磁悬浮开关磁阻电机模糊补偿逆系统解耦控制

在给出磁悬浮开关磁阻电机（BSRM）径向力控制模型的基础上,根据逆系统理论求出其解析逆系统。利用求得的解析逆系统与原系统进行复合,构成伪线性系统,初步实现径向间的解耦。用模糊控制器作为径向位置控制器,对复合伪线性系统进行综合。考虑到所采用模型的近似性、不确定性及系统参数的时变性,在初步解耦的基础上,设计了模糊补偿器对解耦效果进行实时补偿。最后由模糊控制器的输出控制量和模糊补偿器的补偿量相加,构成BSRM径向力解耦控制系统的实际控制量。仿真结果表明所设计的模糊补偿逆系统解耦方法成功实现了径向间的解耦,控制系统性能优良。     

磁悬浮开关磁阻电机模糊补偿逆系统解耦控制

在给出磁悬浮开关磁阻电机(BSRM)径向力控制模型的基础上,根据逆系统理论求出其解析逆系统.利用求得的解析逆系统与原系统进行复合,构成伪线性系统,初步实现径向间的解耦.用模糊控制器作为径向位置控制器,对复合伪线性系统进行综合.考虑到所采用模型的近似性、不确定性及系统参数的时变性,在初步解耦的基础上,设计了模糊补偿器对解耦效果进行实时补偿.最后由模糊控制器的输出控制量和模糊补偿器的补偿量相加,构成BSRM径向力解耦控制系统的实际控制量.仿真结果表明所设计的模糊补偿逆系统解耦方法成功实现了径向间的解耦,控制系统性能优良.     

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     

单绕组磁悬浮开关磁阻电动机非线性解耦控制

针对单绕组磁悬浮开关磁阻电动机非线性、多变量、强耦合的特点,提出一种将支持向量机逆系统方法与内模控制相结合的非线性解耦控制策略。该方法通过支持向量机离线优化学习构建系统α阶逆模型,将优化的支持向量机逆模型与原系统复合,将其解耦成两自由度位移和转速伪线性子系统;为了提高系统的抗扰性和鲁棒性,对解耦后的伪线性系统引入非线性内模控制。仿真和实验研究验证了所提控制方法的有效性。     

一种磁悬浮直线开关磁阻电机悬浮模块设计与分析

磁悬浮直线开关磁阻电机继承了直线开关磁阻电机的优点,结合有效的悬浮设计方案,在磁悬浮运输系统中具有一定的应用潜力。研究了磁悬浮直线开关磁阻电机的悬浮模块及其改进结构,分析磁场分布和磁路模型,在此基础上,利用有限元软件进行仿真,通过结果分析发现所提出结构具有天然解耦的结构特点,可以实现悬浮力控制和推力控制解耦以及悬浮力控制与动子前进位置解耦,通过线性调节悬浮电流即可线性控制悬浮力,使悬浮电流控制为标量控制,大大降低了悬浮控制系统的复杂性。此外,改进结构可以有效提高悬浮电流利用率,减小悬浮绕组损耗。     

磁悬浮开关磁阻电机逆动力学建模与控制

针对磁悬浮开关磁阻电机这一多变量、非线性、强耦合系统解耦控制时逆动力学模型难以获取的问题,提出一种基于最小二乘支持向量机的逆动力学建模与解耦控制方法.介绍磁悬浮开关磁阻电机工作原理,给出悬浮力和转矩的动力学模型,分析模型的可逆性.在此基础上,结合最小二乘支持向量机拟合与逆模解耦线性化特点,研究磁悬浮开关磁阻电机的最小二...     

磁悬浮开关磁阻电机悬浮力与旋转力的神经网络逆解耦控制

为了实现磁悬浮开关磁阻电机径向二自由度悬浮力与旋转力三者之间的完全解耦,首先对系统的数学模型进行了可逆性分析,证明该系统在一定条件下可逆,在此基础上应用神经网络逆系统方法,将非线性、强耦合的多变量系统转变成3个彼此无耦合的伪线性子系统,最后应用线性系统控制原理和智能控制理论,对这3个子系统设计了闭环专家PID控制器。仿真结果表明,系统具有良好的动静态性能。     

无轴承开关磁阻电机磁饱和特性的电磁场分析

阐述了无轴承开关磁阻电机径向悬浮力产生的原理,考虑电机内复杂的磁场饱和情况,定性分析了主、副绕组电流大小对悬浮力的影响.计及磁场饱和,建立了无轴承开关磁阻电机的有限元分析模型,以一台3kW样机为例计算了各种主、副绕组电流组合时的转矩与悬浮力.数值计算结果验证了定性分析所得结果,表明无轴承开关磁阻电机在运行中存在比传统开关磁阻电机更加复杂的磁饱和现象,磁饱和使得电机悬浮力与绕组电流关系严重非线性,而且悬浮力大小并非总是随绕组电流的增加而增加,存在随电流增加悬浮力减小的情况,这必然给稳定悬浮控制带来困难.     

