无轴承电机轴向混合磁轴承驱动与控制

在介绍无轴承电机轴向混合磁轴承工作原理和控制系统构成基础上,设计了轴向混合磁轴承基于集成电路IR2130和TL494的集成式两电平H桥主电路的PWM开关功率放大器,设计了轴向位移检测电路和PID控制器,并对控制系统进行了调试,给出了试验波形.结果验证了其设计开关功放和PID控制器的合理性和有效性.     

主动磁轴承控制器的应用研究

建立了磁轴系统线性化数学模型，采用根轨迹法对闭环系统稳定性进行了分析，得出采用PD或PID控制器，参数在一定范围内磁轴承系统能稳定工作。确保控制器参数调节方便以及参数整定在性能优的范围内，介绍了参数优化仿真方法及给出了仿真结果，最后介绍了磁轴承数字控制器的结构及参数实时调节方法。实验表明：PID控制器能使磁轴承稳定可靠工作。     

无轴承电机轴向混合磁轴承自抗扰控制

为了实现无轴承电机轴向混合磁轴承的准确和稳定控制,依据自抗扰控制理论,设计了轴向混合磁轴承自抗扰控制系统,并给出其控制算法和控制结构。根据实验样机参数,利用MATLAB软件环境,构建了仿真系统,针对系统的阶跃响应、转子起浮、抗干扰能力等情况进行了仿真研究和性能分析。仿真试验结果表明,所设计的自抗扰控制系统具有精确度高、响应速度快、抗干扰能力强等特点,满足无轴承电机轴向混合磁轴承的高性能控制要求。     

D-分割技术确定磁轴承的PID参数鲁棒稳定域

给出仅依靠频率响应确定磁轴承的PID控制参数鲁棒稳定域的方法。根据小增益定理得到闭环系统的鲁棒稳定性条件,由此推导出加性不确定性的内部稳定H∞指标,再由边界穿越定理和D-分割技术,推导了满足H∞指标的PID控制器的鲁棒参数稳定域边界的解析表达式。在稳定域中任选PID参数,可以使得系统稳定并满足鲁棒性能约束条件。该方法降低了PID控制器参数稳定域设计的难度,对磁轴承时滞系统PID参数调节具有良好的鲁棒性。仿真和实验证明了本文方法的有效性。     

无轴承电动机轴向磁轴承参数设计与控制系统研究

在介绍无轴承电动机轴向止推主动磁轴承结构和工作原理的基础上 ,阐述了其悬浮力产生原理 ,导出了磁轴承吸力方程 ,推导了位移刚度、电流刚度和最大承载力的数学表达式 ,给出了磁轴承气隙磁感应强度、磁极面积、电磁铁参数、线圈腔参数、辅助轴承等设计或计算方法。建立了磁轴承控制系统的数学模型 ,给出了控制器控制算法和控制系统仿真结果 ,并用模拟和数字控制器实现了磁轴承稳定悬浮。研究表明 ,实验结果和理论设计基本一致 ,提出的设计、计算和控制方法是切实可行的。研究成果对制作无轴承电动机轴向定位磁轴承、 5自由度磁轴承和高速飞轮储能系统中磁轴承等具有参考和应用价值     

磁悬浮电动机轴向定位磁悬浮轴承数字控制器

介绍了磁悬浮电动机轴向定位磁悬浮轴承工作原理和控制系统的构成。通过对磁轴承系统分析和仿真，得出采用常微分限制环节和积分分离的PID控制器能使磁轴承系统稳定悬浮，并且具有良好的动静态特性。基于ADMC331DSP开发套件，采用脉宽调制（PWM）同步脉冲信号（PWMSYNC）中断工作方式，设计数字控制器主程序和中断服务子程序。实验结果表明，采用ADMC331DSP编程方便和直观，运算精度高，控制器参数调整方便，易于试验各种控制策略，研究成果对研制磁悬浮电动机轴向定位磁轴承，具有参考和借鉴价值。     

基于α逆系统理论磁轴承数学模型及控制系统

采用α阶逆系统方法,对轴向混合磁轴承这一非线性控制对象进行线性化控制研究。介绍了轴向混合磁轴承的结构并分析了其工作原理,推导出轴向混合磁轴承吸力方程。在阐述了α阶逆系统方法的基础上,针对轴向混合磁轴承动力学模型分析了基于α阶逆系统方法线性化控制的可行性,推导出基于α阶逆系统方法的线性化算法,并设计了闭环系统控制器。最后利用Matlab软件环境,构建了仿真系统,针对系统的阶跃响应、转子起浮、抗干扰性能等进行了仿真和分析。仿真试验结果表明α阶逆系统策略能够对混合磁轴承数学模型精确线性化,设计的闭环控制系统具有良好的动、静态性能。     

