无轴承永磁同步电机控制系统设计与仿真

无轴承永磁同步电机是自身具有磁悬浮轴承功能的新型特种电机，是一个复杂的强耦合的非线性系统，建立无轴承永磁同步电机径向悬浮力和电机数学模型，是设计无轴承永磁同步电机控制系统的前提，实现其径向悬浮力和电磁转矩之间的解耦控制是电机稳定运行的基本条件。该文在介绍无轴承永磁同步电机径向悬浮力产生原理的基础上，推导了径向悬浮力和电机数学模型，采用基于转子磁场定向控制策略设计了无轴承永磁同步电机矢量控制系统，利用Matlab的Simulink工具箱构建了矢量控制系统，对无轴承永磁同步电机的转速、转矩及转子起浮性能进行了仿真。仿真结果表明控制系统不仅可以实现转子稳定悬浮，而且电机具有良好的动态性能。     

基于a阶逆系统五自由度无轴承永磁电机解耦控制

文中应用多变量非线性控制a 阶逆系统方法，对新型五自由度无轴承永磁同步电机这一多变量、非线性、强耦合的控制对象进行动态解耦控制研究。介绍了新型五自由度无轴承永磁同步电机结构，阐述了a 阶逆系统方法，分析了三自由度磁轴承的工作原理和二自由度无轴承永磁同步电机径向力产生机理，给出三自由度磁轴承轴向力、径向悬浮力方程和二自由度无轴承永磁同步电机转矩力和径向悬浮力方程，建立了电机的状态方程，分析了基于a 阶逆系统方法解耦控制的可行性，推导出基于a 阶逆系统方法的动态解耦控制算法，并进行了仿真研究。仿真结果表明这种控制策略能够实现五自由度无轴承永磁同步电机转矩力和悬浮力之间的动态解耦控制，系统具有良好的动、静态性能。     

无轴承永磁同步电机控制系统设计与仿真

无轴承永磁同步电机稳定运行的前提条件是要实现电磁转矩和径向悬浮力之间的动态解耦控制。本文介绍了无轴承永磁同步电机径向悬浮力和数学模型，采用基于转子磁场定向控制策略设计了无轴承永磁同步电机矢量控制系统。利用Matlab／Simulink工具箱对控制系统作了仿真研究。结果表明控制系统不仅可以实现转子稳定悬浮，而且电机具有良好的动静态性能。     

永磁型无轴承电机悬浮力前馈控制系统研究

传统的永磁型无轴承电机悬浮力控制系统由于数字控制器采样周期、电流调制过程中的延时以及电机定子铁心涡流等因素的影响,实际的可控悬浮力与其指令信号之间存在延时,因而电机的悬浮性能受到影响.基于经典控制理论中的前馈控制思想,提出了永磁型无轴承电机悬浮力前馈控制系统.仿真研究表明,该系统能够有效地消除力延时和提高电机的悬浮运行性能.     

无轴承异步电机数学模型与解耦控制

针对无轴承异步电机是一个强耦合的非线性复杂系统,实现其电磁转矩和径向悬浮力之间的成功解耦是电机稳定悬浮工作的关键问题.在给出了无轴承异步电机径向悬浮力产生原理的基础上,推导了径向悬浮力和电机旋转部分的数学模型,并采用转子磁场定向控制策略设计了无轴承异步电机矢量控制系统,利用Matlab/Simulink工具箱对该控制系统进行了仿真.仿真试验表明,该控制系统不仅可以实现转子稳定悬浮,而且实现了径向悬浮力和旋转力矩之间的解耦控制,电机具有良好的动、静态性能.     

基于神经网络逆系统理论无轴承异步电动机解耦控制

无轴承异步电动机是一个多变量、非线性、强耦合的系统,其径向力和转速之间存在交叉耦合,若要实现电动机转子稳定悬浮和运行,必须对电动机转速和径向力进行动态解耦控制。为此,本文提出了一种基于神经网络逆系统的无轴承异步电动机解耦控制方法。理论分析表明,此方法可以将无轴承异步电动机动态解耦成位移子系统、转速子系统和磁链子系统,从而简化外环控制器的设计,进一步提高整个系统的控制性能。最后,对采用所提解耦方法的整个无轴承异步电动机控制系统进行了仿真和初步的实验研究,结果验证了该解耦方法的有效性。     

