永磁型无轴承电机自适应振动抑制控制

为解决在永磁型无轴承电机转子抑制振动控制时,高频噪声信号降低振动信号频率辨识精度,导致系统不稳定的难题,介绍了一种基于多频率跟踪算法的转子自适应振动抑制控制策略。分析了振动信号频率辨识误差形成机理,推导了自适应多频率跟踪算法,构建了转子振动抑制控制系统,采用李雅普诺夫稳定性理论分析了自适应多频率跟踪算法和基于该算法的振动抑制控制系统稳定性。将其应用到永磁型无轴承电机转子磁场定向控制系统中,进行了仿真和实验研究。研究结果表明,自适应多频率跟踪算法可快速准确辨识振动信号频率,基于该方法的振动抑制控制系统,可有效抑制转子振动,提高转子旋转精度。

永磁型无轴承电机的无传感器运行研究

在分析高频信号激励下永磁同步电机数学模型的基础上,针对永磁型无轴承电机无传感器运行的需要,提出了一种基于电机空间凸极跟踪的转子位置估算自检测方法,讨论了利用高频信号注入、外差法空间凸极信号提取及转子位置跟踪观测器设计等位置检测原理和实现技术,并应用这种位置检测方法建立了永磁型无轴承电机无位置传感器的矢量控制系统。仿真研究表明,上述空间凸极跟踪方法能在内插式永磁型无轴承电机全速范围内准确地观测出转子的位置,能在高、低速和大负载扰动下实现无传感器方式的稳定悬浮运行。

感应型无轴承电机的优化气隙磁场定向控制

由于悬浮力与转矩之间以及水平、垂直悬浮力之间的耦合,动态过程中感应型无轴承电机转子的悬浮将变得不稳定。针对磁悬浮力是定、转子间气隙磁密有源不平衡结果的概念,该文建立了感应型无轴承电机气隙磁场定向控制模型,进行了起动及突加负载大动态过程稳定悬浮的运行仿真。然而负载运行中转子参数变化和铁磁非线性饱和的影响,定向用气隙磁通发生了幅值及相位的变化,破坏了两正交悬浮力间的解耦条件,影响了转子的稳定悬浮性能。对此,该文又提出了一种优化气隙磁场定向控制策略和系统,通过对气隙磁链幅值和相位的实时修正,实现了在气隙磁场定向基础上的动态解耦控制,有效地提高了考虑参数变化及计及饱和时感应型无轴承电机的实际悬浮运行能力,为实际系统的动态解耦控制提供了实施途径。

无轴承电机的通用可控磁悬浮力解析模型

为解析研究无轴承电机的基础理论和共性规律,给出二极悬浮控制四极无轴承电机电感矩阵解析模型,然后根据虚位移原理推导了无轴承电机通用静向(即沿静止坐标向)可控磁悬浮力的解析模型,该模型既适用于凸极型转子结构无轴承电机,又适用于圆柱型转子结构无轴承电机。通过在该通用解析模型中设置不同的极弧宽度参数,衍生出无轴承同步磁阻电机、表面式永磁无轴承电机和无轴承异步电机的可控磁悬浮力解析模型。针对无轴承异步电机进行了可控磁悬浮静力实验和分析,应用实例验证了推导出的通用可控磁悬浮力解析模型的有效性和正确性。

永磁型无轴承电机悬浮系统的H_∞鲁棒控制

为了提高永磁型无轴承电动机悬浮系统的稳定性和抗干扰能力,从运行原理出发,对悬浮系统提出了基于混合灵敏度的H_∞鲁棒控制.通过选取适当的灵敏度和补灵敏度加权函数,设计了H_∞控制器.应用该控制器实现了基于转子磁场定向控制的永磁型无轴承电机悬浮控制系统.仿真结果表明,所提出的H_∞控制器具有良好的抗干扰能力和鲁棒稳定性,性能优于常规PID控制器.最后进行了实验研究,证明了该控制方法的有效性.

基于滑模观测器的单绕组多相无轴承电机无位置传感器控制

针对单绕组多相无轴承电机的特点,讨论了此类电机中悬浮平面电流对电机转子位置带来的扰动,建立了基于滑模观测器的检测模型和控制算法,实现了单绕组多相无轴承电机的无转子位置传感器运行。文中采用饱和函数代替开关函数,并设计了随转速变化的低通滤波器,取得了良好的观测效果。该方法克服了传统基于电机模型的无位置传感器控制方法对电机参数的依赖性,抑制了由无轴承电机悬浮平面耦合带来的固有扰动,提升了无轴承系统的鲁棒性。实验结果表明系统采用该观测器进行转子位置及速度观测后,具有较好的静、动态性能,验证了滑模观测器在单绕组多相无轴承驱动系统无位置传感器中应用的正确性和可行性。