模糊PID控制在磁悬浮开关磁阻电动机中的应用

针对磁悬浮开关磁阻电动机悬浮力具有非线性强耦合的特点,采用逆系统方法解耦线性化.然后,对该子系统采用模糊自整定PID参数控制器进行控制.仿真结果与常规PID控制进行比较,证明该控制器的有效性.     

基于最小二乘支持向量机逆系统的五自由度无轴承同步磁阻电机解耦控制

针对三自由度交直流混合磁轴承和二自由度无轴承同步磁阻电机构成的五自由度无轴承同步磁阻电机,实现磁轴承的径向悬浮力、轴向悬浮力、二自由度无轴承同步磁阻电机的径向悬浮力和电磁转矩的解耦控制是五自由度无轴承同步磁阻电机稳定运行和精确控制的必要条件。该文在介绍五自由度无轴承同步磁阻电机基本结构的基础上,建立了三自由度交直流混合磁轴承和二自由度无轴承同步磁阻电机的数学模型,进而建立了五自由度无轴承同步磁阻电机的状态方程,并进行了可逆性分析。采用最小二乘支持向量机所具有的小样本逼近和辨识拟合能力,得到五自由度无轴承同步磁阻电机逆模型,根据逆系统方法的基本原理,将复杂的原非线性多变量耦合系统解耦成多个单输入单输出伪线性系统,并设计了闭环PID控制器。仿真和实验表明,电机具有良好的速度和悬浮特性,这种解耦方法能够实现五自由度无轴承同步各个被控量之间的动态解耦,并且系统具有良好的动静态性能。     

磁悬浮开关磁阻电机解耦新方法仿真研究

为实现磁悬浮开关磁阻电机悬浮力和旋转力之间的解耦控制,针对传统神经网络收敛速度慢,存在过拟合和易陷入局部极小值三个问题,提出了一种基于改进LM神经网络逆模型的磁悬浮开关磁阻电机解耦控制方法。该方法将LM算法引入网络,同时采用最近邻聚类法和归一化法对将样本数据进行修剪,并采用择优原则对LM模型的选取进行优化。为验证方法的有效性,采用传统方法训练网络,对比分析新方法的收敛、泛化以及解耦效果,仿真结果表明:该方法克服了传统网络的缺点,实现了磁悬浮开关磁阻电机径向两自由度悬浮力和旋转力三者之间的精确解耦。     

12/14磁悬浮开关磁阻电机悬浮系统解耦控制策略

12/14磁悬浮开关磁阻电机悬浮力位移刚度系数和电流刚度系数受转子位置动态耦合，具有非线性时变特征，严重影响悬浮系统运行鲁棒性。针对上述问题，该文提出基于耦合悬浮力调节器的悬浮系统控制策略。首先，基于有限元分析和麦克斯韦应力法，揭示悬浮力非线性时变规律，并建立完善的数学模型；进一步将该模型表征为位置解耦悬浮力模型和非线性时变耦合分量。其中，位置解耦悬浮力模型一方面作为悬浮系统的直接反馈模型，另一方面用于设计耦合悬浮力观测器，实时在线获取非线性时变耦合分量。所获取的耦合分量作为外部干扰前馈补偿至悬浮控制系统。最后，针对基于耦合悬浮力调节器以及控制系统的有效性开展仿真分析与实验验证，结果表明，所提控制方法可以有效地解决转子位置对悬浮系统的动态耦合，提升系统鲁棒性。     

一种混合双定子磁悬浮开关磁阻电机

针对传统磁悬浮开关磁阻电机(BSRM)存在的多变量非线性强耦合问题,并以提高系统悬浮输出能力、降低悬浮功耗为目的,提出一种混合双定子磁悬浮开关磁阻电机(HDSBSRM)。该电机采用内、外双定子结构,外定子与内定子共用一套转子结构,内定子通过引入轴向充磁型永磁环,为产生主动可控悬浮力提供稳定偏置磁场。在介绍其拓扑结构和工作原理的基础上,推导了径向悬浮系统的数学模型,分析了基本电磁特性和解耦特性,验证了其主绕组与悬浮力绕组以及两自由度悬浮力绕组之间具有的自解耦特性。并就其悬浮输出能力和悬浮功耗等方面,与传统双定子磁悬浮开关磁阻电机进行了比较,验证了其具有高悬浮输出和低悬浮功耗的优点,表明所提HDSBSRM结构的合理性与优越性。     

磁悬浮开关磁阻电机二阶滑模直接悬浮力控制

为解决单绕组磁悬浮开关磁阻电机的转矩和悬浮力脉动、转子中心位置偏移问题,研究直接转矩与二阶滑模直接悬浮力控制。鉴于电机的单绕组运行方式,采用五电平功率变换器,结合麦克斯韦应力和机电能量转换原理,推导出磁链、电压、转矩和悬浮力的直接数值解析模型,构建分电压输入模块,实现转矩与悬浮力解耦控制。引入位移高阶导数项,构造适用于二阶系统的超螺旋算法,基于该算法设计转子位移控制器。样机控制系统仿真结果表明,直接转矩与二阶滑模直接悬浮力控制能有效减小系统抖振,实现转子高精度悬浮,提高动态悬浮性能,具有较强的鲁棒性。     