无轴承交替极永磁同步电动机位移自抗扰控制

无轴承交替极永磁同步电动机转子磁路采用交替极配置方式,使径向两自由度的悬浮机理有别于传统表贴式无轴承永磁同步电动机,实现了电机转矩与悬浮的内在解耦。以一台4对极无轴承交替极永磁同步电动机为例,研究了电机径向悬浮机理并推导了径向力数学模型,为径向位移控制策略的设计奠定了基础。为了实现电机径向位移高精度控制,提出电机悬浮系统径向位移自抗扰控制策略,在径向力数学模型上详细分析和阐述了径向位移自抗扰控制的基本原理及其实现方式,最后通过仿真和实验验证了所提控制策略的有效性。     

基于模糊神经网络逆系统的无轴承永磁同步电机解耦控制

无轴承永磁同步电机是一个多变量、非线性和强耦合的系统,因此实现转矩和径向悬浮力的动态解耦是无轴承永磁同步电机实现稳定高速高精度运行的关键。提出一种基于模糊神经网络逆系统的新型解耦控制方法,介绍了无轴承永磁同步电机基本结构和工作原理基础,并建立无轴承永磁同步电机转矩和悬浮力的数学模型。在对数学模型进行可逆性分析的基础上,采用模糊神经网络构建一个有效的逆系统,通过将逆系统与原系统串联,使原非线性系统解耦为3个单输入–单输出子系统,并同时设计了闭环控制器。对所设计的控制系统进行仿真和实验研究。仿真和实验结果表明,这种解耦控制方法可以实现无轴承永磁同步电机转矩和悬浮力之间的解耦控制,并具有良好的动态性能和稳定性。     

无轴承同步磁阻电机解耦集成控制策略

无轴承同步磁阻电机是一个复杂的强耦合非线性系统,解除电机径向力和转矩之间以及径向力分量之间的耦合关系是其稳定悬浮的前提,在给出转子悬浮原理基础上,推导了电机完整的数学模型,提出基于电机实际参数的反馈解耦策略,实现了负载条件下无轴承同步磁阻电机多变量饵耦集成控制.仿真结果表明该解耦方法能实现电机稳定悬浮运行,可获得优良的解耦效果,同时电机具有良好的动、静态性能.     

基于SVPWM的无轴承永磁同步电机转子磁场定向控制系统研究

无轴承永磁同步电机是一复杂的强耦合非线性系统,建立精确的电磁转矩和径向悬浮力数学模型是设计无轴承永磁同步电机控制系统的前提,实现径向悬浮力与电磁转矩之间的解耦是电机稳定运行的基础。文中在引入机械/电气坐标系的基础上,建立了电机的精确数学模型。采用基于SVPWM的转子磁场定向控制策略来实现无轴承永磁同步电机的解耦控制。在此基础上构建了控制系统框图和试验平台,设计了该控制系统的软件结构,最后实验验证了该控制方法的有效性。     

无轴承永磁同步电机径向悬浮力动态解耦控制

针对无轴承永磁同步电机径向悬浮力之间存在的非线性、强耦合问题,提出基于神经网络逆系统方法的无轴承永磁同步电机径向悬浮力动态解耦控制策略.在分析无轴承永磁同步电机的工作原理和径向悬浮力产生机理的基础上,建立径向悬浮力的数学模型,并对该数学模型进行可逆性分析,证明此系统可逆.利用神经网络逆系统方法,将原来的非线性强耦合的多...     

无轴承永磁同步电机有限元分析

无轴承永磁电机径向悬浮力与电机绕组结构、永磁体厚度及悬浮力绕组中电流等存在着复杂关系，研究这些关系对电机优化设计具有重要参考价值。该文在介绍了无轴承永磁同步电机径向悬浮力产生原理基础上，推导了径向悬浮力数学模型。用有限元分析和计算方法，讨论了无轴承永磁同步电机在定子绕组相应等效电流作用下，改变径向悬浮力绕组中的电流，电机气隙磁路分布状况；在电机气隙不变，改变永磁体厚度，计算和分析了径向悬浮力与永磁体厚度之间的关系；在电机转矩绕组极对数pM=2不变的情况下，对径向悬浮力绕组采用一对极pB=1和三对极pB=2方式绕制，计算和比较产生的径向悬浮力和麦克斯韦力大小。对pM=2，pB=3的实验样机，在静态悬浮状态下，测试了径向悬浮力和径向悬浮力绕组电流之间的关系，实验结论验证了ANSYS软件计算结果的正确性。     

