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无轴承永磁同步电机直接转矩和直接悬浮力控制

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无轴承永磁同步电机直接转矩和直接悬浮力控制

作者：谭耳江苏大学

学位级别：硕士

无轴承永磁同步电机是在永磁同步电机基础上实现了无轴承化的一种性能优良的无轴承电机,继承了永磁同步电机功率密度大、功率因数高、效率高的优良性能,并具备了磁悬浮轴承无机械摩擦、无需润滑、无污染、寿命长、免维护的特点,可实现... 详细信息

无轴承永磁同步电机是在永磁同步电机基础上实现了无轴承化的一种性能优良的无轴承电机,继承了永磁同步电机功率密度大、功率因数高、效率高的优良性能,并具备了磁悬浮轴承无机械摩擦、无需润滑、无污染、寿命长、免维护的特点,可实现高速或超高速运行,在化学化工、生命科学、能源交通、航空航天及机器人等高科技领域具有潜在应用前景。传统的永磁同步电机控制方法有两种:矢量控制和直接转矩控制。相对于矢量控制,直接转矩控制具有控制结构简单,转速响应快,动静态性能优良,对电机参数表现出强的鲁棒性等优点。通常无轴承永磁同步电机转子径向悬浮力采用转子磁场定向控制,传统的悬浮力矢量控制过多依赖于电机参数以及矢量坐标变换的复杂性使得实际的控制效果难以达到理论分析的结果;在传统的悬浮力矢量控制中,悬浮力处于开环状态,限制了悬浮力控制的精度和动态响应性能;传统的悬浮力矢量控制采用电流跟踪型逆变器,逆变器开关频率高,逆变器容量利用率不高。本论文在国家高技术研究发展计划(863计划)项目的资助下,对无轴承永磁同步电机的数学模型、直接转矩和直接悬浮力控制策略以及数字控制系统进行了较为深入的研究。论文主要内容包括: 首先,从无轴承永磁同步电机的工作原理出发,给出无轴承永磁同步电机的数学模型。分析了无轴承永磁同步电机的传统控制策略的不足,确定采用直接转矩控制和直接悬浮力控制的控制方法。其次,本文将传统永磁同步电机直接转矩控制的理论和方法应用于无轴承永磁同步电机转矩控制;借鉴传统永磁同步电机直接转矩控制的思想,通过构造无轴承永磁同步电机转子径向位移和径向悬浮力双闭环控制系统对径向悬浮力实行直接控制。推导了基于空间矢量脉宽调制策略的直接转矩和直接悬浮力控制算法,在此基础上,设计了直接转矩和直接悬浮力控制系统,并用MATLAB对其进行仿真,该控制系统结构简单而且具有较强的鲁棒性。仿真试验结果表明,该控制系统不仅可以实现电机转子稳定悬浮,而且表现出很好的解耦性能,实现了电机转矩和悬浮力的独立控制,电机具有良好的动静态性能。最后,基于直接转矩和直接悬浮力控制策略,应用TMS320LF2407A DSP构建了数字控制系统,,开发了数字控制系统的硬件和软件,给出了各个功能模块的流程图。

关键词：无轴承永磁同步电机空间矢量脉宽调制直接转矩径制直接悬浮力控制

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磁悬浮开关磁阻电机二阶滑模直接悬浮力控制

微特电机 2019年第12期47卷 40-46页

作者：林文威孙玉坤袁野国网浙江省瑞安市供电有限责任公司江苏大学电气学院

为解决单绕组磁悬浮开关磁阻电机的转矩和悬浮力脉动、转子中心位置偏移问题,研究直接转矩与二阶滑模直接悬浮力控制。鉴于电机的单绕组运行方式,采用五电平功率变换器,结合麦克斯韦应力和机电能量转换原理,推导出磁链、电压、转矩和悬... 详细信息

