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无轴承同步磁阻电机定子电流内模解耦控制方法

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微特电机 2013年第12期41卷 10-13页

作者：孙刚王钧铭张汉年刘合祥南京信息职业技术学院江苏南京210023 东南大学江苏南京210096

无轴承同步磁阻电机转矩控制采用矢量控制策略时,电机转矩绕组d-q轴电流和电压之间存有复杂的交叉耦合关系,动态过程中电流分量相互影响,对电机悬浮力控制造成严重干扰,使无轴承同步磁阻电机的悬浮运行和调速性能变差。为消除上述电流... 详细信息

无轴承同步磁阻电机转矩控制采用矢量控制策略时,电机转矩绕组d-q轴电流和电压之间存有复杂的交叉耦合关系,动态过程中电流分量相互影响,对电机悬浮力控制造成严重干扰,使无轴承同步磁阻电机的悬浮运行和调速性能变差。为消除上述电流耦合关系,采用内模控制方法对电机转矩绕组电流进行解耦控制。设计了电流内模解耦控制器,进行了控制系统的仿真研究,仿真结果表明所提出的内模控制方法具有良好的解耦效果和控制特性。

关键词：无轴承同步磁阻电机内模控制解耦

基于最小二乘支持向量机逆系统的五自由度无轴承同步磁阻电机解耦控制

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中国电机工程学报 2013年第15期33卷 99-108,10页

作者：朱熀秋曹莉李衍超刁小燕江苏大学电气信息工程学院江苏省镇江市212013

针对三自由度交直流混合磁轴承和二自由度无轴承同步磁阻电机构成的五自由度无轴承同步磁阻电机,实现磁轴承的径向悬浮力、轴向悬浮力、二自由度无轴承同步磁阻电机的径向悬浮力和电磁转矩的解耦控制是五自由度无轴承同步磁阻电机稳定... 详细信息

针对三自由度交直流混合磁轴承和二自由度无轴承同步磁阻电机构成的五自由度无轴承同步磁阻电机,实现磁轴承的径向悬浮力、轴向悬浮力、二自由度无轴承同步磁阻电机的径向悬浮力和电磁转矩的解耦控制是五自由度无轴承同步磁阻电机稳定运行和精确控制的必要条件。该文在介绍五自由度无轴承同步磁阻电机基本结构的基础上,建立了三自由度交直流混合磁轴承和二自由度无轴承同步磁阻电机的数学模型,进而建立了五自由度无轴承同步磁阻电机的状态方程,并进行了可逆性分析。采用最小二乘支持向量机所具有的小样本逼近和辨识拟合能力,得到五自由度无轴承同步磁阻电机逆模型,根据逆系统方法的基本原理,将复杂的原非线性多变量耦合系统解耦成多个单输入单输出伪线性系统,并设计了闭环PID控制器。仿真和实验表明,电机具有良好的速度和悬浮特性,这种解耦方法能够实现五自由度无轴承同步各个被控量之间的动态解耦,并且系统具有良好的动静态性能。

关键词：无轴承同步磁阻电机磁轴承逆系统最小二乘支持向量机解耦控制

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无轴承同步磁阻电机的悬浮系统控制策略

微特电机 2014年第3期42卷 52-54页

作者：王钧铭张汉年鲍安平张涛南京信息职业技术学院南京210023 淮阴工学院淮安223003

传统无轴承同步磁阻电机悬浮系统控制方案的前提都是获取转矩绕组和悬浮绕组的电流,没有考虑转矩绕组气隙磁链影响,影响悬浮系统控制精度。重新建立了基于转矩绕组磁链的无轴承同步磁阻电机悬浮力方程,采用电压-电流模型法观测转矩绕组... 详细信息

传统无轴承同步磁阻电机悬浮系统控制方案的前提都是获取转矩绕组和悬浮绕组的电流,没有考虑转矩绕组气隙磁链影响,影响悬浮系统控制精度。重新建立了基于转矩绕组磁链的无轴承同步磁阻电机悬浮力方程,采用电压-电流模型法观测转矩绕组气隙磁链,设计了新型滤波环节,实现了基于转矩绕组磁链观测的无轴承同步磁阻电机悬浮系统独立控制。对样机控制系统进行了仿真和实验研究,仿真和实验结果表明该控制方法使悬浮系统具有良好的动、静态性能。

关键词：无轴承同步磁阻电机磁链观测悬浮系统控制

无轴承同步磁阻电机高频信号注入法无位移传感器控制

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微电机 2012年第1期45卷 67-70页

作者：张汉年孙刚刘合祥南京信息职业技术学院电子信息学院南京210046 东南大学电气工程学院南京210096

为降低无轴承同步磁阻电机系统总成本,缩短电机轴向长度,需去除电机的转子位移传感器。本文提出了一种基于高频信号注入法的电机转子位移估算方法,通过在电机转矩绕组注入脉动高频电压信号,从悬浮绕组提取高频感应电流来估计转子位移,... 详细信息

