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无轴承异步电机悬浮子系统独立控制的研究

中国电机工程学报 2003年第9期23卷 107-111页

作者：邓智泉王晓琳李冰何礼高严仰光南京航空航天大学自动化学院电气工程系江苏南京210016

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... 详细信息

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。

关键词：无轴承异步电机悬浮子系统独立控制电压模型

无轴承异步电动机悬浮子系统独立鲁棒控制研究

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无轴承异步电动机悬浮子系统独立鲁棒控制研究

作者：钱忠波江苏大学

学位级别：硕士

依靠转矩绕组和悬浮力绕组磁场的共同作用,无轴承异步电动机(Bearingless Induction Motor,BIM)可以实现鼠笼转子的稳定悬浮,非常适合应用于高速精密数控机床等高速驱动领域,符合国家高新技术发展的未来趋势,因而具有极高的科研与应用... 详细信息

依靠转矩绕组和悬浮力绕组磁场的共同作用,无轴承异步电动机(Bearingless Induction Motor,BIM)可以实现鼠笼转子的稳定悬浮,非常适合应用于高速精密数控机床等高速驱动领域,符合国家高新技术发展的未来趋势,因而具有极高的科研与应用价值。然而BIM内部多套绕组之间存在复杂的电磁关系,使得解耦控制成为实现BIM稳定悬浮和转矩输出的关键问题。为此,在国家自然科学基金(61174055)的资助下,以二自由度BIM为研究对象,本文采用BIM悬浮子系统独立控制方法以增强BIM的实用性,分析了传统BIM悬浮子系统独立控制方法存在的U-I磁链辨识模型的纯积分环节问题和鲁棒性差等缺陷,针对以上缺陷提出BIM独立鲁棒控制方法及改进磁链辨识方法,并通过仿真、实验进行验证,其主要内容如下:在悬浮子系统独立控制理论基础上,为了提高系统的抗干扰能力并增强鲁棒性,本文提出BIM悬浮子系统独立鲁棒控制方法。根据BIM悬浮子系统数学模型,基于H∞控制理论和Hamilton-Jaeobi-Issaes(HJI)不等式原理建立鲁棒控制器替代传统PID控制器以增强控制系统的鲁棒性。悬浮绕组侧控制内环加入PID电流滞环,以加快控制的反应速度。应用气隙磁链观测辨识出气隙磁链值,使实现独立控制成为可能,转矩子系统则可以使用通用变频器控制,增强了BIM的实用性。最后通过仿真实验验证方法的可行性及控制性能。针对U-I磁链辨识模型的纯积分环节问题,应用径向基函数神经网络(Radial Basis Function Neural Network,RBFNN)具有较强的自学习和自适应能力,提出一种新型气隙磁链辨识方法。为了获得精确气隙磁链数据,通过对BIM进行气隙磁场定向控制,经带高通滤波器和坐标变换环节的气隙磁链观测器辨识得出气隙磁链数据,并记录在各个状态下的气隙磁链在α、β轴分量。通过对离散的数据进行处理分析,选取若干组稳定数据按步骤进行RBFNN训练,训练至误差满足要求时训练完成的RBFNN即为气隙磁链的辨识器。最后通过仿真比较分析其应用于BIM独立控制系统中的性能。最后以TMS320F2812为数字控制器主体以及实验室中的BIM样机为研究对象,设计并制造了一套数字控制系统。硬件系统主要包括主电路、控制电路、保护电路等,并通过在硬件系统上编写软件程序,完成相关理论的验证性实验。

关键词：无轴承异步电动机悬浮子系统独立鲁棒控制 HJI不等式径向基函数网络数字控制系统

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无轴承永磁同步电动机的独立控制研究

中国电机工程学报 2006年第1期26卷 115-119页

作者：仇志坚邓智泉王晓琳南京航空航天大学自动化学院电气工程系江苏省南京市210016

传统无轴承永磁同步电机的控制方案由于悬浮绕组的控制必须获得转矩绕组传递的气隙磁场幅值和相位信息,使得转矩绕组和悬浮绕组的控制策略受到相互制约。文中采用传统的电压-电流模型方法辨识出所需的转矩绕组气隙磁链,使电机的电磁转... 详细信息

传统无轴承永磁同步电机的控制方案由于悬浮绕组的控制必须获得转矩绕组传递的气隙磁场幅值和相位信息,使得转矩绕组和悬浮绕组的控制策略受到相互制约。文中采用传统的电压-电流模型方法辨识出所需的转矩绕组气隙磁链,使电机的电磁转矩和悬浮力控制实现独立控制,从而极大的提高了无轴承永磁同步电动机在超高速领域的实用性。实验结果表明该独立控制方法能较好地满足电机径向悬浮的稳、动态性能要求。

关键词：无轴承电机永磁同步电动机独立控制磁链辨识悬浮子系统

磁悬浮永磁直线电动机悬浮系统H_∞鲁棒控制器的设计

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组合机床与自动化加工技术 2012年第8期 66-69页

