无轴承异步电机数学模型与解耦控制

针对无轴承异步电机是一个强耦合的非线性复杂系统,实现其电磁转矩和径向悬浮力之间的成功解耦是电机稳定悬浮工作的关键问题.在给出了无轴承异步电机径向悬浮力产生原理的基础上,推导了径向悬浮力和电机旋转部分的数学模型,并采用转子磁场定向控制策略设计了无轴承异步电机矢量控制系统,利用Matlab/Simulink工具箱对该控制系统进行了仿真.仿真试验表明,该控制系统不仅可以实现转子稳定悬浮,而且实现了径向悬浮力和旋转力矩之间的解耦控制,电机具有良好的动、静态性能.     

无轴承异步电机定子磁场定向控制的研究

在研究无轴承异步电机中实现电磁转矩与径向悬浮力之间的非线性解耦是电机稳定悬浮的关键所在,本文采用了基于d轴电流直接求解的无轴承异步电机定子磁场定向控制,克服了从常规定子磁场定向控制需加解耦器及其带来的输出延时的缺点。在悬浮力控制中引入单边磁拉力反馈控制,以减少系统延时及干扰对转子悬浮控制带来的误差。仿真结果表明电机动态、稳定性能优越。     

无轴承永磁薄片电机功率驱动系统设计与实现

无轴承永磁薄片电机具有磁轴承和永磁同步电机的优点,具有重要的研究意义和广阔的使用前景。综合考虑无轴承永磁薄片电机径向悬浮力产生的各种因素,导出了径向悬浮力和转矩数学模型,采用转子磁场定向控制策略,设计了无轴承永磁薄片电机解耦控制系统。基于带电流内环控制的电压源型PWM功率驱动电路原理,开发了相应的硬件控制系统。研究结果表明:采用该驱动电路与DSP控制电路板相结合,应用转子磁场定向控制策略,可以实现无轴承永磁薄片电机转矩和径向悬浮力之间解耦控制,使无轴承永磁薄片电机稳定运行。     

Halbach阵列永磁型无轴承电机特性研究

在分析永磁型无轴承电机径向悬浮力产生机理及转子永磁体Halbach阵列基础上,设计了一种Halbach阵列永磁型无轴承电机,采用耦合电路瞬态有限元分析方法对径向磁化永磁转子和Halbach阵列永磁转子的气隙磁密波形及高次谐波、径向悬浮力、反电动势及转矩进行比较分析。研究结果表明:永磁型无轴承电机转子永磁体采用Halbach阵列结构能显著提高气隙磁密幅值及其正弦特性,增大径向悬浮力与转矩,减小悬浮力、转矩及反电动势的脉动。     

无轴承永磁同步电机控制系统设计与仿真

无轴承永磁同步电机是自身具有磁悬浮轴承功能的新型特种电机，是一个复杂的强耦合的非线性系统，建立无轴承永磁同步电机径向悬浮力和电机数学模型，是设计无轴承永磁同步电机控制系统的前提，实现其径向悬浮力和电磁转矩之间的解耦控制是电机稳定运行的基本条件。该文在介绍无轴承永磁同步电机径向悬浮力产生原理的基础上，推导了径向悬浮力和电机数学模型，采用基于转子磁场定向控制策略设计了无轴承永磁同步电机矢量控制系统，利用Matlab的Simulink工具箱构建了矢量控制系统，对无轴承永磁同步电机的转速、转矩及转子起浮性能进行了仿真。仿真结果表明控制系统不仅可以实现转子稳定悬浮，而且电机具有良好的动态性能。     

基于支持向量机逆系统的无轴承异步电机非线性解耦控制

无轴承异步电机是非线性、多变量和强耦合的系统,实现其电磁转矩和径向悬浮力之间的动态解耦控制是电机稳定悬浮运行的关键。本文采用基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)α阶逆系统的方法对无轴承异步电机进行解耦控制。将用LS-SVM辨识出的无轴承异步电机逆系统串联在原系统之前,使复杂的非线性原系统解耦成四个独立的伪线性子系统——两个径向位移子系统、一个速度子系统和一个转子磁链子系统,然后根据线性系统理论进行系统综合。最后的仿真试验研究表明,基于LS-SVMα阶逆系统方法能够实现无轴承异步电机悬浮力和旋转力之间的动态解耦控制。     