为降低无轴承同步磁阻电机系统总成本,缩短电机轴向长度,需去除电机的转子位移传感器。本文提出了一种基于高频信号注入法的电机转子位移估算方法,通过在电机转矩绕组注入脉动高频电压信号,从悬浮绕组提取高频感应电流来估计转子位移,从而设计转子位移估算器,建立了电机的无位移传感器控制系统。仿真结果表明高频信号注入法能有效估计转子位移,可实现转矩扰动时全速范围内电机的稳定悬浮运行。

关键词：无轴承同步磁阻电机高频信号注入法无位移传感器控制

基于最小二乘支持向量机的无轴承同步磁阻电机解耦控制

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控制与决策 2012年第11期27卷 1663-1668,1675页

作者：朱熀秋李衍超曹莉江苏大学电气信息工程学院江苏镇江212013

无轴承同步磁阻电机是一个复杂的多变量、强耦合非线性系统,实现其非线性动态解耦控制是无轴承同步磁阻电机稳定运行的前提.在推导其数学模型的基础上,采用最小二乘支持向量机的方法得到无轴承同步磁阻电机逆模型;根据逆系统基本原理,... 详细信息

无轴承同步磁阻电机是一个复杂的多变量、强耦合非线性系统,实现其非线性动态解耦控制是无轴承同步磁阻电机稳定运行的前提.在推导其数学模型的基础上,采用最小二乘支持向量机的方法得到无轴承同步磁阻电机逆模型;根据逆系统基本原理,将复杂的原非线性多变量耦合系统解耦成伪线性系统;根据线性系统理论,设计了闭环控制器,并构建了系统仿真模型.仿真结果表明该方法实现了系统的动态解耦,并且具有良好的动、静态特性.

关键词：无轴承同步磁阻电机最小二乘支持向量机逆系统模型解耦控制

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无轴承同步磁阻电机转子径向位移自检测技术

微特电机 2016年第5期44卷 14-16,20页

作者：徐恩翔朱熀秋江苏大学镇江212013

为确保无轴承同步磁阻电机(BSRM)稳定运行,需要对转子位置进行实时控制,则需使用相关传感器(如电涡流传感器)检测转子径向的偏心位移信号。为降低无轴承同步磁阻电机控制系统的成本,缩减电机的长度与体积,可以移除位移传感器。提出了一... 详细信息

为确保无轴承同步磁阻电机(BSRM)稳定运行,需要对转子位置进行实时控制,则需使用相关传感器(如电涡流传感器)检测转子径向的偏心位移信号。为降低无轴承同步磁阻电机控制系统的成本,缩减电机的长度与体积,可以移除位移传感器。提出了一种基于电感矩阵模型的无轴承同步磁阻电机无位移传感自检测技术。通过建立与分析精确模型,设计出无轴承同步磁阻电机的转子位移观测器,并基于MATLAB/Simulink仿真软件构建电机转子径向位移自检测控制系统,对所提出的理论进行仿真实验研究。仿真试验结果表明:该方法能准确有效地预测转子的偏心位移。

关键词：无轴承同步磁阻电机电感矩阵无位移传感自检测

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无轴承同步磁阻电机逆系统解耦控制仿真研究

计算机仿真 2012年第2期29卷 416-419页

作者：张汉年刘合祥孙刚于宝明南京信息职业技术学院电子信息学院江苏南京210046 东南大学电气工程学院江苏南京210096

研究无轴承同步磁阻电机稳定性控制问题,由于无轴承同步磁阻电机是一个强耦合的非线性系统,为实现负载条件下的稳定悬浮运行,需解除电机转矩和径向悬浮力等多变量之间的耦合关系。针对前馈补偿解耦的缺陷,给出了无轴承同步磁阻电机包含... 详细信息

研究无轴承同步磁阻电机稳定性控制问题,由于无轴承同步磁阻电机是一个强耦合的非线性系统,为实现负载条件下的稳定悬浮运行,需解除电机转矩和径向悬浮力等多变量之间的耦合关系。针对前馈补偿解耦的缺陷,给出了无轴承同步磁阻电机包含转矩控制和悬浮力控制的统一数学模型,证明电机逆系统存在,设计了一种通过非线性状态反馈的逆系统解耦控制方案,将复杂的无轴承同步磁阻电机系统解耦成两个转子径向位置二阶积分子系统和一个转速一阶积分子系统,并用PI和PID调节器分别对转子位置与转速进行综合设计。运用MATLAB软件对电机控制系统进行仿真。仿真结果证明,解耦控制方案的有效性,为电机系统优化设计提供了保证。

关键词：无轴承同步磁阻电机逆系统解耦控制

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无轴承同步磁阻电机基础理论与试验研究

无轴承同步磁阻电机基础理论与试验研究

作者：张汉年江苏大学

学位级别：硕士

20世纪中期以来，在高速机床、飞轮储能、涡轮分子泵、压缩机等应用场合迫切需要高速或超高速的电力传动，无轴承同步磁阻电机的诞生是现代工业及科技发展的必然要求。它是一种既具有磁轴承优良性能，又兼备同步磁阻电机特点为一体的新... 详细信息

