Nonlinear Decoupling Control of the Bearingless Induction Motors Based on the Airgap Motor Flux Orientation

The bearingless induction motor, which combines the inductionmotor and magnetic bearing is a strongly coupled complicatednonlinear system; the decoupling control of the electromag- net toqueand readial levitation force is the base of the stable operation ofthe benaringless motor. In this paper, the air-gap motor fluxoriented vector control is proposed to realize the decoupling controlof this nonlinear system even in the transient case based on thelevitation principle. Simulations show the stable suspension and goodperformance of the proposed algorithm.

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 。

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。

直线感应电机间接磁场定向悬浮牵引联合控制

基于气隙磁密分析,建立了适用于间隙变化的直线感应电机动态数学模型以及推力和法向力表达式。针对直线感应电机的运行状况,分析了法向力的排斥力分量和吸引力分量的特点,提出了一种新颖的基于间接次级磁场定向的推力、法向力独立控制策略。仅仅依靠单边直线感应电动机,实现了静态和动态稳定悬浮、以及悬浮状态下的稳定牵引运动,并在一台直线感应电机模型车辆上进行了实验。实验结果表明,提出的解耦控制方案对直线感应电机的悬浮牵引联合控制具有良好的效果。

无轴承异步电机磁场定向控制策略分析

针对无轴承异步电机电磁转矩和悬浮力强耦合特性,研究了基于转矩控制绕组气隙磁场定向控制和转子磁场定向控制的无轴承异步电机控制策略,进行了对比分析。分析表明:气隙磁场定向控制中存在最大转矩限制、非线性机械特性,难以实现自适应控制等问题;对转子磁场定向控制而言,当负载或转速变化时,由于转矩控制绕组转矩电流变化将导致气隙磁场发生改变,如果仍以转子磁场近似替代气隙磁场作为悬浮依据,必然影响到悬浮控制性能。文中通过仿真和实验对以上2种控制策略下的系统动、静态性能进行了分析和比较,结果验证了以上所述观点的正确性。

考虑电流动态的无轴承异步电机解耦控制策略

目前的无轴承异步电机解耦控制策略没有考虑定子电流动态影响,限制了其控制性能的提高.为此,本文首先分析了电机的数学模型,在考虑转矩系统定子电流动态的前提下,建立了无轴承异步电机的状态方程;在系统可逆性分析的基础上,解析推导出了无轴承异步电机的逆系统动态数学模型;基于逆系统方法,研究了转速、转子磁链和两个径向位移分量之间的动态解耦控制策略.仿真研究结果表明:控制系统具有优良的动态解耦性能和较强的抗负载挠动能力.所提出的解耦控制策略是有效的、可行的,并可在一定程度上简化控制系统结构.

三相无轴承异步电机的磁场定向控制

为实现三相无轴承异步电机的高性能悬浮和驱动控制,研究了4极转矩系统和2极磁悬浮系统的磁场定向控制问题。首先对转矩系统的气隙磁场定向和转子磁场定向控制进行了对比分析,然后分析了磁悬浮系统的磁场定向控制策略和非定极转子的感应补偿问题;最后,根据三相无轴承异步电机的运行控制特点,转矩系统采用了转子磁场定向、悬浮系统采用了气隙磁场定向和感应补偿的组合控制策略,对三相无轴承异步电机的控制系统进行了仿真和实验分析。结果表明:在额定转速范围内,可实现可靠的悬浮控制和良好的解耦控制性能。所采用的磁场定向控制策略是可行的。

三相无轴承异步电机的解耦控制系统

为适应无轴承运行控制技术走向高速大功率领域的需要,对三相无轴承异步电机的控制模型、策略和系统进行研究和设计。经理论解析推导出激磁电感模型、基于转矩系统气隙磁链的可控磁悬浮力模型和不稳定单边磁拉力解析式,给出单边磁拉力前馈补偿方法,详细介绍四极转矩控制系统和二极磁悬浮控制系统的结构和控制原理;针对样机进行磁悬浮解耦控制系统的仿真分析和实验研究。仿真和实验结果表明,在加速起动过程和稳态运行状态中,都能实现可靠的悬浮运行。所给出的三相无轴承异步电机解耦控制模型、策略和系统是实用可行的。

