无轴承永磁薄片电机径向悬浮力精确数学建模

无轴承永磁薄片电机具有薄片转子的特殊结构,为了采取有效方法控制转子偏心位移、使转子稳定悬浮,研究的关键在于获得无轴承永磁薄片电机精确的径向悬浮力数学模型。在介绍无轴承永磁薄片电机的结构和工作原理基础上,对无轴承永磁薄片电机气隙磁场进行了详细分析,基于麦克斯韦应力张量法推导了其径向悬浮力数学模型,最后对比验证了利用有限元方法的计算结果和样机实验对数学模型的理论计算结果。验证结果表明,该方法建立的径向悬浮力数学模型误差小、精确度髙。     

基于频域拟合的无轴承永磁薄片电机径向悬浮力建模分析

在无轴承永磁薄片电机系统中,永磁转子因失去轴承支承容易发生偏心位移,为控制转子在几何中心稳定悬浮,径向悬浮力精确建模是无轴承系统高性能可靠运行的关键基础。针对大气隙无轴承永磁薄片电机因转子偏心程度大而引起的径向悬浮力模型非线性误差问题,该文提出一种基于频域拟合的径向悬浮力精确建模方法,将非线性分量转化为相应函数补偿至径向悬浮力模型中,从而提高了模型精确度。首先,对推导一般径向悬浮力模型过程中出现的多个误差因素及其影响进行系统分析;在此基础上,提出频域拟合方法重构径向悬浮力模型,并分析其非线性特性;最后,将解析模型与有限元仿真所得到的可控径向悬浮力、偏心磁拉力进行深入对比分析,验证了该解析模型的正确性与精确性。     

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。     

无轴承永磁电机转子径向力实验研究

在介绍无轴承电机径向力产生机理的基础上,全面考虑产生径向力的因素,建立其径向力和转矩的数学模型.采用有限元计算和分析方法,研究了电机气隙磁场分布、径向力大小与径向力绕组电流和极对数之间的关系,并进行了实验研究.研究结果对无轴承永磁电机的优化设计及控制系统设计具有重要的指导意义和参考价值.     

无轴承永磁薄片电机径向扰动前馈补偿控制

以一台无轴承永磁薄片电机为例,分析了电机悬浮机理并推导了悬浮力数学模型。通过对扩张状态观测器基本理论的分析,构造了电机悬浮系统扩张状态观测器,将作用于电机悬浮系统的外部扰动作为系统状态变量之一,将其观测出来并通过前馈补偿的控制方式施加于悬浮控制的输入端,与径向位移PID构成复合控制算法以提高悬浮性能。仿真和实验结果表明了所提控制策略的有效性。     

内置式无轴承永磁同步电机径向悬浮力建模

针对内置式无轴承永磁同步电机悬浮控制时的因径向悬浮力数学模型建立不准确而导致的控制性能不佳的问题,提出了内置式无轴承永磁同步电机径向悬浮力的精确数学模型建立方法。介绍了内置式无轴承永磁同步电机的结构和工作原理。对内置式无轴承永磁同步电机气隙磁场进行了分析,采用麦克斯韦应力张量法推导了其径向悬浮力的精确数学模型。采用有限元分析方法对推导的径向悬浮力数学模型进行验证分析,并对内置式无轴承永磁同步电机的最大径向悬浮力有限元仿真计算结果、理论计算结果和实际测量结果进行了比较。分析结果表明,采用麦克斯韦应力张量法建立的径向悬浮力数学模型误差小、精度髙。     

无轴承永磁薄片电机综述

无轴承永磁薄片电机由于永磁转子的特殊性,不仅具有无轴承电机的优点而且可以实现3个自由度(1个轴向自由度和2个扭转自由度)的被动悬浮,使得控制系统更加简单。在论述无轴承永磁薄片电机被动悬浮和径向主动悬浮机理的基础上,对无轴承永磁薄片电机的电机结构、控制策略、传感器检测技术等方面的国内外研究现状以及未来的发展趋势进行了归纳与总结。     

基于动态坐标系的无轴承永磁薄片电机悬浮力建模及控制

对无轴承永磁薄片电机(BPMSM)运行过程中产生的偏心位移,以最大偏心方向作为横坐标方向,建立转子偏心的动态坐标系。在该坐标系下采用麦克斯韦应力张量法建立径向悬浮力数学模型。在该模型基础上,提出一种针对转子偏心位移的直接控制策略,设计相应控制器;在MATLAB环境中对BPMSM进行了起动、阶跃响应等仿真试验,并进行了初步试验研究。仿真及试验结果表明采用这种方法进行建模和控制,电机转子能够稳定悬浮,电机具有良好的动、静态特性,验证了控制方法的有效性。     

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...     

