磁悬浮开关磁阻电动机转子径向偏心时的仿真

磁悬浮开关磁阻电动机结合了开关磁阻电动机和磁轴承的特点,通过电磁力控制转子径向位置。分析了磁悬浮开关磁阻电动机悬浮力和旋转力的产生原理。基于开关磁阻电动机转子的四个特殊位置,利用二维有限元方法分析了转子位于中心位置与有径向偏心时的电机内部磁场,给出了磁场分布图、径向悬浮力与径向偏心矩的关系曲线、旋转力与径向偏心矩的关系曲线,为进一步描述磁悬浮开关磁阻电动机悬浮力与旋转力的模型提供了依据。     

基于微分几何的磁悬浮开关磁阻电机径向力的变结构控制

以磁悬浮开关磁阻电动机为对象,研究了其转子径向两自由度悬浮力系统的解耦和控制。根据电磁场理论的虚位移定理,建立了磁悬浮开关磁阻电动机径向悬浮力的数学模型。针对该模型具有非线性、多变量和强耦合的特点,采用非线性控制的微分几何方法来设计出解耦规律,通过该解耦规律的补偿,将原系统解耦和完全线性化。对解耦得到的线性子系统,应用滑模变结构控制理论来设计控制器,以获得转子的高精度稳定悬浮。仿真结果验证了该控制策略的有效性。     

一种用于心室辅助装置的五自由度双定子电机

设计了一种适合于婴幼儿患者应用的磁悬浮心室辅助装置,该装置和通常适用于成年患者的磁悬浮心室辅助装置相比,其器械体积要足够小,故设计了一种微型化轴向气隙磁悬浮电机,并提出采用p±2极算法实现径向位置控制,且通过磁场分析的方法验证了微型化轴向磁悬浮电机径向位置控制方法的可行性。在结构方面:提出的该双定子电机由结构相同的顶部定子与底部定子及一个位于定子中间的悬浮转子构成,其中,双定子结构可以大大减小电机的体积、增大气隙和转矩。在控制方面:转子的转速和轴向位移可由矢量控制方法实现其独立控制,而转子的倾斜量和径向位移可通过提出的p±2极算法实现,由此表明所设计的电机外径为28 mm,高为41 mm的轴向气隙双定子电机可实现其在五个自由度上的完全控制。     

主动磁悬浮轴承的滑模自抗扰解耦控制

针对磁悬浮轴承系统各径向自由度之间存在的耦合关系,特别是转子高速时的陀螺效应耦合,提出了一种基于滑模自抗扰解耦控制的方法.首先建立了考虑耦合效应的系统模型,利用扩张状态观测器对系统的内外扰动进行估计和补偿,把多变量耦合系统解耦成4个单自由度的二阶串联积分型子系统.为保证系统的快速动态响应,将滑模控制引入到非线性状态误差反馈控制律中,设计了各自由度的滑模自抗扰控制器,并利用Lyapunov理论证明了控制系统的稳定性.通过抗干扰和信号跟踪试验仿真,结果表明,所设计的滑模自抗扰控制器实现了对磁悬浮轴承各自由度的解耦控制,响应快,能对设定信号进行跟踪,抗干扰能力强,同时解决了磁悬浮轴承高转速运行下的陀螺效应对控制的影响,能适用于纺纱机械转杯的高速场合.     

基于转子磁场定向的磁悬浮异步电动机线性化解耦控制

根据磁悬浮异步电动机转子磁场定向下的数学模型,应用多变量非线性控制的状态反馈线性化方法,将多变量、强耦合的非线性系统解耦成转速、转子磁链及转子位置等彼此无耦合的线性子系统。采用专家PID控制器对解耦后的线性子系统进行控制器设计。仿真结果表明,系统具有良好的动静态性能,确保磁悬浮异步电动机的稳定悬浮。     