基于涡流损耗分析的永磁型无轴承电机优化

针对永磁型无轴承电机在高速运行时,转子涡流损耗导致永磁体发热严重,导致永磁体存在不可逆退磁的难题。在分析永磁型无轴承电机转矩和径向力产生机理的基础上,研究了径向力、转矩绕组磁场和悬浮绕组磁场的相对运动关系,给出了永磁型无轴承电机单一方向稳定可控径向力的产生条件,采用2D耦合电路瞬态有限元法,计算了转子空载涡流损耗,比较了永磁型无轴承电机极对数为PB=PM+1和PB=PM-1时的转子涡流损耗。研究结果表明,永磁型无轴承电机转子涡流损耗主要是由悬浮绕组磁场产生,采用PB=PM+1结构时,转子涡流损耗最小,PM=1,PB=2结构最适合高速运行。     

无轴承无刷直流电机悬浮力控制研究

在分析无轴承无刷直流电机径向悬浮力产生机理的基础上,建立了电机径向悬浮力的数学模型,并设计了无轴承无刷直流电机径向悬浮力控制的控制系统。对所设计的控制系统使用MATLAB工具进行建模与仿真。最后,在试验样机上进行了试验验证。结果表明,无轴承无刷直流电机能够稳定运行,且转子能够稳定悬浮于中心。     

无轴承永磁同步电机转子偏心位移的直接控制

无轴承电机运行时由于负载扰动使其转子产生的径向偏心影响了其稳定悬浮性能，因此如何采取直接有效的方法控制转子偏心位移、使转子稳定悬浮成为无轴承电机研究的重点。文中对无轴承电机中的麦克斯韦力进行详细研究后，根据径向偏心位移和径向悬浮力之间的关系，基于可控径向悬浮力产生的机理，采用转子磁场定向，对转子偏心位移的控制提出了一种全新的控制方法：无轴承永磁同步电机转子偏心位移的直接控制，并设计了相应的控制系统。仿真结果表明，该方法有效地提高了无轴承电机稳定悬浮运行的动、静态性能，实现了对转子偏心位移的直接控制。     

无轴承薄片转子永磁电动机有限元分析

无轴承薄片转子永磁电动机在特殊的液体传输领域具有广泛的应用前景.本文首先介绍了电动机的工作原理,推导了电机的径向悬浮力数学模型;然后用有限元Ansys软件,分析了电机转矩绕组和径向悬浮力绕组分别产生的磁场以及合成磁场的分布情况,来验证径向悬浮力产生的原理.最后分析计算了电机在转矩绕组电流不变时径向悬浮力和径向悬浮力绕组中电流的关系;并分析了在气隙不变时径向悬浮力与永磁体厚度之间的关系,以及在永磁体厚度不变的条件下,径向悬浮力和气隙大小之间的关系.研究结果对无轴承永磁薄片转子电机的优化设计具有参考价值.     

An air-gap-flux-oriented vector controller for stable operation ofbearingless induction motors

A bearingless induction machine has combined characteristics of an induction motor and magnetic bearings. It is known that the magnetic suspension of the rotor becomes unstable at overload operation, particularly in transient conditions. A novel air-gap-flux-oriented vector control scheme has been proposed to operate the bearingless induction motor during the high torque acceleration period. It has been found that there is an optimal flux orientation for complete decoupling in radial force generation. Test results in a laboratory bearingless induction motor validates the performance efficacy of proposed controller at overload conditions     

基于气隙磁场定向的无轴承异步电机非线性解耦控制

无轴承异步电机是一个强耦合的非线性复杂系统 ,实现其电磁转矩和径向悬浮力之间的解耦控制是该电机稳定运行的前提。本文在研究电机磁悬浮机理的基础上 ,利用电枢绕组气隙磁场定向控制来实现两者之间的动态解耦控制。实验证明该控制算法不仅能实现电机稳定的悬浮 ,而且使电机具有良好的调速性能     

基于I-ω法磁场辨识的无轴承异步电动机矢量控制

集旋转与悬浮于一体的无轴承异步电动机是一个非常复杂的非线性系统,电磁转矩与径向悬浮力的非线性解耦是实现电机稳定悬浮运行的基础.气隙磁场定向控制算法复杂,且没有实现两者的动态解耦.提出了基于转矩绕组转子磁场定向控制算法,径向悬浮控制所需的气隙磁场通过I-ω实时辨识.仿真结果表明,电磁转矩与径向悬浮力实现完全解耦,验证了所提方案的有效性.     