无轴承永磁薄片电机磁悬浮机理研究

无轴承薄片电机采用无轴承技术实现径向两自由度的悬浮，同时利用磁阻力实现除径向和转子转动自由度外的另外三个自由度悬浮。文章介绍了无轴承永磁薄片电机的基本悬浮原理，利用等效磁路模型推导出径向悬浮力解析表达式并以有限元仿真对其作了验证，并介绍了在此基础上的控制方法。     

高速无轴承永磁薄片电机转子径向偏移及转角检测研究

无轴承永磁薄片电机转子径向偏移和转角的实时精确检测对电机高速运行时的稳定悬浮至关重要.利用三个电涡流传感器的安装位置和输出参数在径向空间上的坐标关系,建立数学模型,并在数字控制器上实时分析计算,解算出无轴承永磁薄片电机转子径向偏移量;依据三个霍尔传感器的安装位置,综合比较各霍尔传感器输出磁密信号,分析判断转子转角象限,通过反余弦法计算出转子转角.将实时计算得到的转子径向偏移值和转角值代入无轴承永磁薄片电机的径向悬浮力数学模型,最后通过实验实现电机高速闭环运行时的稳定悬浮,验证本文提出的转子径向偏移和转角检测方法的正确性.     

无轴承永磁同步电机径向力控制研究

分析了无轴承水磁同步电机径向力产生的原因,推导出径向力和径向力绕组电流之间的关系,进而导出永磁电机的径向力数学模型。然后以读数学模型用MATLAB／SIMLINK建模和仿真,并通过试验分析了径向力对矢量控制角的准确度的影响。     

交替极永磁无轴承电机的直接悬浮力控制

通过借鉴永磁同步电机直接转矩控制(PMSM-DTC)的思想,将直接转矩控制的理论和方法应用到永磁型无轴承电机磁悬浮力的控制上去,提出了一种新颖的基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法的直接悬浮力控制算法,并在一台交替极无轴承永磁电机上进行了实验验证,结果表明该控制思想的正确性和有效性。     

交替极无轴承永磁电机的悬浮力脉动分析

Cosequent-Pole无轴承永磁电机的悬浮力与转子转角本质上是无关的，其控制系统因此得以简化，但考虑到谐波因素时，其引起的悬浮力脉动对于系统的悬浮性能产生了不利影响。该文推导了计及谐波的悬浮力统一公式，并以有限元分析对其进行了验证，指出了不同极对数时，产生的悬浮力脉动的情况及原因，并提出了抑制悬浮力脉动的方法，为交替极无轴承永磁电机的设计和优化提供了理论指导。     

无轴承薄片电机位移刚度势能悬浮控制策略研究

首先建立了集中式绕组无轴承薄片永磁电机径向力数学模型。随后研究了无轴承电机悬浮系统位移环PID控制器的参数整定理论,并在其基础上分析了PID控制器应用于无轴承电机悬浮系统控制所存在的固有问题。为进一步改善悬浮控制性能,提出了位移刚度势能的悬浮控制算法,并通过理论推导表明该算法兼顾动态和稳态的性能。针对位移刚度势能悬浮控制算法中无法考虑转子所受径向负载力影响的不足,通过引入径向负载力观测器方式予以解决。最后,通过仿真和实验验证该控制算法的有效性。     

无轴承薄片电机二维被动悬浮特性

为了研究无轴承薄片电机的被动悬浮特性,通过2D磁路分析的方法,建立了非永磁薄片电机的2D轴向悬浮力模型和回复力矩模型,并进行了有限元仿真验证。直接采用有限元分析的方法,得出了永磁薄片电机的被动悬浮力与电机各参量之间的关系。结果表明:电机的轴向悬浮力基本与轴向偏移、电机半径成线性关系,但与电机的轴向长度无明显关系,且气隙磁密越大悬浮力越大;电机的回复力矩随扭转角度增长而增长,电机的长径比较大、等效气隙较小时将难以产生回复力矩,回复力矩随着电机的轴向长度增加而增加,达到最大值后逐渐下降直至反向。     

无轴承永磁薄片电机的无位置传感运行

为了克服有传感器成本高、精度低、不易安装等不足,提出了采用扩展卡尔曼滤波器(EKF)实现电机无位置传感运行的控制策略。在介绍无轴承永磁薄片电机(BPMSM)悬浮原理的基础上,得到电机状态方程,并建立了EKF位置估计离散算法。设计了BPMSM无位置传感控制系统,在MATLAB/Simulink环境下构建系统仿真模型,并对转子位置辨识精度、电机的动态特性进行了仿真研究。仿真结果表明:EKF的转子位置辨识精度较高,能够实现电机无位置传感器的稳定悬浮运行。     

无轴承永磁电机悬浮波动抑制策略

无轴承电机运行过程中不可避免地产生悬浮波动。悬浮波动过大会影响电机性能,有效抑制悬浮波动是保证电机正常工作的关键。考虑到无轴承电机悬浮控制常用的PID控制算法对扰动抑制针对性不强的缺点,在分析悬浮波动源和常规观测算法不足的基础上,以一种交替极无轴承永磁电机为研究对象,提出利用线性扩张状态观测算法对电机悬浮转子径向扰动加速度进行观测。通过分析扰动加速度与电流控制量之间的关系,提出等效扰动电流的概念。将等效扰动电流补偿到悬浮控制算法中以抑制悬浮波动。与仅采用PID控制算法相比较,仿真结果表明所提控制策略能够抑制悬浮波动,实现电机稳定悬浮。     

无轴承交替极永磁电机最大合成悬浮力限幅控制

无轴承电机传统径向两自由度独立控制无法保证任意方向均可输出最大合成悬浮力。为解决传统控制策略的不足,提出最大合成悬浮力限幅控制策略,保证电机最大合成悬浮力任意方向相等,并在一台无轴承交替极永磁电机上进行仿真和实验验证,结果表明该方法的正确性。