感应型无轴承电机磁悬浮力解析模型及其反馈控制

由于负载、干扰和径向位移检测误差,无轴承电机悬浮运行时定、转子中心并不重合,产生偏心,影响了其稳定悬浮控制性能。该文从运行原理出发,建立了计及定、转子定位偏心的感应型无轴承电机磁悬浮力的较精确解析模型,采用电机电磁场分析软件ANSOFT验证了它的精度。应用这个模型实现了悬浮力的实时观测,在传统气隙磁场定向矢量控制系统基础上添加了悬浮力的闭环控制,有效地提高了感应型无轴承电机稳定悬浮运行的动、静态性能。

基于电感矩阵的无轴承电机径向悬浮力模型

介绍了无轴承电机工作原理,以附加二极悬浮力绕组的四极无轴承电机为研究对象,建立适用于圆柱型和凸极型转子的无轴承电机的通用电感矩阵模型,进而推导出径向悬浮力通用数学模型.基于该数学模型,以无轴承同步磁阻电机和无轴承永磁同步电机为例,得出径向悬浮力公式和径向悬浮力计算值,并分别与用ANSYS有限元分析软件计算的径向悬浮力数值进行对比.模型计算结果与ANSYS分析结果基本吻合,该径向悬浮力数学模型的正确性得到验证.

无轴承电机轴向混合磁轴承自抗扰控制

为了实现无轴承电机轴向混合磁轴承的准确和稳定控制,依据自抗扰控制理论,设计了轴向混合磁轴承自抗扰控制系统,并给出其控制算法和控制结构。根据实验样机参数,利用MATLAB软件环境,构建了仿真系统,针对系统的阶跃响应、转子起浮、抗干扰能力等情况进行了仿真研究和性能分析。仿真试验结果表明,所设计的自抗扰控制系统具有精确度高、响应速度快、抗干扰能力强等特点,满足无轴承电机轴向混合磁轴承的高性能控制要求。

新型单绕组多相无轴承电机

根据电机的悬浮原理提出了一种单绕组多相无轴承电机模型,通过一台多相变频器在单套多相绕组中通入2组电流来实现单绕组多相电机的无轴承运行.以单绕组六相感应电机为例,分析了单绕组多相无轴承电机的悬浮原理和绕组结构等问题.利用改进的绕组函数法来计算偏心状态下电机的电感,并采用虚位移法计算考虑偏心的径向力解析模型,利用有限元法验证了该解析模型的正确性.通过建立多相无轴承电机的数学模型,对单绕组多相无轴承电机的磁场定向控制进行了仿真,结果表明该电机能够实现稳定的悬浮和获得良好的调速性能.

2-4型和4-2型多相永磁无轴承电机电感与悬浮力的对比分析

准确的电感与悬浮力模型对多相无轴承电机的稳定悬浮起到关键性作用。由于无轴承电机在运行过程中,转子始终处于动态偏心的状态,该文利用改进绕组函数法,详细分析了影响电感变化的几种谐波函数,并分别给出了用于2极转矩磁场、4极悬浮磁场(2-4型)多相永磁无轴承电机和4极转矩磁场、2极悬浮磁场(4-2型)多相永磁无轴承电机的电感解析模型,而且该模型也适用于凸极转子和隐极转子结构。另外,根据虚位移原理推导出相应的悬浮力模型,并利用有限元法对两种模型的电感和悬浮力进行了计算与分析。最后通过对一台五相表贴式永磁无轴承电机进行静力试验与悬浮试验,验证了解析模型的有效性。

永磁型无轴承电机的完整系统建模

为实现永磁型无轴承电机的稳定悬浮运行,须对转矩和悬浮力进行实时控制。电磁转矩和磁悬浮力的精确计算是无轴承电机设计及其控制的基础。传统的永磁型无轴承电机数学模型将转矩与悬浮力作为两个独立的系统来考虑,忽略了它们之间的非线性电磁耦合关系,因此计算精度不理想。该文通过虚位移法推导、并建立了考虑转矩绕组与悬浮绕组之间非线性电磁耦合关系及转子运动的面贴式永磁型无轴承电机完整系统数学模型,并通过有限元分析提取了模型中的关键参数。基于此模型实现了转子磁场定向控制的悬浮运行仿真,通过与传统数学模型的仿真结果对比,验证了该模型的精确性与完整性。

交替极永磁无轴承电机的直接悬浮力控制

通过借鉴永磁同步电机直接转矩控制(PMSM-DTC)的思想,将直接转矩控制的理论和方法应用到永磁型无轴承电机磁悬浮力的控制上去,提出了一种新颖的基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法的直接悬浮力控制算法,并在一台交替极无轴承永磁电机上进行了实验验证,结果表明该控制思想的正确性和有效性。

单绕组五相永磁无轴承电机的SVPWM控制

针对单绕组五相永磁型无轴承电机,利用多相电机多控制自由度,在转矩平面(d1-q1)和悬浮平面(d2-q2)内选取了合适的电压矢量,根据在两个平面内实时的反馈,按照给出的SVPWM算法和电压矢量的选择方式,可以唯一确定五相逆变器各个功率元件在该周期内的导通时间。区别于传统多相电机利用谐波平面空间电压矢量来实现改善磁场,提高功率密度以及提高电压利用率等控制目标,本文通过控制多相电机的谐波平面空间电压矢量实现了电机平稳悬浮。基于TMS320F2812的控制平台对一台五相无轴承电机进行实验,实验结果验证了所述方法的有效性。