为解决单绕组磁悬浮开关磁阻电机的转矩和悬浮力脉动、转子中心位置偏移问题,研究直接转矩与二阶滑模直接悬浮力控制。鉴于电机的单绕组运行方式,采用五电平功率变换器,结合麦克斯韦应力和机电能量转换原理,推导出磁链、电压、转矩和悬浮力的直接数值解析模型,构建分电压输入模块,实现转矩与悬浮力解耦控制。引入位移高阶导数项,构造适用于二阶系统的超螺旋算法,基于该算法设计转子位移控制器。样机控制系统仿真结果表明,直接转矩与二阶滑模直接悬浮力控制能有效减小系统抖振,实现转子高精度悬浮,提高动态悬浮性能,具有较强的鲁棒性。

关键词：单绕组磁悬浮开关磁阻电机直接转矩直接悬浮力控制超螺旋算法二阶滑模

无轴承磁通切换电机直接悬浮力控制原理及实现

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电气传动 2021年第1期51卷 11-14,39页

作者：吴国中陆冬丁强南京工业职业技术学院电气工程学院江苏南京210023

无轴承磁通切换电机因转子结构简单、热退磁风险低等优点日益受到学界关注。以磁通切换电机无轴承运行为研究目标,在建立12/10结构磁通切换电机悬浮力模型的基础上,将直接转矩控制思想移植到无轴承磁通切换电机悬浮力控制策略中,从理论... 详细信息

无轴承磁通切换电机因转子结构简单、热退磁风险低等优点日益受到学界关注。以磁通切换电机无轴承运行为研究目标,在建立12/10结构磁通切换电机悬浮力模型的基础上,将直接转矩控制思想移植到无轴承磁通切换电机悬浮力控制策略中,从理论上推导直接悬浮力控制策略适用于该电机类型的可行性。最后在一台原理样机上通过实验验证直接悬浮力控制的正确性。

关键词：无轴承磁通切换悬浮力模型直接悬浮力控制

悬浮绕组直流励磁型无轴承磁通切换电机转矩与悬浮力直接控制

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电源学报 2024年第6期22卷 269-279页

作者：周祎豪周扬忠张竞黄郑凯福建省新能源发电与电能变换重点实验室(福州大学) 福州350116

针对悬浮绕组直流励磁型双绕组12/10极U型定子铁芯无轴承磁通切换电机BFSPMM(bearingless flux switching permanent magnet motor)提出1种直接控制策略。首先,分析转子偏心对电机数学模型的影响并构建偏心情况下的双绕组BFSPMM数学模型... 详细信息

针对悬浮绕组直流励磁型双绕组12/10极U型定子铁芯无轴承磁通切换电机BFSPMM(bearingless flux switching permanent magnet motor)提出1种直接控制策略。首先,分析转子偏心对电机数学模型的影响并构建偏心情况下的双绕组BFSPMM数学模型;然后,根据机电能量转换原理推导双绕组无轴承磁通切换电机的转矩数学模型并构建基于空间矢量脉宽调制SVPWM(space vector pulse width modulation)的直接转矩控制;最后,运用虚位移法得到悬浮力数学模型,通过SVPWM合成的电压矢量对悬浮绕组磁链的进行精确控制,实现对悬浮力的直接控制。实验结果表明,转子可以稳定悬浮且悬浮力与转矩可以独立控制,说明系统具有良好的动静态特性。

关键词：无轴承磁通切换电机悬浮绕组直流励磁空间矢量脉宽调制直接转矩控制直接悬浮力控制

无轴承异步电机悬浮力直接控制与磁链建模研究

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无轴承异步电机悬浮力直接控制与磁链建模研究

作者：成国宇江苏大学

学位级别：硕士

无轴承异步电机(Bearingless Induction Motor,BIM)具有结构简单、无磨损、成本低、高速度以及可靠性高等优点,适用于洁净、超高速、腐蚀等极端恶劣的环境中,在生命科学、半导体工业、化工工业等领域中有着广阔的应用前景,是一种非常具... 详细信息

