转子无轴承开关磁阻电机由于开关型供电方式以及双凸极铁心结构在运行过程中容易导致转矩脉动很大的问题，本文对其转子极结构进行改进，提出在转子极两侧开槽的优化设计方案。旨在通过增大开槽处的气隙磁阻，提高用于产生转矩的切向分量的气隙磁密，从而降低转矩脉动。对所开槽进行参数化处理，使用控制变量法分析各开槽参数对转矩性能的影响，以性能指标最优为目标确定开槽参数。利用场路耦合的方法将电机有限元分析模型和直接瞬时转矩控制电路模型结合起来，实现电机系统的动态运行。仿真结果表明转子极开槽后能够有效降低宽转子无轴承开关磁阻电机的转矩脉动，提升平均转矩，并且对径向悬浮力的影响很小。     

无轴承开关磁阻电机磁饱和特性的电磁场分析

阐述了无轴承开关磁阻电机径向悬浮力产生的原理,考虑电机内复杂的磁场饱和情况,定性分析了主、副绕组电流大小对悬浮力的影响.计及磁场饱和,建立了无轴承开关磁阻电机的有限元分析模型,以一台3kW样机为例计算了各种主、副绕组电流组合时的转矩与悬浮力.数值计算结果验证了定性分析所得结果,表明无轴承开关磁阻电机在运行中存在比传统开关磁阻电机更加复杂的磁饱和现象,磁饱和使得电机悬浮力与绕组电流关系严重非线性,而且悬浮力大小并非总是随绕组电流的增加而增加,存在随电流增加悬浮力减小的情况,这必然给稳定悬浮控制带来困难.     

一种磁悬浮开关磁阻电机的自适应控制器

磁悬浮开关磁阻电机结合了同步电机和磁轴承的优点.本文考虑到电机参数的时变性,设计了适用于磁悬浮开关磁阻电机的自适应控制器,并对其进行了仿真.仿真结果表明了该控制系统具有良好的动静态性能.     

Torque and suspension force in a bearingless switched reluctance motor

Bearingless switched reluctance motors, which can control rotor radial positions with magnetic force, have been proposed. The bearingless switched reluctance motors are characterized by integration of switched reluctance motors and magnetic bearings. These motors have two kinds of stator windings composed of motor main windings and suspension windings in the same stator in order to produce suspension force that can realize rotor shaft suspension without mechanical contacts or lubrication. For successful stable operation, accurate theoretical formulas of instantaneous torque and suspension force are necessary to a rotational speed controller and a rotor radial position controller. This paper derives the theoretical formulas of the instantaneous torque and the suspension force from an assumption of simple permeance distribution. This derivation process makes an assumption that fringing fluxes are distributed on elliptical lines. It is shown with experimental results that the derived theoretical formulas are very accurate in terms of practical application. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 157(2): 72–82, 2006; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20157     

基于自整定模糊PID控制器的SRM调速系统

以数字信号处理器为主控芯片,建立了开关磁阻电动机调速(SRD)控制系统,设计了自整定模糊PID控制器,实现了开关磁阻电动机转速的实时控制.实验证明,自整定模糊PID控制器兼有模糊控制器和PID控制器的优点,能有效减小系统超调,缩短系统调节时间,提高系统稳态精度,它是一种有效的控制算法,具有较高的应用价值.     

无轴承开关磁阻电机的转矩计算

无轴承开关磁阻电机具有体积小、效率高的优点,分析了无轴承开关磁阻电机的电磁力产生的原理,用增强能量增量法推导计算了电机转矩的方程式,并使用有限元方法对电机的转矩进行了计算验证,分析了电机的转矩特性,给出了实现电机稳定运行的电流取值范围,为电机设计提供了参考。