基于混合灵敏度永磁同步电机伺服系统H∞鲁棒控制

针对永磁同步电机伺服系统中存在的模型参数不确定性和负载扰动问题，引入H∞混合灵敏度设计方法设计了H∞鲁棒控制器，并讨论了加权函数的选择。利用MATLAB进行仿真研究的结果表明，采用H∞鲁棒控制器的永磁同步电机（PMSM）伺服系统较传统的PID控制的PMSM伺服系统具有更好的跟踪性能，鲁棒稳定性和抗干扰性能。     

混合磁轴承在磁悬浮飞轮储能系统中的应用

提出了一种新型的采用由电磁铁和永磁体组成的混合磁轴承的飞轮储能系统,分析了其工作原理,根据其特有的机械结构设计了基于DSP的轴向单自由度悬浮控制系统,并实现飞轮转子的稳定悬浮.实验结果表明,和传统电磁轴承相比,混合磁轴承具有机械结构简单、控制功率小、控制器成本低、易于实现等优点.     

轴向磁轴承参数设计与性能分析

介绍了无轴承电机轴向单自由度主动磁轴承结构和工作原理,阐述了其悬浮力产生原理,导出了轴向悬浮力方程,对轴向主动磁轴承进行了参数设计并给出了计算方法。利用Matlab软件对轴向悬浮力非线性特性进行了分析,给出了仿真图;利用有限元分析软件Ansoft建立了试验样机模型,采用三维有限元法对试验样机的结构和磁路进行了仿真分析,并进行三维有限元参数化分析得到了轴向力/电流关系曲线。理论研究和有限元分析结果表明:轴向悬浮力具有较好的线性和对称性,有利于控制器及功放电路的简化与设计;轴向磁轴承结构和参数设计合理,所设计的样机能够满足性能要求。     

电动车双轮独立驱动系统的自抗扰控制策略研究

提出了基于自抗扰原理的电动车双轮独立驱动系统控制策略,给出了该控制算法的实现方法,并在Matlab/Simulink平台上搭建了无刷直流电机的仿真模型,分别对自抗扰控制器（Active Disturbance RejectionControl,ADRC）与传统PID控制器的控制性能进行了对比实验.结果表明：当系统存在不确定性扰动时,自抗扰控制器具有更优的调节性能和抗扰动能力.此外,设计并搭建了基于自抗扰控制的电动车双轮独立驱动系统实验平台,实验结果证明了新控制策略的有效性与先进性.     

主动磁轴承控制器对Jeffcott转子裂纹故障特征的影响

建立主动磁轴承(active magnetic bearing,AMB)系统中裂纹转子的动力学模型,从理论上分析主动磁轴承转子系统中裂纹转子的动力学特性,讨论主动磁轴承的控制方法及控制参数对转子裂纹故障动力特性的影响,以及裂纹对主动磁轴承转子系统的稳定性影响等问题。结果表明,主动磁轴承转子系统中转子的裂纹故障动力特性比传统的裂纹转子的动力特性更为复杂。控制器采用PID控制方式时,传统的用来诊断转子裂纹故障的特征参数在一定条件下能被继续用来检测裂纹的存在;同时,研究结果证明,控制器采用最优控制时,不能采用传统方法检测裂纹。     

基于混合灵敏度永磁同步电机伺服系统H∞鲁棒控制

针对永磁同步电机伺服系统中存在的模型参数不确定性和负载扰动问题,引入H∞混合灵敏度设计方法设计了H∞鲁棒控制器,并讨论了加权函数的选择。利用MATLAB进行仿真研究的结果表明,采用H∞鲁棒控制器的永磁同步电机(PMSM)伺服系统较传统的PID控制的PMSM伺服系统具有更好的跟踪性能,鲁棒稳定性和抗干扰性能。     

改进型SVM在轴向磁轴承转子位移自检测中的应用

磁轴承采用位移自检测技术能够减少磁轴承体积、降低成本和提高可靠性。提出了一种基于混合核函数最小二乘支持向量机(LS-SVM)预测模型的磁轴承自检测技术。介绍了轴向主动磁轴承的工作原理并推导了其悬浮力的数学模型;在混合核函数LS-SVM回归原理的基础上,建立了控制线圈电流与转子位移之间的非线性预测模型,并优化了LS-SVM参数,实现了无位移传感器控制。构建了轴向主动磁轴承系统自检测仿真模型,针对所提自检测方法进行了仿真研究,仿真结果表明该模型能够准确预测转子轴向位移。进一步的试验结果表明,该方法具有良好的轴向位移自检测性能,实现了轴向主动磁轴承无位移传感器下稳定悬浮运行。     

