基于定转子开窗的混合励磁双定子BSRM振动抑制

无轴承开关磁阻电机(BSRM)由于容错性高、损耗小、效率高等优点在工业领域已得到广泛应用,但电机运行时振动会限制其在某些领域的应用。以混合励磁双定子BSRM为研究对象引入一种在定转子齿部开窗的方法,通过改变外定子或转子铁心磁阻大小,可以减小气隙中的磁密大小,达到减小电磁振动的目的。采用电磁有限元法与正交试验法优化窗口的位置和尺寸,验证转子开窗对外定子径向力和转矩的影响,最后通过模态叠加法验证转子开窗对振动响应的影响。结果表明,该方法对混合励磁双定子BSRM电磁振动有较好的抑制效果但对电机转矩有一定影响。

一种12/8极单绕组BSRMWR的转矩脉动控制策略

无轴承开关磁阻电机(BSRM)由于其定、转子的双凸结构和脉冲式的电源供电方式,存在转矩脉动较大的问题,选择合适的开通角与关断角有望改善其转矩性能。针对宽转子齿无轴承开关磁阻电机(BSRMWR),提出了一种改善型控制算法。该算法通过分析换相时的绕组上升与下降电流,在保证悬浮力跟踪良好的前提下,调节换相时的开通角与关断角,以达到抑制其转矩脉动的目的。基于该电机磁阻的双相导通原理,建立转矩和悬浮力的数学模型,分析了该控制策略的基本原理,给出了其参数计算方法。仿真结果验证了该控制算法的可行性和有效性。

新型建模及优化方法在BSRM中的应用

针对电机参数优化设计问题,引入多支持向量机与混沌优化算法,优化设计磁悬浮开关磁阻电机的结构参数。采用有限元仿真建立样本空间,采用多支持向量机构建磁悬浮开关磁阻电机的非参数模型,基于该模型,以满足额定电磁转矩为条件,优化电机参数,优化目标为最大的悬浮力、最小的转矩脉动、最小的绕组间互感,最优的电机结构参数通过混沌优化算法得到。仿真结果表明,BSRM利用多支持向量机所建立的非参数模型高效且准确,采用此优化方法设计的BSRM转矩脉动小、悬浮力大、绕组间互感小。

混合单绕组磁悬浮开关磁阻电机悬浮特性分析

单绕组磁悬浮开关磁阻电机可以实现全功率转矩和转矩/悬浮两种模式运行,具有转矩系统与悬浮系统高度集成的独特优势,但存在悬浮力输出范围有限的弊端。针对上述问题,该文将单绕组磁悬浮开关磁阻电机模块设计,与直流磁悬浮轴承一体化集成,形成混合单绕组磁悬浮开关磁阻电机(hybrid single winding bearingless switched reluctance motor,HSWBSRM)。进一步将HSWBSRM宽支承系统的定子凸极与转子凸极设计为宽齿-窄齿互相配合形式,引入轴向充磁永磁体提供产生悬浮力的偏置磁场,提高悬浮力输出能力,降低了系统的体积与悬浮功耗。该文首先阐明混合单绕组磁悬浮电机结构与运行原理,并揭示设计约束条件。针对典型实验样机参数,构建三维有限元分析模型,着重围绕宽支承系统偏置、主动悬浮特性以及单绕组系统转矩/悬浮特性开展深入分析。最后,在探明宽支承系统与单绕组系统耦合特性的基础上,提出相应控制策略并构建控制系统,验证HSWBSRM悬浮机理的可行性与有效性。

磁悬浮开关磁阻电机位置检测方法综述

磁悬浮开关磁阻电机是一种适用于超高速应用的新型电机,特别是在航空航天发电机、储能飞轮、超真空半导体加工装备等领域显示出重要发展前景。精准的转子位置检测是磁悬浮开关磁阻电机高性能、可靠运行的前提。论文调查了国内外已公开的磁悬浮开关磁阻电机转子位置检测方法,总结了基于光电式和磁敏式等传统位置传感器的检测方法。给出了因简化电机结构要求或为适用恶劣应用环境而发展的无位置传感器方法,并仿真分析和检验了磁悬浮开关磁阻电机的基本无位置传感检测方法,最后指出磁悬浮开关磁阻电机转子位置检测方法的发展趋势。

磁悬浮开关磁阻电机转子位移/位置观测器设计

为探索磁悬浮开关磁阻电机高性能无传感器控制,研究了一种基于最小二乘支持向量机的转子位移/位置观测器设计方法。该方法在对磁悬浮开关磁阻电机数学模型进行状态空间变换的基础上,采用最小二乘支持向量机设计转子位移/位置观测器。阐述了观测器设计原理,对观测器的稳定性进行分析,给出了观测器离线训练和在线学习的实施步骤。最后通过仿真和实验对所提方法进行了验证。结果表明,所设计观测器具备较好的观测效果,能够实时准确地观测出转子位移和位置,从而可实现无传感器控制。