12/14磁悬浮开关磁阻电机悬浮力全周期模型构建

12/14磁悬浮开关磁阻电机悬浮系统磁通与多个转子齿铰链，导致悬浮系统的等效磁路在整个转子位置周期内具有变结构特征，需要提出新的建模方法，揭示全位置周期内的悬浮力动态变化特性。针对上述问题，该文基于有限元模型开展了12/14磁悬浮开关磁阻电机悬浮力电磁特性分析，明晰了转子位置动态变化下的悬浮系统磁通铰链规律。利用麦克斯韦应力法“区域性”建模优势，提出“主-边磁路并行解析”策略，构建了考虑磁通多齿铰链的全周期悬浮力数学模型。通过有限元分析的方法验证了模型优良特性。开展实验研究，结果表明，建立的悬浮力模型可以有效揭示12/14磁悬浮开关磁阻电机独特本体结构下的悬浮力特性，实现稳定悬浮，进一步验证了所提建模方法的可行性。该方法可以推广至一类具有悬浮系统磁通多齿铰链特征的磁悬浮开关磁阻电机建模研究中。     

基于自抗扰控制器的开关磁阻电动机转矩控制系统

将具有优良抗干扰性能的自抗扰控制器(ADRC)引入开关磁阻电动机的转矩控制系统中,回避了传统转矩控制器设计中对转矩逆模型精确建模的要求。将模型的不确定性及负载作为干扰,利用自抗扰控制器内部的扩张状态观测器观测系统的内外扰动项,并进行前馈补偿,从而实现转矩控制系统中转速环与电流环之间的精确解耦。仿真结果表明该控制系统具有良好的动、静态特性,对负载扰动、电机参数变化都具有较好的鲁棒性,可以实现高性能的转矩控制。     

两电机调速系统的神经网络逆无模型自适应鲁棒解耦控制

为了解决非线性强耦合的多输入/输出的两电机调速系统存在较大负载扰动的问题,提出一种基于神经网络逆(neural network inverse,NNI)的鲁棒解耦控制策略。首先,根据逆系统理论,分析系统的可逆性,利用神经网络逼近原系统逆模型,将强耦合的两电机非线性系统线性化解耦为一伪线性复合系统。其次,针对两电机调速系统中负载扰动的问题,根据动态线性化理论,设计无模型自适应(model-freeadaptive,MFA)补偿控制器;将MFA补偿控制器与伪线性化复合系统相结合,以提高神经网络逆控制的两电机调速系统在负载扰动下的抗扰性能。基于Matlab/Simulink和PLC实验平台进行仿真和实验。实验结果表明:基于神经网络逆系统的MFA鲁棒控制策略不仅能很好地实现两电机转速与张力的解耦,还对负载扰动具有很强的抗扰性能。     

混合单绕组磁悬浮开关磁阻电机悬浮特性分析EI北大核心CSCD

单绕组磁悬浮开关磁阻电机可以实现全功率转矩和转矩/悬浮两种模式运行,具有转矩系统与悬浮系统高度集成的独特优势,但存在悬浮力输出范围有限的弊端。针对上述问题,该文将单绕组磁悬浮开关磁阻电机模块设计,与直流磁悬浮轴承一体化集成,形成混合单绕组磁悬浮开关磁阻电机(hybrid single winding bearingless switched reluctance motor,HSWBSRM)。进一步将HSWBSRM宽支承系统的定子凸极与转子凸极设计为宽齿-窄齿互相配合形式,引入轴向充磁永磁体提供产生悬浮力的偏置磁场,提高悬浮力输出能力,降低了系统的体积与悬浮功耗。该文首先阐明混合单绕组磁悬浮电机结构与运行原理,并揭示设计约束条件。针对典型实验样机参数,构建三维有限元分析模型,着重围绕宽支承系统偏置、主动悬浮特性以及单绕组系统转矩/悬浮特性开展深入分析。最后,在探明宽支承系统与单绕组系统耦合特性的基础上,提出相应控制策略并构建控制系统,验证HSWBSRM悬浮机理的可行性与有效性。     

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。     

基于神经网络逆系统的磁悬浮开关磁阻电动机的解耦控制

磁悬浮开关磁阻电动机作为一个多变量、非线性和强耦合的系统,其控制系统的设计非常复杂.对于磁悬浮开关磁阻电动机来说,得到径向力和平均转矩的先验知识是实现电机闭环控制的基本条件.基于基本电磁场理论,论文给出磁悬浮开关磁阻电动机的径向力模型,对该模型进行可逆性分析,证明该系统可逆,应用神经网络逆系统方法实现径向力的动态解耦,以便达到高性能的控制目的,仿真结果验证了方法的可行性.