基于涡流损耗分析的永磁型无轴承电机优化

针对永磁型无轴承电机在高速运行时,转子涡流损耗导致永磁体发热严重,导致永磁体存在不可逆退磁的难题。在分析永磁型无轴承电机转矩和径向力产生机理的基础上,研究了径向力、转矩绕组磁场和悬浮绕组磁场的相对运动关系,给出了永磁型无轴承电机单一方向稳定可控径向力的产生条件,采用2D耦合电路瞬态有限元法,计算了转子空载涡流损耗,比较了永磁型无轴承电机极对数为PB=PM+1和PB=PM-1时的转子涡流损耗。研究结果表明,永磁型无轴承电机转子涡流损耗主要是由悬浮绕组磁场产生,采用PB=PM+1结构时,转子涡流损耗最小,PM=1,PB=2结构最适合高速运行。

永磁型无轴承电机的设计与控制研究

为了深入研究永磁型无轴承电机的设计方法及控制策略,提出了计及定、转子定位偏心的悬浮力解析模型及该解析模型中悬浮绕组参数的设计方法.该方法基于永磁型无轴承电机悬浮力产生机理和电磁场有限元分析,进行电机设计,得到永磁型无轴承样机的系统参数.在此样机系统基础上,讨论了转矩控制子系统的转子磁场定向矢量控制、悬浮控制子系统的模糊自调整比例-积分-微分(PID)控制策略,并进行了悬浮运行实验,结果表明该设计参数与实际样机参数基本吻合,验证了该设计方法的正确可行性,该控制策略有效地解决了无轴承电机模型复杂、参数时变等实际因素的影响,保证了其运行控制的鲁棒性.

基于混合转子结构和悬浮力控制的新型飞轮储能用无轴承电机

通过对不同转子结构控制的无轴承电机转矩和磁悬浮力的比较,本文提出了一种新型飞轮储能用无轴承电机混合转子结构,具有永久磁铁转子和感应转子的优点。带有混合转子结构的无轴承电机不仅能产生大的电磁力矩和大的悬浮力,而且还可以通过电流矢量定向实现悬浮力的解耦控制。由TMS320C32DSP和Xilinx CPLD来控制该种混合转子结构的无轴承电机。试验结果表明新型无轴承电机的设计和控制策略是可行的。

内插式永磁无轴承电机转子位置/位移综合自检测

为实现无轴承电机的低成本与实用化,解决运行控制中电机转子位置/速度及径向位移的检测,提出了一种基于脉动高频电压信号注入法的转子位置/位移综合自检测方法。通过从转矩绕组注入脉动高频电压信号,利用电机空间凸极效应和转矩绕组与悬浮绕组间的互感特性,同时实现对转子位置/速度和径向位移的有效观测。电磁场分析结果表明,该方法可实现位移检测信号在水平、垂直方向的解耦以及转子位置和位移检测信号间的解耦。应用该检测方法构建了内插式永磁型无轴承电机无传感器运行的矢量控制系统,系统仿真运行表明,该自检测方法能在全速范围内准确观测出转子的位置/速度和位移,并能在大负载扰动条件下实现无传感器方式的稳定悬浮运行。

永磁型无轴承电机的设计与运行分析

针对永磁型无轴承电机设计中转矩绕组和悬浮绕组设计的特殊性,提出了一种永磁体厚度优化设计新方法.该方法基于永磁型无轴承电机运行原理,进行了永磁型转子结构、悬浮绕组和永磁体厚度优化的设计.导出了计及定、转子定位偏心的永磁型无轴承电机悬浮力的解析模型,通过对磁悬浮力与悬浮绕组电流和转子偏心关系的电磁场分析,来验证该模型的精确度,并应用该模型建立了永磁型无轴承电机的控制系统.仿真结果表明,该设计方法提高了永磁型无轴承电机的转矩和悬浮性能,降低了设计的复杂性,且样机具有良好的动、静态悬浮特性.

一种竖直无轴承电机结构及其转子定位控制

竖直轴上端开口的旋转装置在低速运转时,转子的陀螺效应将减弱,可能失去稳定性,从而造成碰撞、噪声和设备损坏等问题。因此其转子定位需要采用非接触式的电磁力来控制。该文提出一种新型的无轴承电机结构,该结构由4个弧形直线感应电机定子和一个公共转子组合成一个多电机系统。在直线感应电机法向力与切向力解耦的基础上,通过直线感应电机的法向力提供转子定位控制力。针对转子的力学特性,基于陀螺效应设计了转子定位控制算法,并对其进行仿真和实验。结果表明,该方案能够实现转子的定位控制。运用此研究成果,可省去无轴承感应电机的悬浮绕组,从而减少了电机的加工困难,具有较好的应用前景。