无轴承开关磁阻电机转子质量偏心补偿控制

由于机械不平衡原因,无轴承开关磁阻电机存在转子质量偏心的问题,这会导致额外的不平衡径向磁拉力,从而使电机的悬浮精度变差,这也是限制电机高速时转速进一步提升的重要因素。分析转子质量偏心对电机悬浮性能的影响,介绍悬浮转子振动控制原理,设计基于最小均方（least—mean—square,LMS）算法的白适应凹陷滤波器,将其加入到无轴承开关磁阻电机（bearinglessswitchedreluctancemotor,BSRIV1）系统中,利用Matlab／Simulink对该振动控制方法进行仿真研究,最后在一台实验样机上进行实验验证。结果表明,基于LMS算法的白适应凹陷滤波器能够在不同的电机转速条件下有效补偿转子的同频振动位移,抑制转子偏心振动,提高转子悬浮精度。     

基于极性切换自适应陷波器的磁悬浮高速电机刚性转子自动平衡

针对磁悬浮高速电机刚性转子的不平衡振动,提出一种基于极性切换自适应陷波器的自动平衡方法。首先结合磁悬浮高速电机刚性转子系统径向动力学模型,分析自适应陷波器的原理和自动平衡策略;其次根据磁悬浮高速电机刚性转子径向振动系统的广义根轨迹得到极性切换规律,构造陷波器的反馈控制和前馈控制,实现转子系统在整个转速范围内稳定运行和自动平衡;最后,在搭建的仿真和实验平台上验证了不同工况下基于极性切换自适应陷波器的自动平衡控制策略能够有效地抑制转子系统的不平衡同步振动及对基础的传递力。     

电磁轴承高速电机转子多频振动的电流补偿控制

在主动电磁轴承(active magnetic bearing,AMB)支承的高速电机系统中,转子的不平衡、电磁激励力及传感器的干扰等因素都会导致转子系统出现多频振动,严重地影响着电机的运行精度。为了抑制AMB-高速电机转子系统中的多频振动,该文提出一种通过电流补偿来对转子系统的多频振动进行控制的方法。首先建立四自由度AMB-高速电机刚性转子系统的动力学模型,分析多频电流形式,定义多频电流系数。然后,提出一种通过电流补偿来抑制AMB-转子多频振动的方法。接着,采用变步长三角形迭代搜索算法以加速多频电流系数的识别。最后,在某AMB-高速电机平台上进行仿真和试验研究。结果表明,提出的多频振动电流补偿算法可实现对多频电流系数的准确识别,能够对AMB-转子系统的多频振动进行有效地控制。     

无轴承开关磁阻电动机转子偏心补偿控制

分析了无轴承开关磁阻电动机不平衡振动的特点,提出采用自适应LMS滤波器用于无轴承开关磁阻电动机转子偏心补偿控制的方法.针对固定步长自适应LMS滤波器存在收敛速度和稳态误差之间矛盾的问题,采用了基于Sigmoid函数、基于箕舌线和基于抽样函数的三种改进的变步长自适应LMS滤波器对悬浮转子进行补偿控制.仿真结果表明:自适应LMS滤波器可以有效抑制转子的不平衡振动;变步长自适应LMS滤波器不仅具有较快的收敛速度和跟踪速度,稳态误差也能控制在比较小的范围内;基于抽样函数的变步长LMS算法具有更小的稳态误差.     

无速度主动磁悬浮轴承系统全频域不平衡控制

为了解决无转子角频率信息下主动磁悬浮轴承系统的不平衡振动问题，研究了一种无速度反馈的全频域转子同步振动力抑制算法。首先，根据主动磁悬浮轴承系统结构和转子质量偏心特征，建立含不平衡量时主动磁悬浮转子系统的动力学模型，然后，通过设计二阶广义积分锁频环对转子旋转角频率进行精确辨识。为保证全频域下转子的不平衡控制效果，提出变增益系数和位移前馈补偿环节对同步振动控制环路进行优化，利用根轨迹法证明所设计闭环控制系统的稳定性，并给出稳定性条件。最后，分别在恒定转速、变转速和不同采样噪声环境3种条件下进行仿真验证，结果表明，所提方法可在全频域范围下实现准确的频率估计，获得良好的同步振动力抑制效果。     

