永磁同步电机故障诊断方法研究综述

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)具有结构简单、运行稳定、效率高和外形多样等显著优点,在生产制造领域得到广泛应用。PMSM在工作中不断受到速度变化和负载波动等复杂工况的影响,不可避免地会出现各种故障,如轴承故障、偏心故障、退磁故障和匝间短路故障等。文中综述了PMSM常见故障类型,并总结了自动化领域中基于信号的状态监测方法的现有研究,以用于各类电气和机械故障的检测和诊断。随后,对诊断方法进行了总结,并分析了其优势与限制,探讨了不同信号处理方法在应用中的利弊。最后,根据当前研究现状,讨论了PMSM故障监测与诊断存在的问题和未来发展方向。

基于灰狼算法的无轴承永磁同步电机多目标优化

为了降低无轴承永磁同步电机的悬浮脉动并提高电机的转矩,使其性能更加优越,提出了基于解析-灰狼算法对电机进行多目标优化设计。通过对比解析法和有限元法的计算结果,验证了解析法计算的准确性。将电机的气隙宽度、槽口宽度、极弧系数和永磁体厚度4个变量作为优化参数对电机进行多目标优化。对比优化前后的结果,电机的悬浮力脉动和转矩得到了明显的改善,验证了该算法的可行性。

考虑偏心及绕组耦合的无轴承永磁同步电机建模

在阐述无轴承永磁同步电机转子悬浮机理的基础上,根据电机磁路原理,建立了无轴承永磁同步电机电感矩阵解析模型。基于该解析模型和电磁场虚位移原理,推导了无轴承永磁同步电机的较为精确的数学模型。该解析模型充分考虑了转子偏心以及两套绕组的耦合关系,能有效地描述电机产生的径向悬浮力和电磁转矩。为了验证该模型的正确性和可行性,在一台表面贴装式无轴承永磁同步电机上进行了的实验研究。实验结果表明利用该模型能够有效地提高无轴承永磁同步电机稳定悬浮运行的稳态精度和动态响应速度。

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。

改进型平方根无迹卡尔曼曼滤滤波及其在无轴承永磁同步电机无速度传感器运行中的应应用用

平方根无迹卡尔曼滤波(SRUKF)解决了标准无迹卡尔曼滤波(UKF)中由于误差协方差阵负定而引起的滤波发散问题,保证了算法的数值稳定性,但仍存在对模型参数变化的鲁棒性差、收敛速度慢及对突变状态的跟踪能力低等缺陷.因此,本文提出一种改进SRUKF滤波,通过引入时变渐消因子和弱化因子,实时修正滤波增益矩阵和误差协方差平方根矩阵,实现残差序列正交,确保SRUKF滤波保持对目标实际状态的准确跟踪.将该算法在无轴承永磁同步电机无速度传感器矢量控制系统中进行仿真研究.结果表明:改进SRUKF非线性近似精度、数值稳定性及滤波精度更高,在系统状态突变或负载扰动时,鲁棒性更强,能够有效实现转速及转子角度的准确估计,确保转子稳定悬浮运行.

无轴承永磁同步电机的神经网络逆控制

无轴承永磁同步电机是一个强耦合的非线性复杂系统,实现无轴承永磁同步电机的线性化解耦控制,是无轴承永磁同步电机稳定运行和走向实用化的关键。将神经网络具有的特点(对非线性系统的逼近能力以及对系统参数变化的适应能力)与逆系统方法的特点(解耦线性化)相结合,提出了基于神经网络的无轴承永磁同步电机逆系统解耦控制方法。通过用静态神经网络加积分器来构造无轴承永磁同步电机的逆系统,将无轴承永磁同步电机动态解耦成位移子系统和转速子系统分别设计调节器进行控制,然后运用线性系统理论进行综合。仿真及实验结果表明,系统具有良好的鲁棒性和动静态解耦性能。

无轴承永磁同步电机有限元分析

无轴承永磁电机径向悬浮力与电机绕组结构、永磁体厚度及悬浮力绕组中电流等存在着复杂关系,研究这些关系对电机优化设计具有重要参考价值。该文在介绍了无轴承永磁同步电机径向悬浮力产生原理基础上,推导了径向悬浮力数学模型。用有限元分析和计算方法,讨论了无轴承永磁同步电机在定子绕组相应等效电流作用下,改变径向悬浮力绕组中的电流,电机气隙磁路分布状况;在电机气隙不变,改变永磁体厚度,计算和分析了径向悬浮力与永磁体厚度之间的关系;在电机转矩绕组极对数pM=2不变的情况下,对径向悬浮力绕组采用一对极pB=1和三对极pB=2方式绕制,计算和比较产生的径向悬浮力和麦克斯韦力大小。对pM=2,pB=3的实验样机,在静态悬浮状态下,测试了径向悬浮力和径向悬浮力绕组电流之间的关系,实验结论验证了ANSYS软件计算结果的正确性。

无轴承永磁同步电机径向悬浮力产生机理研究

在介绍无轴承永磁同步电机径向悬浮力产生原理基础上,推导了无轴承永磁同步电机径向悬浮力数学模型;用有限元分析和计算方法,讨论了无轴承永磁同步电机在定子绕组相应等效电流作用的情况下,改变径向悬浮力绕组中电流、电机气隙磁路分布状况,并且在考虑磁路饱和及非线性情况下,计算了电机径向悬浮力与绕组中电流之间的非线性关系.研究结果对电机的优化设计及如何获得最大径向悬浮力提供了理论依据.