磁悬浮开关磁阻电机径向位置解耦及仿真研究

在深入分析磁悬浮开关磁阻电机(BSRM)径向力模型的基础上,针对BSRM径向位置两自由度上的相互耦合情况,采用反馈线性化方法进行了动态解耦,设计了解耦算法,并对解耦后的线性子系统进行了闭环设计。在Matlab7.0/Simulink环境下进行了整个径向位置控制系统的仿真建模。仿真结果显示,反馈线性化解耦可保证BSRM在径向两自由度上实现独立控制,且闭环系统具有良好的动、静态性能。

单绕组磁悬浮开关磁阻电机无径向位移传感器控制

为实现单绕组磁悬浮开关磁阻电机的高性能径向位移自检测,研究一种基于自适应相关向量机的无径向位移传感器控制策略。基于相关向量机回归理论,将电机在有位移传感器运行条件下获得的磁链、电流、转角和位移作为样本数据,通过对样本数据的训练与学习,构建电机转子径向位移的非线性相关向量机预测模型。针对电机不同运行状态下的样本特性,提出了优化相关向量机模型参数的自适应算法,以进一步提高预测模型的泛化能力和估计精度。针对三相12/8极实验样机,设计闭环控制系统,开展相关的仿真和实验研究。结果表明所设计控制策略在仿真和实验条件下均能正确地估计出单绕组磁悬浮开关磁阻电机的转子径向位移,且实时性较好、预测精度较高。

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)算法的自适应凹陷滤波器,将其加入到无轴承开关磁阻电机(bearingless switched reluctance motor,BSRM)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算法的自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。

磁悬浮开关磁阻电机多目标优化设计

研究了一种基于极限学习机(extreme learning machine,ELM)与带精英策略非支配排序遗传算法(improved non-dominated sorting genetic algorithm,NSGA-II)的单绕组磁悬浮开关磁阻电机(single winding bearingless switched reluctance motor,SWBSRM)多目标优化设计方法。结合有限元分析(finite element analysis,FEA),分析了SWBSRM悬浮力、转矩随各结构参数变化的一般规律,得到ELM非参数模型。针对该训练模型并结合NSGA-II进行全局寻优,获得使悬浮力、转矩同时更优的结构参数数值组合。通过对比优化前后电机输出悬浮力、转矩大小,验证了以ELM、NSGA-II为基础的SWBSRM结构多目标优化设计的有效性。

一种无轴承开关磁阻电机悬浮性能分析

提出了一种新型结构无轴承开关磁阻电机,其结构简化,运行过程中不需要切换控制绕组,降低了控制系统的复杂性。分析了该电机的结构特点和悬浮原理,并基于有限元计算法对新型结构电机和常规结构电机进行了比较,包括:1)两种电机在旋转过程中转子径向气隙磁密分布、径向力产生情况以及产生悬浮力的同时对静态输出转矩的影响;2)比较了控制绕组通电电流变化时产生径向力情况及对静态旋转转矩的影响。性能分析及比较结果表明,新型结构无轴承开关磁阻电机具有优良的悬浮与旋转性能,研究结果为该电机的进一步建模及运行控制建立了基础。

磁悬浮开关磁阻电机建模与参数优化设计

针对磁悬浮开关磁阻电机参数设计问题,提出一种基于最小二乘支持向量机与粒子群优化算法的电机结构参数优化设计方法。采用三维有限元仿真建立样本空间,构建悬浮力、电磁转矩与绕组间互感的最小二乘支持向量机非参数模型;并基于该非参数模型,选择满足额定电磁转矩为约束条件,悬浮力最大且绕组间互感最小为优化目标,采用粒子群优化算法获取电机的最优结构参数。仿真结果表明:最小二乘支持向量机非参数模型精确度高,采用该优化设计方法设计的磁悬浮开关磁阻电机具有悬浮承载力强、耦合小、易于控制的优点,并且该优化设计方法算法简单、操作方便。

一种新型无轴承开关磁阻电动机性能分析

提出了一种具有新型定子结构的无轴承开关磁阻电机(BSRM),其可实现转矩与悬浮力的解耦,同时由于定子三相共用一套悬浮绕组,因而结构简单,易于控制,电流利用率高。简要介绍了新型BSRM的结构特点和悬浮运行原理。基于有限元仿真,对新型电机的电感、转矩和悬浮力分布特性进行了分析;分析结果表明新型BSRM具有良好的悬浮运行性能。推导了悬浮力表达式,给出了具体的实现方法。

磁悬浮开关磁阻电机逆动力学建模与控制

针对磁悬浮开关磁阻电机这一多变量、非线性、强耦合系统解耦控制时逆动力学模型难以获取的问题,提出一种基于最小二乘支持向量机的逆动力学建模与解耦控制方法。介绍磁悬浮开关磁阻电机工作原理,给出悬浮力和转矩的动力学模型,分析模型的可逆性。在此基础上,结合最小二乘支持向量机拟合与逆模解耦线性化特点,研究磁悬浮开关磁阻电机的最小二乘支持向量机逆动力学建模与解耦控制方法,给出逆动力学建模与优化过程,设计前馈和反馈环节对系统进行复合控制。仿真及实验结果表明:逆动力学模型实现了系统的解耦线性化,复合控制系统具有良好的动态和静态性能。