交流混合磁轴承建模与控制系统

阐述交流二自由度混合磁轴承(AC 2 degrees of freedom hybrid magnetic bearings,AC-2DOF-HMB)的结构和工作原理,采用等效磁路法建立了交流磁轴承径向悬浮力数学模型。在此基础上,设计交流磁轴承的控制系统,以TMS320F2812为控制系统的CPU研制了硬件,采用参数自整定模糊PID控制规律设计磁轴承控制器,基于C2000环境,用C语言和汇编语言结合开发了相关控制软件程序,并进行实验调试,实现交流混合磁轴承稳定悬浮。研究表明：所设计的交流混合磁轴承数字控制系统不仅能满足磁轴承的性能要求,而且便于参数调试,易于实现各种先进的控制策略。     

磁轴承的重置PID控制研究

以立式主动控制电磁轴承为研究对象,阐述了传统PID控制在磁轴承控制系统应用上存在的不足。分析了在磁轴承的PID控制中,系统响应产生超调的原因,提出引入提前重置PID控制。仿真和试验证明了该算法能够同时减小超调和调节时间。     

交直流三自由度混合磁轴承结构与有限分析

为简化三自由度磁轴承结构，缩小其尺寸，降低其制造与运行成本，提出一种新型的交直流三自由度混合磁轴承。该磁轴承轴向单自由度采用直流电控制，径向两自由度采用1个三相逆变器提供控制电流，由1块径向充磁永磁体同时提供轴向与径向偏置磁通。介绍交直流三自由度混合磁轴承结构及悬浮力产生机理，用等效磁路法对该磁轴承的磁路进行了推算，导出了其轴向、径向磁力数学模型，设计了实验样机，并对实验样机的磁路用ANSYS 8.1软件进行了有限元分析。理论研究和有限元分析表明：交直流三自由度混合磁轴承结构合理紧凑、承载力大、效率高、成本低。     

基于SSA的微电网负荷频率鲁棒H2/H∞控制研究

针对微电网中由可再生能源出力波动和负荷变化引起的频率振荡问题,提出了一种混合H2/H∞鲁棒策略的负荷频率控制器。首先建立了具有功率扰动信号的风光柴微电网负荷频率控制模型。然后基于鲁棒H∞理论设计了鲁棒H2/H∞控制器。在控制器的设计中,使用了樽海鞘群算法(SSA)对有关加权矩阵参数和范数权重进行寻优求解,使控制器的调整性能达到最好。最后仿真结果表明,相比于传统的鲁棒H∞控制和PID控制,提出的H2/H∞鲁棒控制器在微电网的外界功率干扰以及系统的参数扰动工况下均有较好的控制效果。     

混合磁悬浮系统的H_∞控制器设计

鲁棒H∞控制通过引入3个加权函数矩阵,有效抑制了外界扰动和模型不确定性对控制性能的影响,从而使控制器具有鲁棒性。在分析了系统动态模型的基础上,通过合理选择加权函数,设计了混合磁浮系统的H∞控制器,并进行了仿真研究。仿真结果表明:与传统的比例-积分-微分,即PID控制器相比,采用鲁棒H∞控制理论设计的混合磁悬浮系统控制器有较好的动态性能、较快的响应速度和较强的鲁棒性。     

轴向电磁轴承多自由度承载力理论与实验研究

为了实现磁悬浮轴承系统的微型化,对轴向电磁轴承的多自由度承载力进行理论与实验研究。基于轴向磁轴承气隙磁通空间分布,利用分割磁场法建立磁路模型,由虚位移法得到轴向和径向承载力的数学表达式。借助有限元仿真软件,得到轴向磁轴承气隙磁感应强度与磁场空间分布。在搭建的磁轴承三维力学测量平台上,实验测量了轴向磁轴承的轴向与径向承载力,分析总结了多自由度承载力随电流、轴向位移和径向位移的变化规律,结合理论与仿真结果,分析了结构参数变化导致气隙磁场分布变化,进而改变轴向与径向承载力的物理机理,为轴向磁轴承实现多自由度悬浮研究提供了参考依据。