基于粒子群算法的传感器设计与磁悬浮应用

基于磁悬浮控制系统亟待一种体积更小、成本更低的位移传感器,研究了以电涡流传感器为原理的横向磁通传感器。基于该传感器的工作原理分析,采用粒子群算法设计了传感器的激励线圈与感应线圈参数,简化了横向磁通传感器的设计过程。所研制出的位移传感器灵敏度为7.2 V/mm,线性度为1.7%,可检测范围为±0.5 mm。将该传感器应用在一台磁悬浮永磁同步电机系统中,在电机转速20000 r/min时,高速磁悬浮转子仍保持稳定运行,且无论在稳态还是动态工况下,本文研制的横向磁通传感器均能满足磁悬浮电机位移检测和悬浮控制的要求,达到同类产品的控制效果。

直线旋转开关磁阻电机的轴向速度控制与快速轴向定位

目前直线旋转开关磁阻电机(Linear-rotary switched reluctance motor,LRSRM)只可实现轴向定位控制,两自由度运动方式较为单一。为提高LRSRM轴向控制性能,本文提出了一种轴向速度控制方法,通过线性位置/速度观测器协调控制转子的轴向位移和轴向速度,由转矩与轴向力的数学模型解算出转矩及轴向力绕组的给定电流,再将其分配到对应的绕组导通区间,分别进行电流滞环控制。该方法可以有效调节转子在旋转过程中的轴向定位速度。仿真和实验验证了所提方法的控制效果。

一种新型的无轴承开关磁阻电机数学模型

针对经典采用直线磁路和椭圆形磁路分割求取气隙磁导的无轴承开关磁阻电机数学模型的局限性,文中提出了一种基于直线磁路和改进的椭圆形磁路分割求取气隙磁导的新型无轴承开关磁阻电机数学模型,该数学模型不仅保证定、转级对中位置时电磁转矩的连续性,而且同时较为准确地描述了沿α和β方向径向悬浮力之间的耦合关系。不仅如此,基于该数学模型在一定程度上拓宽无轴承开关磁阻电机的有效工作区域,仿真分析验证了该数学模型的优良特性。

无轴承永磁同步电机的转子磁场定向控制研究

无轴承永磁同步电机由于功率密度大、转矩脉动低等优良特性受到了高度重视。文中针对一类表面贴装式无轴承永磁同步电机,详细推导出径向悬浮力表达式,建立了准确的数学模型。针对电磁转矩和径向悬浮力之间耦合的特点,采用了基于转子磁场定向的控制策略来实现这类无轴承永磁同步电机的非线性解耦控制。实验证明了该控制算法的有效性。该控制算法对插入式转子结构和内装式转子结构的无轴承永磁同步电机的控制系统设计具有一定的借鉴作用。

无轴承异步电机的转子磁场定向控制

由于无轴承异步电机是一个强耦合的复杂非线性系统,因此其所采用的基于转矩绕组气隙磁场定向的控制算法存在着一些局限性,诸如控制运算量较大、固有的最大转矩限制以及难于实现自适应控制等。基于此,提出了一种基于转矩绕组转子磁场定向的控制算法。由于转子磁场定向控制的引入,调速性能得以保证,而且使用中更具灵活性(如便于实现自适应控制等)。另一方面,径向悬浮控制所需的转矩绕组气隙磁链值可以在转子磁场定向控制的基础上通过系统辨识获取,这样转子稳定的悬浮也能同样得到保证。实验证明了文中提出的控制算法的有效性。

基于系统辨识的轴向磁悬浮轴承建模研究

磁悬浮轴承可有效地提升高速电机的临界转速,然而轴向磁悬浮轴承在转子高转速和材料实心的情况下涡流效应显著。针对该情况下实心轴向磁悬浮轴承的建模问题,使用等效磁路法建立轴向磁悬浮轴承模型时常会忽略涡流效应,导致理论模型与实际模型存在较大误差。为了得到更贴近实际的轴向磁悬浮轴承精确模型,针对一种混合型三自由度磁悬浮轴承的轴向部分采用系统辨识的方法进行了闭环辨识,研究了分数阶模型阶次的确定流程和误差准则,得到了轴向磁悬浮轴承的数学模型。结果表明,分数阶系统模型能够弥补整数阶模型在高频段上的相位特性误差,在整个频域上有着更高的精确度。