无轴承开关磁阻电机质量偏心振动补偿

由机械不平衡等原因导致的无轴承开关磁阻电机(BSRM)质量偏心问题,造成额外的不平衡径向磁拉力和转子的径向振动,且振动会传递到定子机壳,产生机械噪声的同时影响电机运行性能,限制转速的进一步提升。分析了转子质量偏心对电机悬浮性能的影响,介绍了BSRM转子振动控制原理,设计基于坐标变换和低通滤波器的补偿控制方法,研究传统模拟PID对补偿方法的影响,对该不平衡补偿方法进行仿真,并在一台实验样机上进行实验验证。结果表明,基于坐标变换和低通滤波器的补偿方法能适应不同转子转速并有效补偿转子的同频振动位移,使得转子围绕惯性轴旋转。     

基于二阶广义积分–锁频环的磁悬浮转子自适应自动平衡

针对无转速传感器条件下磁悬浮转子系统的振动控制问题,提出一种基于二阶广义积分–锁频环的转速自适应自动平衡算法。首先,基于磁悬浮转子的不平衡动力学模型,分析零电流和零轴承力控制的原理。然后,利用二阶广义积分–锁频环自身的陷波通道和频率估计特性构造自适应零电流控制策略,并进一步设计其相移版本。在此基础上,对引入该算法后闭环系统的稳定性进行分析。最后,通过仿真和实验证明,该算法具有良好的转速自适应跟踪估计能力,并且能有效抑制转子系统向基座传递的振动。     

基于四因子变极性控制的磁悬浮高速电机刚性转子同频振动抑制

变极性切换控制(polarity switching control,PSC)可有效降低主动电磁轴承(active magnetic bearing,AMB)高速电机刚性转子系统在刚体平动模态前后的同频不平衡振动,而且通过引入干扰观测器可降低极性切换瞬间对系统产生的冲击。然而,当刚体锥动模态也存在时,简单PSC已不能保证AMB刚性转子系统在包括刚体平动模态和刚体锥动模态在内的全转速范围的同频不平衡振动抑制,而且系统的稳定性也会发生变化。为了抑制AMB刚性转子系统在全转速范围内的不平衡同频振动,提出一种基于四因子变极性控制(4-factor polarity switching control,4-FPSC)的同频不平衡振动抑制方法。4-FPSC需要调节4个极性因子,采用2次PSC,分别抑制2个刚体模态各自前后的同频不平衡振动,而且切换瞬间不会对系统产生冲击,避免干扰观测器的设计。仿真和实验结果证明基于4-FPSC的同频振动抑制方法能有效地抑制AMB刚性转子系统在包括2个刚体模态在内的全转速范围的同频不平衡振动。     

主动电磁轴承–刚性转子系统实时变步长迭代不平衡补偿

在许多对转子位移精度有高要求的场合中,需要转子的振动尽可能小。然而由转子材质不均匀、加工误差、变形等产生的转子不平衡量将会导致转子出现不平衡振动,最终影响到控制精度。该文首先建立轴对称主动电磁轴承–刚性转子系统的动力学模型,然后基于不平衡补偿原理得到补偿电流的表达式,最后提出一种基于转子不平衡系数实时变步长多边形迭代搜寻算法的不平衡补偿器,利用不平衡补偿器使轴承产生一个与转子的不平衡力大小相等、方向相反的控制力,实现转子的不平衡振动补偿。理论仿真和实验结果都表明,所提出的不平衡补偿方法可以有效地抑制转子的振动。     