无轴承磁悬浮电机系统中的非接触传感器

文章介绍了适用于磁悬浮电机系统的非接触式转子位置传感器,对其原理、性能以及适用范围作了比较,系统地研究了涡流传感器的动、静态特性,分析了转子检测系统的误差来源及表现形式,提出了消除方法。给出了涡流传感器对一台无轴承磁悬浮电机系统转子位置检测的应用实例及其结果。结果说明涡流传感器结构简单,动态性能好,输出信号强,可以满足磁悬浮电机系统多自由度复杂控制的要求。     

永磁同步电动机无位置传感器控制系统的一种算法研究

为了准确检测的位置信息,在分析永磁同步电动机数学模型的基础上,将滑模变结构控制应用于永磁同步电动机的控制系统.采用滑模状态观测器算法对电动机转子位置进行估算,从而实现了对无位置传感器型永磁同步电动机的转子磁场定向矢量控制.实验结果表明,滑模状态观测器算法对转子位置跟踪准确,系统具有较好的鲁棒性.     

感应型磁悬浮电动机的解耦控制

对双定子绕组感应型磁悬浮电动机进行了研究。针对系统具有多变量、强耦合、非线性的特点 ,应用多变量非线性控制的逆系统理论 ,通过状态反馈线性化方法 ,设计出非线性控制器 ,经过该非线性控制器的补偿 ,将原非线性强耦合的多变量系统解耦并线性化 ,成为转速、转子磁链及转子位置等彼此无耦合的线性子系统。最后 ,应用线性系统理论对这些线性子系统进行综合。计算机仿真表明 ,系统具有良好的静、动态性能。     

电动汽车磁悬浮飞轮电池储能系统设计

为了提高电动汽车动力蓄电池能效,增加电动汽车的启动功率,设计了一种电动汽车用五自由度主动悬浮控制的磁悬浮飞轮电池储能系统,阐述了系统的悬浮控制原理,并结合一种数字比例-积分-微分(PID)控制算法建立了该磁悬浮飞轮径向单自由度传递函数.仿真分析了该传递函数的频谱特性及飞轮转子的运动轨迹曲线,实现了对磁悬浮飞轮电池样机30 000 r/min的旋转实验.实验结果表明:该磁悬浮飞轮转子可以高速稳定旋转,具有良好的储能能力;可以辅助电动汽车原动力蓄电池工作,有助于提高原动力电池的充放电性能以及延长原动力蓄电池的使用寿命.     

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。     

无轴承永磁同步电机的转子磁场定向控制研究

无轴承永磁同步电机由于功率密度大、转矩脉动低等优良特性受到了高度重视。文中针对一类表面贴装式无轴承永磁同步电机，详细推导出径向悬浮力表达式，建立了准确的数学模型。针对电磁转矩和径向悬浮力之间耦合的特点，采用了基于转子磁场定向的控制策略来实现这类无轴承永磁同步电机的非线性解耦控制。实验证明了该控制算法的有效性。该控制算法对插入式转子结构和内装式转子结构的无轴承永磁同步电机的控制系统设计具有一定的借鉴作用。     

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     

基于模糊补偿的无轴承同步磁阻电机径向位置逆控制

给出无轴承同步磁阻电机转子径向位置的控制模型,针对多变量、强耦合的径向位置非线性系统,提出一种基于模糊补偿的被控电机转子径向位置逆控制方法,证明该径向位置系统可逆,推导出其逆系统模型,将其精确线性化成一个伪线性系统,从而将径向位置系统解耦为两个独立的二阶线性子系统.为对已解耦的径向位置系统进行综合,在常规PID控制器基...     