无轴承异步电机悬浮子系统独立控制的研究

无轴承异步电机转矩绕组和悬浮绕组的独立控制是该电机实现超高速运转的有效途径。针对这一强耦合的非线性复杂系统,研究了一套独立的悬浮绕组控制子系统,其中所需的转矩绕组气隙磁链的幅值和相位可通过独立的电压模型方法辩识得到。这样一来,不仅超高速运转成为可能,而且转矩绕组的控制原则上可采用任意的调速方法,特别是低成本、高可靠性的通用变频器的运用将较大提高无轴承异步电机的实用性。实验证明该文提出的悬浮绕组独立控制子系统能较好地满足电机径向悬浮的稳、动态性能要求。

考虑材料非线性覆铜实心转子感应电机转子阻抗参数的二维解析计算

覆铜实心转子感应电机的转子阻抗参数计算是实心转子感应电机的难点。实心转子铁心材料非线性造成转子磁导率非恒定值,同时非线性导致了电磁场畸变,增加了转子阻抗的计算难度。对此,该文在双层转子模型子域解析的基础上,提出了一种考虑转子材料非线性,利用等效磁化曲线进行阻抗计算的方法,能够对非线性转子铁心在不同转差率下的磁导率进行计算,减小了由转子材料非线性造成的阻抗计算误差。通过二维时谐场有限元仿真验证了该方法的计算精度,并在该方法基础上提出一种考虑温度变化的转子阻抗简化计算方法,能够在转子温度变化情况下快速估算电机性能。

基于气隙磁场定向的无轴承异步电机非线性解耦控制

无轴承异步电机是一个强耦合的非线性复杂系统 ,实现其电磁转矩和径向悬浮力之间的解耦控制是该电机稳定运行的前提。本文在研究电机磁悬浮机理的基础上 ,利用电枢绕组气隙磁场定向控制来实现两者之间的动态解耦控制。实验证明该控制算法不仅能实现电机稳定的悬浮 。

飞轮贮能系统在未来航天器中的应用

传统蓄电池贮能系统由于其比能量小、可靠性低的固有缺陷已难以满足未来航天器的总体性能发展要求。近年来，随着高性能磁轴承、高强度轻重量的复合材料、电力电子技术等一系列关键技术的发展，使得飞轮贮能系统取代目前航天器中镍氢电池贮能系统成为可能。文中系统地阐述这一未来的航天器贮能系统，其中具体介绍了飞轮贮能系统的高比能量、长寿命、高效率等优越特性以及在航天器应用中独具的位姿控制附加功能，并对飞轮贮能系统的结构组成、多功能集成等方面作了较为详细的论述。

无轴承交流电机的原理及应用

无轴承电机是一种通过定子上两套绕组的相互作用 ,利用电力电子技术和微机控制实现其同时具有驱动和自悬浮能力的新型电机。本文对无轴承电机的基本原理、控制设计和结构形式作了一般性论述 ,并介绍了无轴承电机在飞轮贮能、密封泵、人工血泵、机械减振。

无轴承交流电动机的基本理论和研究现状

无轴承交流电机是目前交流电机领域的一个研究热点，本文首先指出了它的研究意义和其潜在的巨大使用价值。在对无轴承交流电机的基本原理进行一般性分析的基础上，对无轴承交流电机的基本理论，包括感应矩阵、径向力方程以及控制系统做了较为细致的论述，最后对无轴承交流电机的基本特性和研究现状进行了分析和总结，并提出了有待进一步研究的问题和拟采用的研究方法。