磁悬浮高速电机转子非线性低频振动机理研究

本文针对磁悬浮电机高速旋转时转子出现低频振动的现象开展研究.文中建立了磁悬浮控制系统各环节的非线性模型,分析了电磁力、开关功率放大器、电流输出限幅等非线性因素导致低频振动的机理,并在此基础上,基于描述函数及扩展奈奎斯特判据方法分析了含有非线性环节的磁悬浮系统稳定性.文中建立了基于Matlab的仿真模型,并研制了100 kW磁悬浮高速永磁电机样机,通过仿真与试验对提出的结论进行了验证,结果表明当磁悬浮电机高速旋转时,除同频振动外,转子确实产生了与转速无关的低频振动,该低频振动与系统中的非线性因素有关,其中电流饱和与限幅是导致该低频振动的主要原因,所得结论能够为磁悬浮技术在高速电机中的应用提供理论依据.     

基于变步长LMS自适应陷波算法的电气信号频率测量

提出一种基于二阶无限冲击响应(IIR)变步长自适应数字陷波滤波器的电气信号频率跟踪测量算法。论述了陷波滤波器能够滤除信号中特定的频率,而其他的频率成分不受影响的原理;最小均方LMS(LeastMeanSquare)自适应陷波算法是将被谐波和随机噪声污染的电气信号通过基波陷波器,根据陷波器输出误差采用变步长因子的递推LMS自适应修正陷波器参数和跟踪频率的变化。实例中,给出了给定变步长迭代公式的常数以计算出频率,并采用频率稳定时的测量、频率波动时的测量、电机运行频率测量的3种仿真结果表明所提出的频率跟踪测量算法效果良好。     

磁悬浮轴承感应电机转子拍振机理及其抑制方法

针对高精确度磁悬浮轴承感应电动机转子运行中激发的拍振问题,研究拍振产生的机理及其抑制方法.分析磁悬浮轴承转子拍振的合成原理,通过理论分析和实验找出合成磁悬浮轴承转子拍振的两个分振动,即与转子转速同频的振动和与内嵌感应电动机旋转磁场同频的振动.结合磁悬浮轴承的特殊电气和机械结构对两个分振动特别是与旋转磁场同频振动的产生根源进行研究分析,并通过数值方法进行验证.根据研究结果提出抑制磁悬浮轴承转子拍振的可行措施.实验结果证明了拍振机理及抑制方法的正确性,实现了转子拍振的有效控制.     

小波包分析在机组转子系统不平衡测试中的应用

通过水轮发电机转子系统的变转速实验对机组转子质量不平衡测试数据进行了分析。为避免信号中转频以外的其它频率成分对分析结果的影响，采用db10小波对转子振动测试信号进行三层小波包分解，对所需转频分量所处频段的小波系数进行重构，实现了对信号的滤波，通过数据分析表明了该方法的可行性及对不平衡检测的有效性。     

基于变角度搜索算法的磁悬浮高速电机刚性转子系统的不平衡补偿方法

为降低主动磁轴承(active magnetic bearing,AMB)刚性转子系统的同频不平衡振动,通常采用基于陷波器的不平衡补偿方法,若要实现全转速范围内的振动抑制,需要对传统陷波器结构进行改进,但改进后的滤波器会对系统的稳定性产生影响。为避免此问题,该文提出基于定角度搜索和变角度搜索算法的AMB刚性转子系统不平衡振动抑制方法,直接根据转子实时振动大小产生控制信号的方法来实现不平衡补偿。定角度搜索算法设计简单,但是搜索角度单一,搜索规则固定,往往不能快速地搜索到目标值。进而对定角度搜索算法的搜索角度进行改进,使其可以根据转子实时振动在线调整,即进一步设计了变角度搜索算法。由于变角度搜索比定角度搜索算法的搜索过程更加灵活,因此AMB刚性转子系统的不平衡振动可以快速得到抑制。这种算法既不需要对陷波器结构进行改进,也不需要在转子临界转速前后对陷波器极性进行切换。     

异步电机转子时间常数的补偿方法

在异步电机转差频率矢量控制系统中,通常采用固定的转子时间常数进行转差频率计算,由此存在电机参数不准确而造成磁场定位不准的问题。提出了一种转子时间常数的补偿方法,采用模型自适应法将电机转子参数对控制系统的影响降为最小。实验结果表明,与常规的转差频率矢量控制方法相比,该方法能更有效地控制电机电流,并对转子参数的变化具有很强的鲁棒性。     