无轴承异步电机(Bearingless Induction Motor,BIM)具有结构简单、无磨损、成本低、高速度以及可靠性高等优点,适用于洁净、超高速、腐蚀等极端恶劣的环境中,在生命科学、半导体工业、化工工业等领域中有着广阔的应用前景,是一种非常具有研究价值的无轴承电机。本文得到国家自然科学基金(51875261)、江苏省杰出青年基金项目(BK20180046)与江苏省优秀青年基金项目(BK20170071)的支持,为了攻克BIM在实际运用中的技术难题,主要开展对其运行原理、数学模型、有限元模型、直接转矩和悬浮力控制、自抗扰控制、磁链非线性建模以及数字控制系统与实验等相关的研究,主要的内容可以总结如下:1、概述了BIM研究背景与概况、应用前景、关键问题以及发展趋势。接着介绍BIM的运行原理,分析了径向悬浮力的产生过程,并在此基础上了推导了数学模型,并提出了一种改善BIM性能的结构,在定子槽口中嵌入磁性槽楔,对其进行有限元分析,并验证了方案的可行性。2、针对BIM悬浮力精确控制问题,将直接转矩控制(Direct Torque Control,DTC)的思想运用到BIM悬浮力控制中,提出了基于空间电压脉宽矢量调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)的直接悬浮力控制(Direct Suspension Force Control,DSFC)方法。在此基础上,针对BIM不确定干扰以及动态性能等问题,运用自抗扰控制器(Active Disturbance Rejection Controller,ADRC)的理论,推导出BIM悬浮力和转矩模块控制器数学模型,并验证了其有效性。3、针对BIM磁场分布复杂、磁链非线性化严重问题,提出了一种基于改进粒子群优化算法(Modified Particle Swarm Optimization,MPSO)和最小二乘支持向量机(Least Squares Support Vector Machine,LSSVM)的新型回归方法,采用MPSO算法来优化LSSVM的正则化参数和核参数,建立了转子位置角度φ、转矩绕组电流i、悬浮绕组电流i和转子偏心距离d与磁链之间的非线性模型,然后经过仿真验证了该方法构造的磁链非线性模型精度高,方案具有有效性。4、选用型号TMS320F2812的DSP为核心构造了BIM数字控制系统,对电机的悬浮以及转矩模块进行了抗干扰的实验研究,实验结果表明该BIM数字控制系统可以实现电机的稳定运行,有效抑制了干扰,具有很强的抗干扰性能,并且提高了响应速度。

关键词：无轴承异步电机数学模型有限元分析直接悬浮力控制自抗扰控制非线性建模数字控制

一种单绕组无轴承开关磁阻电机抑制转矩脉动和悬浮力波动的控制方法

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电工技术学报 2018年第3期33卷 634-641页

作者：周京星曹鑫邓智泉刘从宇南京航空航天大学多电飞机电气系统重点实验室南京210016

由于定、转子的双凸极结构,无轴承开关磁阻电机在采用传统控制方法时存在较大的转矩脉动和悬浮力波动。为解决这一问题,该文提出一种直接瞬时转矩和直接悬浮力控制方法(DITC&DFC)。该方法通过转矩滞环控制以及等效电压符号选择的方式,... 详细信息

由于定、转子的双凸极结构,无轴承开关磁阻电机在采用传统控制方法时存在较大的转矩脉动和悬浮力波动。为解决这一问题,该文提出一种直接瞬时转矩和直接悬浮力控制方法(DITC&DFC)。该方法通过转矩滞环控制以及等效电压符号选择的方式,同时对电机转矩和悬浮力进行直接控制,并且省去了传统算法中的电流环,在控制性能得到提升的同时简化了控制算法。基于12/8极单绕组无轴承开关磁阻电机,详细分析了电机悬浮机理和所提控制方法的工作原理,基于Matlab/Simulink仿真环境和原理样机实验平台,通过仿真和实验验证了该控制方法的可行性和有效性。