开关磁阻电机无位置传感器技术的研究现状和发展趋势

无位置传感器技术是开关磁阻电机(Switched reluctance motor,SRM)系统研究的一个重要方向。该技术的研究可以进一步提高SRM的系统集成度,增强系统的高速性和环境适应性,充分发挥SRM的强容错能力和高可靠性。本文针对启动和低速运行以及中、高速运行等不同运行状态对目前国内外所研究的无位置传感器方法进行了分类讨论,并评述各种方法的优缺点;最后对该技术所亟需解决的关键技术和未来发展趋势进行了分析和展望,以期对未来开关磁阻电机系统的深入研究和拓宽应用提供参考。

异步电机直接力矩控制中定子磁链自适应观测器的研究

为了提高直接力矩控制系统中定子磁链的观测精度，提出了一种新的定子磁链自适应观测器。该观测器在观测定子磁链的同时也辨识了随温度变化的定、转子电阻。该观测器的稳定性利用波波夫理论进行了严格的证明，其鲁棒性和观测效果也通过数字仿真得到充分的证实。

三峡升船机卷筒强度可靠度计算的随机有限元法

针对三峡升船机的卷筒要求高可靠性这一特点，提出用随机有限元法计算其强度的可靠度，以提高计算的准确性，对三峡升船机卷筒强度的可靠性设计提供了较为信服的依据。其中，根据其受载特点，考虑了节点载荷之间的相关性，并建立了采用板壳单元时结构可靠度的计算方法。该方法具有可充分利用ＳＡＰ程序分析结果，自编程序小等优点。

异步电动机的非线性自适应控制

本文针对磁场定向的d－q坐标系下的4阶包含机、电动力学的异步电动机的模型，运用非线性自适应的反馈线性化的控制方法，设计一个渐近跟踪负载力矩和转子电阻实际值的非线性辨识算法，一旦这两个未知常数被辨识，则可实现速度和磁链调节的解耦控制，仿真结果证明系统具有良好的稳、动态性能。

基于随机有限元法的卷筒强度可靠性分析

针对三峡升船机卷筒强度这一直接关系到升船机的安全可靠性的关键问题，提出用随机有限元法对其进行可靠性分析，克服了用传统方法分析所带来的不足．在计算中采用自编部分程序与通用的ＳＡＰ５程序相结合的方法。

提高交流电机矢量控制环节教学质量的研究

提出了采用磁场定向控制一理论来改善矢量控制的教学。在异步电机统一的数学模型的基础上 ,构造磁场定向控制统一理论 ,通过对其中转子定子折算系数的不同取值 ,分别方便地推导出转子磁场定向控制、定子磁场定向控制和气隙磁场定向控制。通过对三种磁场定向控制的比较 ,加深了对矢量控制的认识。采用基于 Power Point的多媒体教学实践证明了本文提出的教学改革方法的有效性。

永磁偏置径向-轴向磁悬浮轴承工作原理和参数设计

介绍了永磁偏置径向-轴向磁悬浮轴承结构示意图及悬浮力产生的机理,用等效磁路法对永磁和励磁混合磁轴承的磁路进行了计算,得出了最大承载力的条件和数学表达式,给出了参数设计和计算方法,最后给出了一个设计例子,并用有限元进行了仿真验算。理论研究和仿真分析表明:永磁和励磁径向-轴向磁轴承结构合理紧凑、占据轴向长度小、效率高。在磁悬浮电机、高速飞轮储能等系统中具有广阔的应用前景。

无轴承开关磁阻电机麦克斯韦应力法数学模型

针对已有基于虚位移法的无轴承开关磁阻电机数学模型推导复杂的缺限,从麦克斯韦应力法角度出发,建立了考虑电机磁饱和特性的数学模型。在大电流饱和状态下,该模型有效地描述了电机产生的径向悬浮力和电磁转矩。利用有限元分析的方法验证了该模型的优良特性。试验结果显示利用该模型能够很好地实现电机稳定悬浮,表明采用麦克斯韦应力法建模的正确性和可行性。该方法的应用为研究无轴承开关磁阻电机电磁力分布提供了新的思路。