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。     

五自由度无轴承永磁同步电机非线性动态解耦控制

针对五自由度无轴承永磁同步电机这一强耦合性系统,提出一种最小二乘支持向量机(LS-SVM)α阶逆模型构建及其解耦控制方法.在给出了三自由度交直流磁轴承悬浮力方程和径向两自由度无轴承永磁同步电机转矩力、径向力方程基础上,建立了电机的五自由度状态方程.在分析系统可逆的情况下,将LS-SVM的非线性逼近能力与逆系统方法的解耦线性化相结合,对五自由度无轴承永磁同步电机进行解耦控制.仿真结果表明,使用该控制方法能使系统稳定运行,并且能够实现五自由度无轴承永磁同步电机各自由度之间的解耦控制,且具有良好的动静态性能.     

交直流三自由度混合磁轴承结构与有限分析

为简化三自由度磁轴承结构，缩小其尺寸，降低其制造与运行成本，提出一种新型的交直流三自由度混合磁轴承。该磁轴承轴向单自由度采用直流电控制，径向两自由度采用1个三相逆变器提供控制电流，由1块径向充磁永磁体同时提供轴向与径向偏置磁通。介绍交直流三自由度混合磁轴承结构及悬浮力产生机理，用等效磁路法对该磁轴承的磁路进行了推算，导出了其轴向、径向磁力数学模型，设计了实验样机，并对实验样机的磁路用ANSYS 8.1软件进行了有限元分析。理论研究和有限元分析表明：交直流三自由度混合磁轴承结构合理紧凑、承载力大、效率高、成本低。     

基于逆系统方法的无轴承异步电动机解耦控制

针对新型五自由度无轴承异步电动机这一多变量、非线性、强耦合的系统,采用逆系统的方法进行解耦控制.首先介绍了五自由度无轴承异步电动机的工作原理,分别给出混合磁轴承和无轴承异步电动机的力学方程,并建立电机状态方程.然后根据状态方程分析系统的可逆性,应用逆系统方法实现径向力与转矩力之间、径向力之间的动态解耦.最后由线性综合方法设计系统模型的闭环控制器.仿真结果表明,系统具有良好的动态和静态性能.     

五自由度磁悬浮开关磁阻电机系统的设计与实现

设计了一种五自由度磁悬浮开关磁阻电机系统,通过分析几种悬浮系统结构的利弊,提出了利用两个相同永磁偏置轴向径向磁轴承作支撑轴承的五自由度悬浮方案.对开关磁阻电机本体及磁轴承进行了参数设计,并对磁轴承进行了有限元仿真分析.构建了五自由度磁悬浮开关磁阻电机实验平台,进行了动静态悬浮实验,实现了系统0 ～ 36 000 r/min的稳定悬浮.结果表明,系统悬浮性能优良,结构紧凑,参数设计合理.     

磁悬浮开关磁阻电动机悬浮有限元分析计算研究

提出了五自由度磁悬浮开关磁阻电动机通过使用有限元软件Ansoft来计算悬浮驱动电流的方法.介绍了一种五自由度磁悬浮开关磁阻电机结构,分析了三自由度磁轴承的工作原理和二自由度磁悬浮开关磁阻电动机的悬浮原理,接着采用Ansoft软件对磁悬浮开关磁阻电机进行有限元分析计算,得出悬浮驱动电流曲线,从而实现了通过有限元分析计算代替传统的以研究控制对象数学模型为主的研究方法.该方法对磁悬浮一类电动机的悬浮控制研究有一定的意义.     

一种新型三自由度交直流混合磁轴承原理及有限元分析

研究了一种新颖的永磁偏磁三自由度交直流混合磁轴承.轴向悬浮力控制采用直流驱动,径向悬浮力控制采用三相逆变器提供电流驱动,由一块径向充磁的环形永磁体同时提供轴向、径向偏磁磁通,同时引入一组二片式六极径向轴向双磁极面结构,大幅增大了径向磁极面积,提高磁轴承的径向承载力,并且在保证径向承载力的情况下,减小轴向尺寸.轴承集合了交流驱动、永磁偏置及径向-轴向联合控制等优点.理论分析和有限元仿真证明,磁轴承的结构设计更加合理,对磁悬浮传动系统向大功率、微型化方向发展具有一定意义.     