永磁型无轴承电机解耦控制策略研究

根据无轴承电机转子悬浮力产生机理,针对一类表面贴装式永磁型无轴承电机提出了基于转矩绕组气隙磁场定向的解耦控制算法,根据转子磁场定向坐标系统中电机数学模型推导出气隙磁场定向坐标系统中电机电磁转矩、气隙磁链以及可控悬浮力数学模型,在此基础上构建了永磁型无轴承电机转矩绕组气隙磁场定向解耦控制系统,有效解决了转子磁场定向控制存在的缺陷。仿真结果证明了提出的控制算法的正确性与可行性。

一种感应电机定子磁场定向解耦控制方法

针对感应电机按转子磁场定向控制,系统受电机转子参数变化影响较大的问题,采用定子磁场定向控制,以定子磁链作为反馈量,克服矢量控制系统对转子参数的直接依赖性,同时运用电流励磁分量解耦补偿环节,实现了定子磁场定向控制下电机转速与定子磁链间的解耦控制.并针对定子磁链估计算法中存在的纯积分问题,提出了一种改进型积分算法予以解决.最后在dSPACE实时仿真试验平台上,对所提出的控制方法进行了试验验证,试验结果和分析证明了所提出控制算法的有效性,系统动静态性能良好,实现了转速与定子磁链的解耦控制.

单边直线感应电机转子磁场定向矢量控制方法研究

单边直线感应电机运行中因次级板产生涡流而存在第二类纵向边缘效应,造成气隙有效磁通和牵引力系数降低。建立了电机d-q轴等效电路,通过d轴互感和电阻变化来反应边缘效应的影响。采用转子磁链、速度和电流3个调节器,对uds,uqs,iqs进行在线解耦补偿控制。结果表明,该方法在电机速度突变时减小了力矩脉动,定子电流过渡平滑,速度平稳,较好地改善了电机的运行性能,对实际分析提供了理论依据。

无轴承异步电机的RFOC逆动态解耦控制

为解决三相无轴承异步电机这一多变量、非线性对象的强耦合性问题,首先分析了RFOC(转子磁链定向控制)条件下的无轴承异步电机状态方程;然后,进行了无轴承异步电机的整体系统可逆性分析,采用逆系统方法进行了转速和转子磁链之间、两个径向位移分量之间的动态解耦控制方法研究,给出了逆动态解耦控制系统结构。仿真结果表明,系统各状态变量之间实现了可靠的动态解耦控制,且具有良好的动静态控制性能,所给逆动态解耦控制方法是有效的、可行的。

一种三相无轴承异步电机解耦控制策略

针对三相无轴承异步电机这一多变量、非线性对象的强耦合问题,提出了一种基于逆系统方法的解耦控制策略。在转子磁场定向坐标系下分析了转矩系统的可逆性并求解逆系统,将其解耦成转速和转子磁链两个二阶子系统;对悬浮控制子系统采取负反馈控制,所需的气隙磁场利用转子磁链和定子电流辨识得到;最后对系统进行综合和仿真研究。仿真结果表明该控制方法具有良好的解耦控制性能,所给控制策略是可行的。

单边直线感应电机纵向边缘效应的研究

单边直线感应电机(SLIM)因结构简单牢固,直接产生前进的电磁推力,在交通中得到广泛应用。由于其磁路断续,电机运行中存在横向和纵向边缘效应;次级的入口和出口因气隙磁链守恒原理会产生涡流,并随速度上升而加大。边缘效应和涡流大小对直线电机气隙磁链产生重要影响,造成气隙有效磁通和牵引力系数降低。探讨直线电机工作特点,得到了电机d-q轴等效电路,通过d轴互感和电阻变化来实时反应第二纵向边缘效应和次级涡流的影响。结合旋转电机转子磁场矢量控制方法,建立了对应的SLIM控制方程。采用转子磁链、速度和电流三个调节器,提出了uds,uqs,iqs实时在线解耦补偿控制方法,对SLIM的推力、d-q轴电压、d-q轴磁链等进行调节和控制,对d轴互感大小进行限制。结果表明,该方法在电机速度突变时减小了力矩脉动,定子电流过渡平滑,速度平稳,改善了SLIM的运行性能,为电机实际运行分析提供了理论依据。