无轴承永磁同步电机数控系统设计与实现

综合考虑无轴承永磁同步电机径向悬浮力产生的各种因素,导出了径向悬浮力和转矩数学模型,采用转子磁场定向控制策略,设计了无轴承永磁同步电机解耦控制系统.基于TMS320LF2407 DSP设计了数字控制系统硬件,开发了相应控制软件.研究结果表明:采用转子磁场定向控制策略,实现了无轴承永磁同步电机转矩和径向悬浮力之间解耦控制.研制的数字控制系统参数调整方便,性能参数满足无轴承永磁同步电机控制要求.

无轴承永磁同步电机转子偏心位移的直接控制

无轴承电机运行时由于负载扰动使其转子产生的径向偏心影响了其稳定悬浮性能,因此如何采取直接有效的方法控制转子偏心位移、使转子稳定悬浮成为无轴承电机研究的重点。文中对无轴承电机中的麦克斯韦力进行详细研究后,根据径向偏心位移和径向悬浮力之间的关系,基于可控径向悬浮力产生的机理,采用转子磁场定向,对转子偏心位移的控制提出了一种全新的控制方法:无轴承永磁同步电机转子偏心位移的直接控制,并设计了相应的控制系统。仿真结果表明,该方法有效地提高了无轴承电机稳定悬浮运行的动、静态性能,实现了对转子偏心位移的直接控制。

无轴承永磁同步电机控制系统设计与仿真

无轴承永磁同步电机是自身具有磁悬浮轴承功能的新型特种电机,是一个复杂的强耦合的非线性系统,建立无轴承永磁同步电机径向悬浮力和电机数学模型,是设计无轴承永磁同步电机控制系统的前提,实现其径向悬浮力和电磁转矩之间的解耦控制是电机稳定运行的基本条件。该文在介绍无轴承永磁同步电机径向悬浮力产生原理的基础上,推导了径向悬浮力和电机数学模型,采用基于转子磁场定向控制策略设计了无轴承永磁同步电机矢量控制系统,利用Matlab的Simulink工具箱构建了矢量控制系统,对无轴承永磁同步电机的转速、转矩及转子起浮性能进行了仿真。仿真结果表明控制系统不仅可以实现转子稳定悬浮,而且电机具有良好的动态性能。

无轴承永磁同步电机技术综述及其发展趋势探讨

阐述了无轴承永磁同步电机径向悬浮力的产生原理,综述了无轴承永磁同步电机的关键技术,对无轴承永磁同步电机的几种典型结构、数学模型及无轴承永磁同步电机的控制技术进行了详细分析。针对目前无轴承永磁同步电机的研究现状和不足之处,探讨了无轴承永磁同步电机技术的研究方向和发展趋势。

无轴承永磁同步电机径向悬浮力动态解耦控制

针对无轴承永磁同步电机径向悬浮力之间存在的非线性、强耦合问题,提出基于神经网络逆系统方法的无轴承永磁同步电机径向悬浮力动态解耦控制策略。在分析无轴承永磁同步电机的工作原理和径向悬浮力产生机理的基础上,建立径向悬浮力的数学模型,并对该数学模型进行可逆性分析,证明此系统可逆。利用神经网络逆系统方法,将原来的非线性强耦合的多变量系统动态解耦成两个位置彼此无耦合的线性子系统,运用线性系统理论对线性子系统进行综合,设计系统的闭环控制器。在Matlab软件环境下构建仿真系统,并进行仿真研究和性能分析,仿真结果验证了该解耦策略的有效性。

无轴承永磁同步电机转子初始定位策略

为解决无轴承永磁同步电机(BPMSM)快速稳定启动的问题,提出了一种基于指令电流控制的转子初始定位方法.给出了BPMSM悬浮原理;分析了BPMSM实现准确转子初始定位的充要条件,初始定位中定位步距角的确定,初始定位的定位相序优化,同时确定了120°→240°→0°的BPMSM初始定位相序,并在BPMSM数字试验平台上进行了空载三步定位试验,给出了试验波形.结果表明:基于指令电流控制的初始定位方法可使定位精度控制在-1°～1°范围内,定位角度值最小分辨率为0.2°,电机转子的径向位移被控制在200μm之内,能准确地完成无轴承永磁同步电机转子的初始定位,确保电机快速稳定启动.

