感应型无轴承电机磁悬浮力解析模型及其反馈控制

由于负载、干扰和径向位移检测误差，无轴承电机悬浮运行时定、转子中心并不重合，产生偏心，影响了其稳定悬浮控制性能。该文从运行原理出发，建立了计及定、转子定位偏心的感应型无轴承电机磁悬浮力的较精确解析模型，采用电机电磁场分析软件ANSOFT验证了它的精度。应用这个模型实现了悬浮力的实时观测，在传统气隙磁场定向矢量控制系统基础上添加了悬浮力的闭环控制，有效地提高了感应型无轴承电机稳定悬浮运行的动、静态性能。     

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。     

感应型无轴承电机的模糊-PID控制

从运行原理出发，建立了感应型无轴承电机磁悬浮力的解析模型。设计了一个模糊控制器，进而构建了一个基于模糊控制的自适应PID控制器；利用模糊控制器的模糊推理能力来实现PID控制器参数在线调整，以达到优化控制的目的。仿真结果表明，这种控制器与常规PID控制器相比可以取得较好的控制效果，有效地提高了感应型无轴承电机稳定悬浮运行的动、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。     

无轴承永磁同步电机转子偏心位移的直接控制

无轴承电机运行时由于负载扰动使其转子产生的径向偏心影响了其稳定悬浮性能，因此如何采取直接有效的方法控制转子偏心位移、使转子稳定悬浮成为无轴承电机研究的重点。文中对无轴承电机中的麦克斯韦力进行详细研究后，根据径向偏心位移和径向悬浮力之间的关系，基于可控径向悬浮力产生的机理，采用转子磁场定向，对转子偏心位移的控制提出了一种全新的控制方法：无轴承永磁同步电机转子偏心位移的直接控制，并设计了相应的控制系统。仿真结果表明，该方法有效地提高了无轴承电机稳定悬浮运行的动、静态性能，实现了对转子偏心位移的直接控制。     

计及偏心及洛仑兹力的永磁型无轴承电机建模与控制研究

对转子偏心情况下永磁型无轴承电机中2种磁悬浮力的产生机制进行了深入的理论分析和数学建模；特別揭示了转子偏心、转矩绕组磁场对悬浮力控制及悬浮绕组磁场对转矩控制的耦合影响；提出一种实用的悬浮力及转矩控制方案，并通过在一台表面贴装无轴承永磁同步电动机上进行的实验验证了其有效性和实用性。实验结果表明考虑转子偏心和洛仑兹力的影响有效的提高了无轴承电机悬浮运行时的稳态精度和动态响应速度，极大的拓宽了其应用领域。     

基于神经网络的无轴承电动机悬浮子系统仿真研究

无轴承电动机电磁转矩和磁悬浮力的独立控制是实现电动机超高速运转的有效途径。推导磁悬浮力的数学模型,提出了一种基于DRNN神经网络整定的PID控制方法,将该控制方法应用于转子悬浮控制子系统中并应用Matlab工具进行仿真。仿真结果表明该控制系统具有很好的性能,能够实现电动机的稳定悬浮。     

永磁型无轴承电机的完整系统建模

为实现永磁型无轴承电机的稳定悬浮运行，须对转矩和悬浮力进行实时控制。电磁转矩和磁悬浮力的精确计算是无轴承电机设计及其控制的基础。传统的永磁型无轴承电机数学模型将转矩与悬浮力作为两个独立的系统来考虑，忽略了它们之间的非线性电磁耦合关系，因此计算精度不理想。该文通过虚位移法推导、并建立了考虑转矩绕组与悬浮绕组之间非线性电磁耦合关系及转子运动的面贴式永磁型无轴承电机完整系统数学模型，并通过有限元分析提取了模型中的关键参数。基于此模型实现了转子磁场定向控制的悬浮运行仿真，通过与传统数学模型的仿真结果对比，验证了该模型的精确性与完整性。     

变速变负载无轴承永磁同步发电机悬浮力及发电性能研究

针对普通发电机轴承磨损严重的问题,提出一种无轴承永磁同步发电机。首先分析了无轴承永磁同步发电机的悬浮原理和发电原理;其次,推导了感应电压表达式,利用麦克斯韦张量法建立悬浮力和电磁转矩的数学模型并验证其正确性;再次,运用参数化分析法设计并优化了发电机结构,仿真结果验证了发电机具有良好的悬浮力和电磁性能;另外,将设计的样机进行试验,验证了该发电机具有良好的动态性能;最后针对发电机常见的变速、变负载的问题,基于有限元仿真分析了其对发电机运行性能的影响。仿真结果说明该发电机在特殊工况下具有良好的悬浮性能。研究表明提出的新型发电机具有良好的动静态性能可以稳定运行。     