20世纪中期以来，在高速机床、飞轮储能、涡轮分子泵、压缩机等应用场合迫切需要高速或超高速的电力传动，无轴承同步磁阻电机的诞生是现代工业及科技发展的必然要求。它是一种既具有磁轴承优良性能，又兼备同步磁阻电机特点为一体的新型高速高性能电机，具有传统电机所无法比拟的突出优点：高速度、无接触、无润滑、无磨损等，并且同磁轴承支承的电机相比也有诸多优点：电机轴向长度得到减小，临界转速得到提高，电机结构也得到简化。同其他类型的无轴承电机相比，无轴承同步磁阻电机具有控制简单、坚固可靠、成本低廉等一系列优势。另外，因其转子上省略了永磁体，也无励磁绕组，更加适合于高速应用领域。无轴承同步磁阻电机是一个非线性、强耦合的多变量系统，实现电机在负载条件下的稳定悬浮运行是一个极具挑战性的研究课题。本文在国内首次开展了无轴承同步磁阻电机的专题研究工作，重点开展了无轴承同步磁阻电机的基础理论和试验研究，具体研究内容如下：首先，介绍了无轴承同步磁阻电机转子悬浮机理，推导出由转矩子系统和径向悬浮力子系统构成的电机完整的数学模型，提出了有效的解耦方法，进行了MATLAB环境下控制系统的仿真研究。其次，针对目前尚无成熟的无轴承电机设计理论和设计经验，本文采用改装设计的办法，将一台标准异步电机改装成一台无轴承同步磁阻电机。并采用ANSYS软件对样机进行了有限元分析和计算。最后，进行了控制系统的硬件功率电路设计和软件设计，并进行了相关测试实验，证实了功率电路设计满足设计要求，基于TMS320LF2407 DSP控制器，完成了数字控制系统软件设计，给出了程序流程图。本文开展了无轴承同步磁阻电机的一系列关键技术研究，得出了许多重要的结论，为课题的进一步深入研究奠定了基础。

关键词：无轴承同步磁阻电机解耦仿真有限元硬件软件

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无轴承同步磁阻电机无传感器检测及控制研究

无轴承同步磁阻电机无传感器检测及控制研究

作者：徐恩翔江苏大学

学位级别：硕士

无轴承同步磁阻电机(BSRM)是一种结构简单、性能优异的特种电机。BSRM不仅具有结构简单、体积小、转子上无永磁体或励磁绕组、成本低廉等同步磁阻电机的优点,同时还具有无摩擦、无需润滑、无污染、寿命长等磁轴承的优良特性。对比于其... 详细信息

无轴承同步磁阻电机(BSRM)是一种结构简单、性能优异的特种电机。BSRM不仅具有结构简单、体积小、转子上无永磁体或励磁绕组、成本低廉等同步磁阻电机的优点,同时还具有无摩擦、无需润滑、无污染、寿命长等磁轴承的优良特性。对比于其它种类的无轴承电机,因为无轴承同步磁阻电机能够获得更高的转子凸极比,容易获得更高的转速与更高的转矩密度,故愈发适用于如航空航天、国防军事等高速高新的场合或领域,因此无轴承同步磁阻电机具有广阔的应用前景与丰富的研究价值。本论文在国家自然科学基金(60974053)和江苏省“333工程”等资助项目的支持下,对二自由度无轴承同步磁阻电机的基本结构与数学模型、无速度传感器自检测技术、无位移传感器自检测技术、数字控制系统以及实验平台进行了详细深入的研究与分析。论文的主要工作内容如下:首先,详细描述了无轴承电机的发展历史、研究现状、未来发展趋势与应用前景。之后,介绍了无轴承同步磁阻电机的电磁转矩与径向悬浮力的产生原理,最后根据磁路原理推导出无轴承同步磁阻电机的转矩子系统数学模型以及依据磁场虚位移法推导出电机的径向悬浮力子系统的数学模型。其次,介绍了锁相环技术(PLL),并将其应用于无轴承同步磁阻电机中,提出了一种基于锁相环的无轴承同步磁阻电机无速度传感器自检测技术。在此基础上设计出无轴承同步磁阻电机无速度传感器,并搭建出电机转速自检测的控制系统,最后通过仿真与实验研究对系统的可行性进行分析验证。从所得出的结论可知,该系统确实具有准确推算出电机转子位置或角速度的能力,且控制系统具有良好的抗干扰能力。再次,对无轴承同步磁阻电机的电感矩阵模型进行深入研究,并运用Ansoft有限元分析仿真软件验证之前推导出来的电机径向悬浮力子系统数学模型的正确性。最后依据电机定子中两套绕组的电感与转子径向位移之间的关系,探索出无轴承同步磁阻电机无位移传感器自检测的方法,搭建出电机无位移传感器的仿真模型,并在环境中对其进行仿真研究,验证该方法的正确性与可靠性。Matlab/Simulink最后,从硬件与软件两个部分入手对无轴承同步磁阻电机的数字控制系统给出详尽的阐述,并构建出实验平台,进行相关实验研究分析,以验证实验平台的可靠性。

关键词：无轴承同步磁阻电机锁相环电感矩阵无传感器数字控制