基于不平衡系数辨识的电磁轴承-刚性飞轮转子系统不平衡补偿控制

针对电磁轴承-刚性飞轮转子系统不平衡振动的抑制问题,提出一种基于不平衡系数辨识的自适应不平衡补偿控制算法。基于电磁轴承-刚性飞轮转子系统的动力学模型,设计了状态反馈PID电流控制器,提出不平衡系数辨识方程及不平衡补偿算法。分析了带有补偿环节的电磁轴承-刚性飞轮转子系统的稳定性及补偿算法中各参数的选择原则。对不平衡补偿算法的有效性进行了仿真和实验研究。结果表明:文中提出的基于不平衡系数辨识的不平衡补偿算法不仅能够正确地辨识出转子的不平衡,而且在整个转速区间内具有良好的稳定性以及对不平衡振动的抑制能力。     

低温余热磁悬浮发电机转子轴系振动机理研究

采用磁悬浮高速直驱发电设备能够显著地提高低温余热发电系统的效率。以磁悬浮高速永磁发电机为对象,研究磁悬浮转子受到的电磁不平衡拉力及其轴系的径向振动情况。文中综合考虑磁悬浮转子静、动态偏心,结合麦克斯韦应力法与等效磁路法推导了电机不平衡拉力的解析模型,并结合转子质量不平衡激励以及磁悬浮轴承的控制反力研究了转子的振动情况。文中通过计算、仿真及试验对影响不平衡拉力的主要因素进行了详细分析,得到了其与偏心量幅度、发电机转矩角以及转子磁动势与偏心角度的初始相差等多个因素的关系,所得研究结论为抑制磁悬浮发电机转子振动提供了理论依据。     

高速永磁电机转子系统临界转速仿真研究

采用有限元法建立永磁电机轴承-转子系统动力学模型,在考虑转子离心力和不平衡磁拉力的基础上同时考虑转子系统高速旋转时的陀螺效应,利用ANSYS软件对某高速永磁电机转子进行动力学仿真分析.采用数值计算方法与仿真结果对比,验证了高速永磁电机进行转子动力学分析时考虑陀螺效应的必要性.最后研究采用滚动轴承支撑时不同支撑刚度对永磁电机临界转速的影响,给出提高电机临界转速的工程措施.     

超高速轻量转子动平衡技术精密控制探究

随着家用电器对高速电机转速要求不断提高,转速以吸尘器领域为例,转速高达140 000 rpm,同时具备体积小、功率密度高等要求,电机高速化对转子系统的不平衡要求更高,来解决旋转机械的振动故障有70 %来源于转子系统不平衡造成的重大质量、寿命影响。同时高速化后声品质要保障低噪音,对振动允许值要求超高,达到实验、声品质标准,因此对高速转子动平衡精密控制以及校正实现研究也极为迫切,本文针对电机的轻量高速转子保证进行研究。     

基于在线识别对转速不敏感的主动电磁轴承转子系统不平衡振动控制

提出一种基于振动识别的主动电磁轴承转子系统不平衡补偿控制方法。该方法的最大特点是能够不依赖控制对象的传递函数,在线识别出转子等效不平衡质量的大小和位置,然后根据识别结果计算出精确的控制信号,迫使转子绕其几何轴旋转。当转子转速变化时,尽管不平衡力随之变化,但不平衡质量的大小和相位特性不会改变,因此无需重新识别不平衡量,大大提高了在变转速情况下对转子不平衡的控制性能,同时减轻了控制器的计算负担。对算法的控制效果进行了实验测试,结果表明提出的对转速不敏感的基于振动识别的主动电磁轴承转子系统不平衡补偿控制方法对不平衡振动的抑制取得了很好的效果,并在转速变化情况下能大幅减少重新识别不平衡量的次数。