三相无轴承异步电机的磁场定向控制

为实现三相无轴承异步电机的高性能悬浮和驱动控制,研究了4极转矩系统和2极磁悬浮系统的磁场定向控制问题.首先对转矩系统的气隙磁场定向和转子磁场定向控制进行了对比分析,然后分析了磁悬浮系统的磁场定向控制策略和非定极转子的感应补偿问题;最后,根据三相无轴承异步电机的运行控制特点,转矩系统采用了转子磁场定向、悬浮系统采用了气隙磁场定向和感应补偿的组合控制策略,对三相无轴承异步电机的控制系统进行了仿真和实验分析.结果表明:在额定转速范围内,可实现可靠的悬浮控制和良好的解耦控制性能.所采用的磁场定向控制策略是可行的.     

无轴承异步电机的悬浮机理及其气隙磁场定向控制

无轴承异步电机运行时，因会出现转子偏心，必须对其悬浮力进行实时控制才能实现稳定运行。文章从电机悬浮机理出发，比较分析了三种悬浮力模型。其中计及转子偏心的悬浮力精确解析模型形式简单，适合对电机的实时控制。采用基于转矩绕组气隙磁场定向的控制策略，能有效地控制气隙磁链的幅值和相位，实现电磁转矩和悬浮力的解耦控制。通过matlab／simulink仿真研究，证明该方法能实现此种控制，并可以得到良好的动、静态性能。     

无轴承异步电机的悬浮机理及其气隙磁场定向控制

无轴承异步电机运行时,因会出现转子偏心,必须对其悬浮力进行实时控制才能实现稳定运行.文章从电机悬浮机理出发,比较分析了三种悬浮力模型.其中计及转子偏心的悬浮力精确解析模型形式简单,适合对电机的实时控制.采用基于转矩绕组气隙磁场定向的控制策略,能有效地控制气隙磁链的幅值和相位,实现电磁转矩和悬浮力的解耦控制.通过matlab/simulink仿真研究,证明该方法能实现此种控制,并可以得到良好的动、静态性能.     

基于交互式MRAS策略的无轴承异步电机无速度传感器矢量控制系统

针对无轴承异步电机无速度传感器运行的需要,提出了一种交互式模型参考自适应系统的参数辨识方法,实现了转子速度和定子电阻的在线独立辨识。计算机仿真和实验结果表明,无轴承异步电机转矩绕组定子磁场定向的交互式模型参考自适应控制系统能在大负载扰动下实现无速度传感器方式的电机稳定悬浮运行,验证了本文所提方案的有效性。     

Stable operation of induction-type bearingless motors under loadedconditions

A control method, which realizes stable operation in induction-type bearingless motors under loaded conditions, is proposed. Without a proposed control method, both the amplitude and the direction of radial force vary in accordance with loads. These variations result in interferences of radial force commands in two perpendicular axes. The interferences become a serious problem as a load increases. A shaft finally touches down without proper compensation. It is found that a decoupling of the radial force commands can be realized with compensation of both amplitude and phase angle of four-pole motor current. A decoupling controller is proposed with the principle of a field-oriented controller of conventional induction motors. The results of experiments show the validity of compensations. It is shown that induction-type bearingless motors can be operated stably under loaded conditions, as well as transient conditions     

Bearingless Segment Motor With Five Stator Elements—Design and Optimization

Bearingless motors and active magnetic bearings work completely contactless and wearless. With these properties, hermetically sealed and lubricant-free rotating systems for various applications can be designed. It is possible to stabilize three degrees of freedom by reluctance forces when a permanent-magnet excited rotor disc is used. Hence, only the remaining three degrees of freedom are actively controlled. A subtype of this constructional design called bearingless slice motor is the bearingless segment motor. This paper comprises the design process of a bearingless segment motor with five equal stator elements and concentrated windings. Finite-element simulations are applied to maximize the bearing forces and the motor torque per ampere and minimize the reluctance forces. However, the mathematical model of the system is nonlinear, therefore, an appropriate nonlinear control scheme has to be applied to put the system into operation. The introduction of a prototype, together with first measurements, completes the paper.     

无轴承电机悬浮控制系统的设计

无轴承电机是利用磁悬浮轴承和交流电机结构的相似性,将产生磁悬浮力的磁悬浮轴承绕组置入电机定子,省去了专门的磁悬浮轴承。通过对转矩绕组和悬浮力绕组的解耦控制,使电机的转子同时具有产生转矩和自悬浮的功能。无轴承电机能够实现高速、无摩擦等优良性能,是当前研究的热点之一,无轴承电机悬浮控制系统设计是该研究的关键。介绍了无轴承电机悬浮控制的基本原理,设计出了基于转矩绕组转子磁场定向的悬浮控制系统。     

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。