无轴承永磁同步电动机永磁体参数优化设计

介绍了无轴承永磁同步电动机径向悬浮力产生原理。通过对比各种永磁体材料的性能和不同转子磁路结构特点,确定采用钕铁硼稀土永磁体,选择转子表面凸装式结构;从理论上分析了径向悬浮力与永磁体厚度、径向悬浮力绕组电流之间的关系;采用有限元方法,在考虑磁路饱和及非线性情况下,对实验样机径向悬浮力进行了计算和分析。研究结果对无轴承永磁同步电动机如何获得最大径向悬浮力以及电动机的优化设计具有参考价值。     

基于模糊神经网络逆系统的五自由度无轴承永磁同步电机自抗扰控制

为了实现五自由度无轴承永磁同步电机的高性能控制,提出一种基于Takagi-Sugeno(T-S)型模糊神经网络逆系统的自抗扰控制方法。首先,基于五自由度无轴承永磁同步电机(5-DOF BPMSM)的结构及运行原理,建立五自由度无轴承永磁同步电机的数学模型,并对数学模型进行了可逆性分析。其次,利用T-S型模糊神经网络的非线性逼近能力构建出五自由度无轴承永磁同步电机的逆系统,将构建的逆系统与原系统串接,使非线性的原系统解耦为六个单输入单输出的伪线性子系统。然后,考虑到伪线性子系统的特点,利用自抗扰控制理论设计了附加闭环控制器来保证伪线性子系统的稳定性。最后,对提出的控制方法与传统的基于逆系统的PID控制方法进行对比仿真和实验研究,结果表明提出的控制方法具有更出色的解耦性能、更高的控制精度以及更强的鲁棒性。     

带阻尼线圈的无轴承永磁同步电机控制研究

分析了无轴承永磁同步电机(BPMSM)的悬浮原理,在转子中加入了一组阻尼线圈,建立了带有阻尼线圈BPMSM径向悬浮力的精确数学模型。通过对加入阻尼线圈前后的数学模型进行计算、对比、分析,证明了阻尼线圈对转子稳定性的增强。采用转子磁场定向控制策略设计并构建了BPMSM的控制系统,对转子的位移等参数进行仿真。结果表明加入阻尼线圈后,有效提高了电机的稳定悬浮性能及系统的鲁棒性。     

基于转子偏心坐标系的无轴承永磁薄片电机径向悬浮力模型

针对无轴承永磁薄片电机(BPMSM)运行时转子悬浮不够稳定的问题,研究了影响BPMSM转子悬浮性能的主要因素,即转子径向悬浮力模型。依据位移补偿控制理论和角坐标系的概念,建立了新的转子偏心坐标系。在转子偏心坐标系下,基于麦克斯韦应力张量法,利用积分和三角变换推导了转子径向悬浮力模型,并设计悬浮力绕组电流直接控制系统。建立电机的有限元模型,通过对比径向悬浮力的有限元分析结果与数学模型计算结果,验证了所推导数学模型的正确性与准确性。     

感应型无轴承电机的优化气隙磁场定向控制

由于悬浮力与转矩之间以及水平、垂直悬浮力之间的耦合，动态过程中感应型无轴承电机转子的悬浮将变得不稳定。针对磁悬浮力是定、转子间气隙磁密有源不平衡结果的概念，该文建立了感应型无轴承电机气隙磁场定向控制模型，进行了起动及突加负载大动态过程稳定悬浮的运行仿真。然而负载运行中转子参数变化和铁磁非线性饱和的影响，定向用气隙磁通发生了幅值及相位的变化，破坏了两正交悬浮力间的解耦条件，影响了转子的稳定悬浮性能。对此，该文又提出了一种优化气隙磁场定向控制策略和系统，通过对气隙磁链幅值和相位的实时修正，实现了在气隙磁场定向基础上的动态解耦控制，有效地提高了考虑参数变化及计及饱和时感应型无轴承电机的实际悬浮运行能力，为实际系统的动态解耦控制提供了实施途径。