无轴承异步电机定子磁场定向控制的研究

在研究无轴承异步电机中实现电磁转矩与径向悬浮力之间的非线性解耦是电机稳定悬浮的关键所在,本文采用了基于d轴电流直接求解的无轴承异步电机定子磁场定向控制,克服了从常规定子磁场定向控制需加解耦器及其带来的输出延时的缺点。在悬浮力控制中引入单边磁拉力反馈控制,以减少系统延时及干扰对转子悬浮控制带来的误差。仿真结果表明电机动态、稳定性能优越。

无轴承异步电动机的控制系统设计与实现

在分析无轴承异步电动机悬浮力产生的基础上,建立了计及转子偏心的悬浮力解析模型,并采用气隙磁场定向控制策略,设计了以TMS320LF2407 DSP为核心的无轴承异步电动机的全数字控制系统。通过在样机上的试验研究,结果表明该控制系统不仅能实现转轴的稳定悬浮,而且具有良好的动、静态性能。

基于神经网络自适应PID的异步电动机定子磁场定向控制

针对异步电动机这一多变量、非线性、强耦合的控制对象,提出了一种基于神经网络自适应PID控制器的异步电动机定子磁场定向解耦控制的新方法。采用定子磁场定向控制,以定子磁链作为反馈量,运用电流励磁分量解耦补偿环节,实现了定子磁场定向控制下电机转速与定子磁链间的解耦控制。同时为实现对异步电动机快速和精确控制,设计出用于异步电动机的神经网络自适应PID控制器,利用神经元的自学习功能在线调节连接权重,实现自适应控制。实验结果表明：这种方法具有控制性能不受电机转子参数的影响,以及快速的转速和转矩响应的特点。

基于转子磁场定向的无轴承异步电机逆系统解耦控制

无轴承异步电机是一个多变量、强耦合、非线性的系统,根据无轴承异步电机的运行机理,推导了旋转力和径向悬浮力方程,建立了基于转子磁场定向的电机的状态方程,根据状态方程分析系统的可逆性,应用α阶逆系统的方法实现了径向悬浮力与旋转力之间、径向悬浮力之间的动态解耦;并采用线性综合方法设计了系统的闭环控制器。仿真结果表明,系统具有良好的动、静态性能。

无轴承异步电机的自抗扰控制策略

针对无轴承异步电机(BLIM)的逆系统解耦控制性能受负载和参数变化影响的问题,在转子磁链定向逆系统解耦控制的基础上,采用自抗扰控制器(ADRC)替换经典的PID控制器,将BLIM模型中的交叉耦合项、本体参数变化和负载视为"扰动",统一用ADRC的扩张状态观测器(ESO)估测,非线性状态误差反馈控制器(NLSEF)进行补偿。仿真结果表明:采用了ADRC,系统具有较好的动态解耦控制性能;同时,对电机参数和负载变化具有更好的鲁棒性。

新型单绕组无轴承异步电机控制系统

研究了一种新型结构的单绕组无轴承异步电机,与传统的双绕组无轴承异步电机相比,采用一套绕组即可实现电机转子的悬浮和旋转。在分析单绕组无轴承异步电机新型结构和工作原理的基础上,推导出电机径向悬浮力和转矩部分的数学模型。针对单绕组无轴承异步电机的定子电流连接的复杂性,采用电流叠加控制方法,并设计基于气隙磁场定向控制的控制系统。在MATLAB/Simulink中建立控制系统的仿真模型进行仿真验证,并制作实验样机进行悬浮特性试验。结果表明,该方法控制的样机转速响应好、悬浮特性优良,从而验证了所提方法的正确性与有效性。