关键词：无轴承开关磁阻电机直接瞬时转矩控制直接悬浮力控制转矩脉动悬浮力波动

六相单绕组无轴承磁通切换电机转矩及悬浮力直接控制

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微特电机 2021年第2期49卷 1-6页

作者：黄政凯周扬忠吴鑫陈垚福州大学福建省新能源发电与电能变换重点实验室福州350108

六相单绕组无轴承磁通切换电机利用一套绕组实现电机转子悬浮旋转,但是采用传统的电流闭环控制策略存在滞后性。研究一种利用逆变器电压矢量直接控制转矩及悬浮力的方法。该方法在机电能量转换平面控制定子磁链,实现转矩和悬浮力直接控... 详细信息

六相单绕组无轴承磁通切换电机利用一套绕组实现电机转子悬浮旋转,但是采用传统的电流闭环控制策略存在滞后性。研究一种利用逆变器电压矢量直接控制转矩及悬浮力的方法。该方法在机电能量转换平面控制定子磁链,实现转矩和悬浮力直接控制。仿真模型验证了该控制策略的有效性。

关键词：无轴承磁通切换电机单绕组结构电压矢量直接悬浮力控制直接转矩控制

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无轴承永磁同步电机转矩和悬浮力直接控制

无轴承永磁同步电机转矩和悬浮力直接控制

第三十届中国控制会议

作者：潘伟许波孙晓东朱熀秋江苏大学电气信息工程学院

针对无轴承永磁同步电机是一个强耦合的非线性复杂系统,为解决精确解耦控制困难的问题.本文将传统永磁同步电机直接转矩控制的理论和方法应用于无轴承永磁同步电机转矩控制;借鉴传统永磁同步电机直接转矩控制的思想,通过构造无轴承永磁... 详细信息

针对无轴承永磁同步电机是一个强耦合的非线性复杂系统,为解决精确解耦控制困难的问题.本文将传统永磁同步电机直接转矩控制的理论和方法应用于无轴承永磁同步电机转矩控制;借鉴传统永磁同步电机直接转矩控制的思想,通过构造无轴承永磁同步电机转子径向位移和径向悬浮力双闭环控制系统对径向悬浮力实行直接控制。推导了基于空间矢量脉宽调制策略的转矩和悬浮力直接控制算法,在此基础上,设计了转矩和悬浮力直接控制系统并用MATLAB对其进行仿真,该控制系统结构简单而且具有较强的鲁棒性.仿真试验结果表明,该控制系统不仅可以实现电机转子稳定悬浮,而且表现出很好的解耦性能,实现了电机转矩和悬浮力的独立控制,电机具有良好的动静态性能.

关键词：无轴承永磁同步电机空间矢量脉宽调制直接转矩控制直接悬浮力控制

来源： cnki会议评论

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磁悬浮开关磁阻电机的自适应终端滑模控制

控制与决策 2021年第6期36卷 1449-1456页

作者：黄永红石姗姗袁野孙玉坤许洁江苏大学电气信息工程学院江苏镇江212013

为解决磁悬浮开关磁阻电机受到外部环境未知干扰、内部参数摄动等不确定因素带来的影响,提出一种基于自适应终端滑模控制器的直接瞬时转矩及直接悬浮力控制策略.首先,对电机的数学模型进行分析并建立状态方程,采用直接瞬时转矩控制与直... 详细信息

为解决磁悬浮开关磁阻电机受到外部环境未知干扰、内部参数摄动等不确定因素带来的影响,提出一种基于自适应终端滑模控制器的直接瞬时转矩及直接悬浮力控制策略.首先,对电机的数学模型进行分析并建立状态方程,采用直接瞬时转矩控制与直接悬浮力控制方法,以减小系统脉动;其次,设计非奇异终端滑模面,避免常规终端滑模控制中的奇异问题,并引入自适应律,结合终端滑模控制器以抑制不确定因素的干扰,保证系统的快速收敛、强鲁棒性;最后,与传统滑模控制器方法进行对比,验证该方法的有效性.仿真结果表明,所提出方法能迅速精准跟踪控制系统的转速及位移,有效提升状态收敛速度,抗扰能力强,具有良好的动态性能.

关键词：自适应终端滑模控制直接悬浮力控制直接瞬时转矩控制鲁棒性抗干扰