短转子永磁偏置轴向径向磁轴承耦合特性分析

永磁偏置轴向径向磁轴承能够实现转子的三自由度悬浮,结构紧凑、功耗低,但3个自由度之间易耦合。对一种短转子永磁偏置轴向径向磁轴承进行了研究,它的轴向定子位于径向定子之上,为短转子结构。根据二维仿真结果进行等效磁路分析,对径向控制磁路进行解耦分析,设计径向力为400 N的磁轴承进行三维有限元仿真分。并通过三维网格图对轴向径向悬浮力进行耦合分析。研究结果表明,在平衡位置附近,轴向径向间彼此解耦,悬浮性能优良。     

永磁偏置磁轴承的研究现状及其发展

永磁偏置磁轴承是飞轮储能和涡轮分子泵等高速应用领域的一个重要研究内容.本文对永磁偏置磁轴承的研究现状及其未来发展进行了详细阐述.将永磁偏置磁轴承分为轴向单自由度、径向两自由度、轴向-径向三自由度及五自由度磁悬浮系统分别进行研究,研究其结构形式,绘制结构示意图,结合磁路图分析其工作原理,比较同类磁轴承优劣,指出其应用场合.对永磁偏置磁轴承的未来发展进行了研究,提出了众多结构形式的永磁偏置磁轴承,功耗低、结构简单、控制方便的永磁偏置磁轴承将是未来研究的主要方向.     

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.     

基于气隙磁通边缘效应的轴向混合磁轴承承载力解析计算

为了研究单自由度轴向混合磁轴承轴向主动悬浮和径向被动悬浮的特性,对提出了基于气隙磁通边缘效应的磁轴承承载力解析计算方法.首先建立了轴向混合磁轴承基于气隙磁通边缘效应的磁路模型,利用分割磁场法推导各部分磁通管的磁导,根据其串并联关系,得到磁路的总磁导,由虚位移法推导了轴向力和径向力的解析表达,得到了轴向力与径向力随轴向气隙和径向位移的变化关系,并分析了轴向力与径向力的耦合特性,为磁悬浮系统轴向和径向的解耦控制提供了理论依据.利用有限元方法对轴向力和径向力进行仿真计算,仿真结果与模型计算结果基本吻合.     

专利快讯

<正>专利名称:一种五自由度无轴承同步磁阻电机解耦控制器专利申请号:CN201120105575.1公开号:CN202043069U申请日:2011.04.12 2011.11.16申请人:江苏大学本实用新型公开一种五自由度无轴承同步磁阻电机解耦控制器,由伪线性系统及串接之前的线性闭环控制器组成,伪线性系统由复合被控对象及串接之前的支持向量机α阶逆系统组成,复合被控对象由三个扩展的电流滞环PWM逆变器及开关功率放大器与五自由度无轴承同步磁阻电机共同组成,第一扩展的电流滞环PWM逆变器和开关功率放     

无轴承电机的结构设计

无轴承电机是根据磁轴承和电机产生电磁力原理的相似性,在电机的定子上安装绕组,此绕组在磁轴承中产生径向力,以解耦的方式达到对电机转矩和径向悬浮力独立控制的目的。介绍了无轴承电机发展背景、国内外现状、基本结构、论述了无轴承电机的应用领域及应用前景。无轴承电机具有磁悬浮磁轴承的所有长处,拥有结构紧凑、高传动效率、长寿命运行等优点,无菌、无污染以及有毒有害液体或气体的传输是无轴承电机典型应用场合,无轴承电机还能消除轴承带来的故障并且减少安全隐患。     