基于BP神经网络左逆的无轴承永磁同步电机无位移传感器运行控制

针对无轴承永磁同步电机使用机械式位移传感器存在体积大、成本高和可靠性下降等问题,提出一种基于BP神经网络左逆的转子径向位移观测方法。首先,建立径向位移与悬浮力绕组磁链的子系统,证明其左可逆性,利用BP神经网络的拟合能力构建该子系统的左逆模型,实现对径向位移的观测。其次,为提高位移观测的精度,采用二阶广义积分器观测磁链。然后,在位移观测和磁链观测的基础上,基于直接转矩和直接悬浮力控制策略,构建无轴承永磁同步电机无位移传感器的控制系统,最后进行仿真和实验研究。实验结果表明,该方法能有效观测转子径向位移,验证了其准确性和可行性。

无轴承永磁同步电机最小二乘支持向量机非线性建模

无轴承永磁同步电机的磁链特性表现为严重的非线性,常规的解析法所建立的模型难以准确反映无轴承永磁同步电机的实际特性.因此,提出利用最小二乘支持向量机建立无轴承永磁同步电机非线性模型的新方法.在介绍最小二乘支持向量机回归理论的基础上,利用有限元法得到的样本建立了无轴承永磁同步电机的最小二乘支持向量机非线性模型,并与神经网络方法进行了比较.仿真结果表明,所建模型具有较好的鲁棒性和预测精度.最后给出了应用该模型实现无轴承永磁同步电机优化控制的方法.

基于磁链耦合分析的无轴承永磁同步电机通用数学模型

由于无轴承永磁同步电机内部有两套极对数不等的定子绕组(即转矩绕组与悬浮力绕组),所以电机气隙内存在着转矩绕组气隙磁场与悬浮力绕组气隙磁场两种极对数不等的磁场。对转矩绕组与悬浮力绕组之间的磁链耦合情况的分析,是建立精确数学模型的基础。通过应用机械/电气坐标系变换方法详细分析了不同极对数下转矩绕组与悬浮力绕组之间的磁链交链情况,并证明了当转矩绕组极对数PM=1,悬浮力绕组极对数PB=2(或PM=2,PB=1)时转矩绕组磁链ψM与悬浮力绕组磁链ψB之间相互耦合。当转矩绕组极对数PM与悬浮力绕组极对数PB均大于等于2且满足PB=PM±1时,转矩绕组磁链ψM与悬浮力绕组磁链ψB之间没有相互交链,该证明方法概念清晰、简单直观、便于理解。同时基于该证明结论建立了当转矩绕组极对数PM与悬浮力绕组极对数PB均大于等于2且满足PB=PM±1时的无轴承永磁同步电机的通用数学模型。所提出的通用数学模型为无轴承永磁同步电机仿真与实验研究提供了理论依据。

无轴承永磁同步电机系统及其关键技术发展综述

无轴承永磁同步电机集成永磁电机和磁轴承的特性,具有无摩擦、无需润滑和密封、高速高精、寿命长等优点,在高速精密电主轴、飞轮储能、血液泵、化工泵等特殊电气传动领域具有潜在应用价值。该文首先阐述无轴承永磁同步电机转矩和径向悬浮力产生机理,再对其结构优化设计和数学建模进行详细总结和分析,并从磁场定向控制、悬浮力绕组独立控制、直接控制、非线性解耦控制等方面综述其控制策略,最后从电机优化设计、控制策略、无传感器技术、容错控制及应用领域等方面展望发展趋势。

无轴承永磁同步电机转子质量不平衡补偿控制

在旋转机械中,由于转子质量的不平衡会导致沿旋转方向的振动,严重影响了系统的动态特性及安全运行,特别是对具有较高速度的悬浮转子来说,不平衡补偿具有重要的现实意义。该文介绍了悬浮转子振动控制原理,推导出悬浮转子的动力学方程。在电磁转矩和径向悬浮力解耦控制的基础上,对无轴承永磁同步电机转子进行了振动补偿控制,基于前馈法设计了不平衡补偿控制系统,并利用Matlab中Simulink工具箱对该系统进行了仿真试验研究。结果表明:基于前馈补偿控制器的振动控制策略能够很好的抑制悬浮转子振动,提高了转子的旋转精度。

无轴承永磁同步电机增磁调压转速控制策略

无轴承永磁同步电机控制系统存在由多因素引起的转矩脉动,且空载或轻载运行时电流跟踪性能差。基于旋转编码器,给出转子位置角可靠检测方法及转速优化计算公式。通过分析永磁同步电机数学模型,同时考虑无轴承电机负载效应,提出增磁控制与电压调节相结合对电机转速进行控制的策略,并给出其优化实现方法。实验结果表明,采用该控制策略,无轴承永磁同步电机的电机绕组电流脉动程度得到减弱,转速稳定性好、控制精度高,同时可改善其悬浮性能,是一种简捷、有效的无轴承永磁同步电机转速控制策略。