Inherently decoupled magnetic suspension in homopolar-typebearingless motors

The authors have proposed bearingless motors, that is, magnetic bearings combined with motors in the same stator. It is possible to reduce their shaft length compared with a conventional motor with magnetic bearings, and to achieve higher rotational speed. Bearingless motors generate radial force by adding n ± 2-pole flux on n-pole motor flux to make the flux distribution unbalanced. Several types of bearingless motors have already been proposed, and most of them require variations of motor flux to be taken into account to maintain stable radial position control. In this paper, homopolar-type bearingless motors are proposed and their radial force is analyzed. The rotor of a homopolar motor has two cores with salient poles, and each core is magnetized in a single pole. The important characteristics that the radial force does not vary in accordance with the rotor angle or the motor torque current are derived from analysis. It is confirmed by experiments that the radial position can be controlled nearly independently from the rotational angle and torque     

永磁无刷直流电动机场路耦合运动时步有限元分析

提出一种适用于永磁无刷直流电动机的场路耦合运动时步有限元分析方法，解决了电机在非正弦供电时的场路耦合分析问题。电路中考虑了开关元件换流重叠过程和绕组中点的电位波动。给出了控制电路与电磁场方程耦合的时步有限元单元分析方法，采用改进的有限元运动边界处理方法--插值运动边界法解决转子运动问题。应用上述模型对1台无刷直流电动机的进行分析，计算结果和样机的实测波形吻合。该方法也适用于其他非正弦供电电机的场路耦合有限元分析。     

基于I-ω法磁场辨识的无轴承异步电动机矢量控制

集旋转与悬浮于一体的无轴承异步电动机是一个非常复杂的非线性系统,电磁转矩与径向悬浮力的非线性解耦是实现电机稳定悬浮运行的基础.气隙磁场定向控制算法复杂,且没有实现两者的动态解耦.提出了基于转矩绕组转子磁场定向控制算法,径向悬浮控制所需的气隙磁场通过I-ω实时辨识.仿真结果表明,电磁转矩与径向悬浮力实现完全解耦,验证了所提方案的有效性.     

感应电动机定子磁链与转矩解耦自适应控制

基于非线性状态变换和状态反馈，提出了感应电动机定子磁链和转矩的精确解耦控制策略。并针对电动机运行过程中定子和转子电阻值随温度升高而发生变化，提出了自适应解耦控制律，确保了电阻估计误差的收敛以及定子磁链和转矩对各自参考值的渐近跟踪。通过理论分析证明了自适应反馈控制的收敛性和整个闭环系统的稳定性，最后数字仿真验证了系统的控制性能。     

基于神经网络的现代感应电机自适应L2鲁棒控制

提出一种用于现代感应电机调速的自适应L2鲁棒控制方法。采用反步法(backstepping)推导出2个自适应L2鲁棒控制器，这2个控制器1个控制转速和磁链外环，1个控制定子电流内环。考虑了由感应电机定转子电阻、转动惯量和负载转矩的不确定性造成的扰动，采用RBF(radial basis function)神经网络来补偿这些扰动。提出的控制器可以和1个转子磁链观测器联用。应用转子磁链定向模型固有的解耦性质和HJI(Hamilton-Jaccobi-Issacs)不等式，从全局上证明了控制系统的鲁棒性。仿真结果表明，提出的控制方法对感应电机的不确定性有很强的鲁棒性，且具有很高的动态性能。     

Radial force and torque of a bearingless switched reluctance motor operating in a region of magnetic saturation

Bearingless switched reluctance motors, which can control rotor radial positions with magnetic force, have been proposed. These motors are characterized by integration of switched reluctance motors and magnetic bearings. It is essential for a control system to consider magnetic saturation in real time in order to realize stable operation at a full torque load. Thus, this paper proposes a method for fast calculation of radial force and torque of a bearingless switched reluctance motor operating in a region of magnetic saturation. It is shown experimentally that the proposed method is effective in calculating the radial force and the torque under conditions of magnetic saturation.     

Improved analysis of a bearingless switched reluctance motor

Bearingless switched reluctance motors, which can control rotor radial positions with magnetic force, have been proposed. Bearingless switched reluctance motors have combined characteristics of switched reluctance motors and magnetic bearings. Production of radial force for rotor shaft magnetic suspension is explained with differential stator windings. Mathematical relations between motor currents and radial force are derived by considering cross coupling and fringing fluxes. Theoretical relationships are verified with experimental results at partial overlap positions