磁悬浮开关磁阻电机的支持向量机逆全解耦控制

针对磁悬浮开关磁阻电机(BSRM)运行过程中容易出现磁饱和现象、并且转矩和径向两自由度悬浮力之间存在严重的非线性强耦合影响,数学模型建立以及解耦控制难度大的问题,新建了考虑磁饱和效应的数学模型.提出了一种基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)的逆模型构建以及解耦控制方法,实现了径向两自由度悬浮力和转矩的全解耦控制,并且利用dSPACE系统进行了闭环解耦控制系统的运行试验,以验证模型良好的解耦效果以及对参数变化的较强鲁棒性.结果表明,该方法融合了LS-SVM的非线性逼近能力与逆系统方法的解耦线性化特点,具有较强的自适应性和鲁棒性,可以克服以基于无磁饱和假设的各种数学模型为基础的解耦控制方法不适用于BSRM磁饱和工况的缺陷.

单绕组磁悬浮开关磁阻电机电磁分析与优化设计

研究了单绕组磁悬浮开关磁阻电机电磁特性和结构优化设计方法。通过有限元分析计算得到电机悬浮力与结构参数的一般关系,以此选择定、转子极弧作为优化参数,并采用极限学习机构建优化模型,以提高悬浮力输出为目标,选用粒子群算法进行寻优。通过对比仿真结果表明所提算法的精度高、回归速度快,能够准确地寻取最优解。

磁悬浮开关磁阻电机直接逆/修正逆全域解耦控制

针对磁悬浮开关磁阻电机模型强耦合、非线性和不完全可逆问题,论文研究了一种基于直接逆/修正逆的磁悬浮开关磁阻电机全域解耦控制方法。该方法通过对电机模型的可逆性分析,将工作区域划分为可逆域和不可逆域;然后在可逆域构造直接逆模型,而在不可逆域则通过选取和修正反馈变量,构造出满足可逆条件的修正逆模型,进而将直接逆和修正逆模型串联与磁悬浮开关磁阻电机之前,将其解耦成2个位移子系统和1个速度子系统。在此基础上,对解耦后的位移、速度子系统进行闭环综合,以提高系统的控制性能。最后,通过试验对所提算法在可逆域和不可逆域的可行性进行了验证,结果表明所提算法可以实现电机全域内的高性能解耦控制,且控制系统具有较好的悬浮、调速性能。

两类多自由度开关磁阻电机原理与控制的类比

多自由度(Multi-degree-of-freedom,MDOF)开关磁阻电机(Switched reluctance motor,SRM)中的电磁力具有多维分布特征,对其建模和主动控制可实现该类电机的多自由度运行。无轴承开关磁阻电机(Bearingless switched reluctance motor,BSRM)和直线旋转开关磁阻电机(Linear-rotary switched reluctance motor,LRSRM)均具有多自由度运动控制的特点,其电磁力的分布规律、建模方法和控制策略具有一定的相似性。通过对比这两类多自由度开关磁阻电机工作原理的相似性,将前期BSRM数学模型和控制方法的研究成果进一步应用于LRSRM中,实现了LRSRM的准确建模和高性能控制,为推动和加速LRSRM的研究提供参考,以期进一步完善多自由度开关磁阻电机的研究理论体系。

单绕组磁悬浮开关磁阻电机结构优化设计

探索单绕组磁悬浮开关磁阻电机的结构优化设计,研究了一种基于极限学习机与粒子群的设计方法。该方法在有限元仿真分析的基础上给出各结构参数对悬浮力影响的一般规律,并选择定子极弧、转子极弧作为优化对象,利用仿真数据进行极限学习机的模型训练,给出了样本空间设计,对模型的训练效果进行了定性定量的描述,并与支持向量机进行了训练效果对比,最后选用粒子群算法对电机训练模型进行寻优以提高悬浮力输出。结果表明,基于极限学习机的训练模型精度高、模型回归速度快,粒子群算法能快速准确地寻取最优解。

磁悬浮开关磁阻电机悬浮系统自抗扰逆系统解耦控制

在给出磁悬浮开关磁阻电机悬浮系统控制模型的基础上,采用逆系统相关理论求解出磁悬浮开关磁阻电机悬浮系统控制模型的解析逆系统。在原系统的基础上再应用求得的解析逆系统进行复合,建构伪线性系统,对悬浮系统的悬浮力进行解耦。用自抗扰控制器作为径向位置控制器,对复合伪线性系统进行综合,把主绕组电流对悬浮系统引起的摄动视为悬浮系统的一种外扰,利用扩张状态观测器开展动态即时补偿。所设计的自抗扰补偿逆系统解耦方法通过了仿真结果验证,成功实现了悬浮力间的解耦,而且基本消除了转矩调节时主绕组电流的摄动对悬浮系统的影响,控制系统性能优良。