定子磁链辨识的无轴承同步磁阻电动机解耦控制

实现转矩与悬浮力解耦是无轴承电机正常运行前提,而解耦通常都是利用转矩与径向悬浮力相关控制结构及变量实现,即转矩的控制策略受到解耦要求的约束。无论开环或闭环矢量控制,无轴承同步磁阻电机d-q轴定子电流控制都是已知的。采用波波夫超稳定性理论构造磁链的两相静止坐标U-I观测模型;并对其积分带来的问题进行相应补偿。以此观测得到的磁链构成解耦控制器,从而实现转矩、悬浮力能自由选择控制策略而不受解耦限制,使无轴承同步磁阻电机能适应更广泛的应用场合。仿真实验结果表明,利用这种策略可以实现对无轴承同步磁阻电机独立控制,且在定子电阻参数变化下仍能精确解耦,并且系统具有良好的动静态性能。     

二自由度混合磁轴承设计与有限元分析

在阐述二自由度混合磁轴承工作机理的基础上,推导了其数学模型,设计了实验样机,并采用三维有限元分析软件Maxwell对之进行建模并仿真,分析了样机内部磁场关系,验证了二自由度混合磁轴承悬浮原理,计算了径向力与位移以及径向力与控制绕组电流之间关系,得出磁轴承的最佳工作范围,并采用Matlab/Simulink进行仿真实验研究。研究结果表明:该设计的磁轴承能够稳定悬浮,并具有较好的控制性能。     

无轴承永磁薄片电机功率驱动系统设计与实现

无轴承永磁薄片电机具有磁轴承和永磁同步电机的优点,具有重要的研究意义和广阔的使用前景。综合考虑无轴承永磁薄片电机径向悬浮力产生的各种因素,导出了径向悬浮力和转矩数学模型,采用转子磁场定向控制策略,设计了无轴承永磁薄片电机解耦控制系统。基于带电流内环控制的电压源型PWM功率驱动电路原理,开发了相应的硬件控制系统。研究结果表明:采用该驱动电路与DSP控制电路板相结合,应用转子磁场定向控制策略,可以实现无轴承永磁薄片电机转矩和径向悬浮力之间解耦控制,使无轴承永磁薄片电机稳定运行。     

三自由度永磁电励磁组合偏置磁轴承研究

介绍了三自由度交流混合磁轴承的结构示意图和工作原理。通过对其永磁体产生的偏置磁场的利用率以及径向悬浮力大小的分析,提出了永磁体与直流电组合偏置的方法。利用等效磁路法对组合偏置磁轴承进行了磁路分析并建立了悬浮力数学模型,并对组合偏置磁轴承进行了有限元分析,理论计算与仿真得出三自由度组合偏置磁轴承消除了悬浮力上限,减小了磁轴承的体积,更有利于磁轴承在高速电主轴、高速飞轮储能等系统中的应用。     

轴向-径向磁轴承控制系统设计与实现

介绍了轴向-径向3自由度混合磁轴承结构及悬浮力产生的原理及控制系统的工作原理.论述了以数字信号处理器TMS320F240为核心的数字控制系统的硬件构成及软件设计,并对磁轴承控制系统进行了仿真和实验研究.研究表明：以TMS320F240为核心的数字控制系统能够满足磁轴承控制系统要求,并在开关磁阻电机中得到应用.     

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。     

一种新型异极径向混合磁轴承参数设计及性能分析

为了提高现有的径向混合磁轴承在单位体积内产生的悬浮力大小以及降低磁轴承制造成本,设计了一种新型异极径向混合磁轴承。与现有磁轴承相比,该磁轴承具有结构紧凑、体积小、单位承载力大和功耗低等特点。首先分析了该磁轴承工作原理,并运用经典的等效磁路法建立了数学模型。据此数学模型分析了该磁轴承的最大承载力,同时给出了磁轴承参数设计方法。然后采用有限元仿真分析的方法和稳定悬浮及扰动试验对该磁轴承的相关参数和性能进行了分析及试验验证。仿真和试验结果表明:该新型径向混合磁轴承可产生的悬浮力大,悬浮力与电流以及转子位移的线性程度高,可达到设计要求。