作者：蓝益鹏邱超张振兴沈阳工业大学电气学院沈阳110870

为消除直线电动机驱动的数控机床进给系统的摩擦阻力,实现无摩擦进给,采用一种新型的磁悬浮永磁直线同步电动机,将矢量控制分别应用于两套绕组可以实现推力与悬浮力的解耦,进而可以对电动机的悬浮子系统进行独立控制。针对悬浮子系统为... 详细信息

为消除直线电动机驱动的数控机床进给系统的摩擦阻力,实现无摩擦进给,采用一种新型的磁悬浮永磁直线同步电动机,将矢量控制分别应用于两套绕组可以实现推力与悬浮力的解耦,进而可以对电动机的悬浮子系统进行独立控制。针对悬浮子系统为非线性被控对象,以及存在不确定性未知扰动的特性,对悬浮系统数学模型进行输入输出解耦线性化,通过设计H∞鲁棒控制器来满足悬浮系统控制高精度,高鲁棒性的要求。仿真结果表明,该控制器能起到良好的抗干扰作用,系统的跟踪误差小,可以保持悬浮系统的稳定性。

关键词：磁悬浮永磁直线同步电动机悬浮子系统数控机床输入输出解耦 H∞鲁棒控制器

磁悬浮永磁直线电动机悬浮系统模糊PID控制器的设计

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机床与液压 2013年第7期41卷 94-96,100页

作者：蓝益鹏邱超沈阳工业大学电气学院辽宁沈阳110870

为消除直线电动机驱动的数控机床进给系统的摩擦阻力,实现无摩擦进给,采用一种新型的磁悬浮永磁直线同步电动机,将矢量控制分别应用于两套绕组,可以实现推力与悬浮力的解耦,进而实现对电动机悬浮子系统的独立控制。针对悬浮子系统为非... 详细信息

为消除直线电动机驱动的数控机床进给系统的摩擦阻力,实现无摩擦进给,采用一种新型的磁悬浮永磁直线同步电动机,将矢量控制分别应用于两套绕组,可以实现推力与悬浮力的解耦,进而实现对电动机悬浮子系统的独立控制。针对悬浮子系统为非线性被控对象以及存在不确定性未知扰动的特性,设计模糊PID控制器,并将其应用到悬浮子系统位移环中,以满足悬浮系统控制高精度、高鲁棒性的要求。仿真结果表明:该控制器能起到良好的抗干扰作用,系统的跟踪误差小,可以保持悬浮系统的稳定性。

关键词：磁悬浮永磁直线同步电动机数控机床悬浮子系统模糊PID控制器

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无轴承异步电机悬浮控制研究与实现

无轴承异步电机悬浮控制研究与实现

作者：林盈杰南京航空航天大学

学位级别：硕士

无轴承电机是一种能够同时实现转矩控制与悬浮控制的新型电机,与传统磁悬浮电机悬浮机理不同,它利用磁轴承结构和交流电机定子结构的相似性,把电枢绕组和悬浮控制绕组共同绕制在电机的定子上,利用悬浮绕组产生的磁场来改变电机内气隙磁... 详细信息

无轴承电机是一种能够同时实现转矩控制与悬浮控制的新型电机,与传统磁悬浮电机悬浮机理不同,它利用磁轴承结构和交流电机定子结构的相似性,把电枢绕组和悬浮控制绕组共同绕制在电机的定子上,利用悬浮绕组产生的磁场来改变电机内气隙磁场的分布,从而实现转轴的悬浮工作。由于无轴承电机从根本上改变了传统的轴承或磁轴承支撑型式,具有无磨损、无需润滑、密封性好、功率密度高、转轴刚度大以及寿命长等一系列优良品质,在能源交通、航空航天、机械工业及机器人等高科技领域具有广泛的应用前景。本文阐述了无轴承异步电机的基本工作原理,针对无轴承异步电机数学模型,分析了无轴承异步电机采用磁场定向控制的相关特性。分析了悬浮控制耦合的原因,研究了基于 SPWM 原理的磁链跟踪逆变器,用以对悬浮绕组进行控制,解决了悬浮绕组转子感应电流对悬浮控制的影响。通过对电机气隙磁场的探测或辨识,实现了悬浮子系统的独立控制。分析了谐波磁密在悬浮控制系统中的作用,并在探测线圈测量气隙磁场算法中采用相应的方法减小其对悬浮控制的影响,提高了悬浮控制的精度。除此之外,还研究了转子偏心时所测磁密与实际磁密之间的关系,并分析了用探测线圈检测转子位移的可能性。最后,设计并实现了基于 TMS320F2812 的数字控制硬件系统和软件系统。

关键词：磁悬浮无轴承异步电机磁场定向控制悬浮子系统独立控制气隙磁场测量数字控制系统