磁悬浮无轴承异步电动机仿真

阐述了磁悬浮无轴承电机的基本状况，分析了磁悬浮无轴承异步电动机悬浮力产生的机理，按照气隙磁场定向控制设计了控制系统，将磁悬浮无轴承异步电动机等效成两台普通电机一转矩电机和悬浮力电机，建立了仿真分析模型，并进行了整个电机系统的仿真。     

无轴承异步电机气隙磁场辨识方法与应用

针对无轴承异步电机电磁转矩与径向悬浮力这一强耦合的非线性复杂系统,依据转子磁场定向控制的特点,研制了转矩绕组采用转子磁场定向控制,径向悬浮控制所需的气隙磁场通过I-ω法适时辨识的控制系统.应用Matlab/Simulink建立了系统仿真模型.计算机仿真结果表明,实现了电磁转矩与径向悬浮力之间的完全解耦,具有良好的动、静态性能,验证了本文所提方案的有效性.     

新型交替极无轴承永磁电机的原理与实现

传统永磁型无轴承电机悬浮力和转矩控制存在耦合，该文对一种新型交替极转子结构的无轴承永磁电机的磁悬浮原理进行了深入分析和数学建模，指出该类型电机所具有的独特的悬浮控制和转矩控制解耦的特点，并构建了无轴承交替极永磁电机的实时控制系统。实验结果表明实现了该新型无轴承永磁电机的动、静态稳定悬浮，验证了悬浮与转矩控制解耦的特性。     

无轴承异步电动机的有限元分析

阐述无轴承异步电动机径向悬浮力产生原理及其数学模型。用有限元方法分析了无轴承异步电动机气隙磁场分布状况及径向悬浮力与绕组中电流之间的非线性关系，为无轴承异步电动机获得最大径向悬浮力的优化设计及对应的控制策略提供了依据。     

新型混合励磁磁悬浮开关磁阻电机基础研究

为了实现磁悬浮开关磁阻电机(BSRM)转矩和悬浮力的自然解耦,提出了一种新型混合励磁磁悬浮开关磁阻电机(HEBSRM)。新型HEBSRM由12/14极BSRM、环形永磁体和径向磁轴承三部分组成。12/14极BSRM的转矩极和悬浮极之间嵌有隔磁环,使转矩磁通路径完全独立于悬浮磁通路径,从而在结构上实现转矩与悬浮力解耦。此外,详细推导了电机径向悬浮力的数学模型,并且通过有限元分析验证了新型HEBSRM结构的合理性。     

Inherently decoupled magnetic suspension in homopolar-typebearingless motors

The authors have proposed bearingless motors, that is, magnetic bearings combined with motors in the same stator. It is possible to reduce their shaft length compared with a conventional motor with magnetic bearings, and to achieve higher rotational speed. Bearingless motors generate radial force by adding n ± 2-pole flux on n-pole motor flux to make the flux distribution unbalanced. Several types of bearingless motors have already been proposed, and most of them require variations of motor flux to be taken into account to maintain stable radial position control. In this paper, homopolar-type bearingless motors are proposed and their radial force is analyzed. The rotor of a homopolar motor has two cores with salient poles, and each core is magnetized in a single pole. The important characteristics that the radial force does not vary in accordance with the rotor angle or the motor torque current are derived from analysis. It is confirmed by experiments that the radial position can be controlled nearly independently from the rotational angle and torque     

基于神经网络逆系统的磁悬浮开关磁阻电动机的解耦控制

磁悬浮开关磁阻电动机作为一个多变量、非线性和强耦合的系统,其控制系统的设计非常复杂.对于磁悬浮开关磁阻电动机来说,得到径向力和平均转矩的先验知识是实现电机闭环控制的基本条件.基于基本电磁场理论,论文给出磁悬浮开关磁阻电动机的径向力模型,对该模型进行可逆性分析,证明该系统可逆,应用神经网络逆系统方法实现径向力的动态解耦,以便达到高性能的控制目的,仿真结果验证了方法的可行性.