轴流式人工心脏泵混合磁悬浮系统的耦合特性

植入式人工心脏泵要求体积小、质量轻、功耗低,为了满足这些要求,需要研究磁悬浮人工心脏泵的轴承特性。为此,对径向永磁轴承自身的耦合特性进行了理论分析与仿真,据此提出了心脏泵转子的磁悬浮支承方案,该方案采用两个径向永磁轴承和一个轴向电磁轴承来实现转子的五自由度稳定悬浮。根据径向永磁轴承的磁场分布特性,提出了采用两个关于转子轴线对称布置的霍尔传感器,从转子径向方向检测转子轴向位移的方法,理论分析揭示了转子径向位移和轴向位移在检测结果中的耦合关系,并给出了解耦方法,得出了轴向位移。基于研究成果设计了轴流式磁悬浮人工心脏泵原型机,并成功实现了转子的五自由度稳定悬浮。     

径向高温超导磁悬浮轴承的端部效应分析

针对径向高温超导磁悬浮轴承轴向尺寸有限引起的端部效应会影响其轴向悬浮特性,提出一种基于H公式的二维有限元建模方法,对径向高温超导磁悬浮轴承的端部效应进行分析。首先,通过实验测试验证提出的有限元建模方法;然后,分别建立具有不同尺寸定、转子的径向高温超导磁悬浮轴承有限元模型;最后,得到不同尺寸的超导定子与不同极数的永磁转子下轴向悬浮力与位移的关系。结果表明,由于端部效应,随着超导定子分块数量的增加,轴向悬浮特性不断恶化;随着永磁转子极数的增加,轴向悬浮力最大值先提高后降低,最终趋于永磁转子无限长时的轴向悬浮力最大值。     

轴向力偏转五自由度永磁偏置磁轴承及磁路解耦设计

为了提高空间用磁悬浮飞轮输出偏转力矩的能力和精度,提出一种利用轴向力控制转子径向偏转的五自由度永磁偏置磁轴承(permanent-magnet-biased magnetic bearing with five degrees of freedom,5-DOF-PMB),有效减小了飞轮体积和转子轴向长度,提高了系统的集成度,改善了转子系统的固有模态和稳定性.有限元仿真表明,按照角动量为15N·m·s飞轮的要求设计的轴向力偏转5-DOF-PMB可同时满足各自由度负载的要求.为了提高转子径向大偏移时主动振动的控制精度,进一步对轴向力偏转5-DOF-PMB径向通道进行了磁路解耦设计.等效磁路分析与有限元仿真表明,经磁路解耦的5-DOF-PMB径向通道间磁路耦合程度削弱了2个数量级.最后从等效磁路和结构设计角度,对永磁偏置磁轴承的磁路解耦设计方法进行了归纳和总结.     

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。     

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...     

主动磁力轴承系统的模糊逆建模

为了主动磁力轴承分析和控制的需要,提出一种建立其非线性的力-电流-位移关系逆T-S模糊模型方案。该模糊模型的输入为电磁力和转子位移,输出为控制电流。该方案将模糊聚类分析、最小二乘法和残差分析有机结合,采用模糊聚类分析方法确定前提结构和参数,采用最小二乘法确定结论参数,并通过对残差的分析进一步确定模糊规则的数目。使用所提方法对一单自由度磁力轴承进行建模。为使磁悬浮转子在离平衡位置的大位移范围运行,采用了具有一定幅值的低频正弦信号作为参考输入信号。仿真结果表明所获得的逆T-S模糊模型有很高的拟合精度。     

基于反步法的电压型PWM整流器无源控制

电压型PWM整流器无源控制器在负载变化、电源三相不平衡时存在较大的直流电压稳态误差,且控制系统的响应速度慢。通过前馈解耦方法将电压型PWM整流器在同步坐标系下的多输入、多输出非线性模型分解为两个单输入、单输出的非线性模型,对每个单输入单输出模型,分别采用反步法设计了全局渐近稳定的非线性控制器。由此可实现整流器有功电流和无功电流的解耦控制,使整流器具有更好的动、静态性能。仿真验证了所提出的方法的可行性和有效性。     

全悬浮永磁偏置磁悬浮轴承电机系统的研究与实现

介绍了一种全悬浮永磁偏置磁悬浮轴承电机系统.该系统由永磁偏置轴向-径向磁悬浮轴承、永磁偏置径向磁悬浮轴承及高速电机组成,给出了两种磁悬浮轴承的结构并分析了其工作原理.实验证明由这两种磁悬浮轴承组成的磁悬浮轴承系统具有良好的悬浮性能,给出了20 000 r/min时转子铁心的位移波形以及控制绕组中的电流波形.     

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。     

基于反步法的电流型PWM整流器控制策略

电流型PWM整流器的状态空间平均模型具有非线性、强耦合特性,使得控制器的设计较为困难.通过前馈解耦方法,将电流型PWM整流器在同步坐标系下的多输入多输出非线性模型分解为两个单输入单输出的非线性模型,对每个单输入单输出模型,分别采用反步法设计了全局渐进稳定的非线性控制器,实现了对直流电流和功率因数的稳定控制.仿真和实验结果验证了该控制策略的有效性.