无轴承异步电机的单DSP控制

无轴承电机结合了电机和磁轴承的工作特性,是一种能够同时实现转矩控制与悬浮力控制的新型电机.无轴承电机两套绕组的存在客观要求有两组功率电路.目前与两组功率电路对应通常由两套DSP组成多控制器.但多控制器的应用存在双机通迅以及结构复杂的缺点,数据传递的延迟造成两套绕组磁链方向的偏差,进而影响无轴承电机转矩控制和悬浮力控制之间的解耦和无轴承电机的悬浮性能.为克服多控制器工作对电机悬浮的影响,提出了单DSP(数字信号处理器)控制方案,并通过由TMS320F240的DSP芯片组成的数字系统实现了无轴承异步电机的单DSP控制.     

六相单绕组无轴承磁通切换电机转矩及悬浮力直接控制

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。     

一种无轴承开关磁阻电机独立控制策略

基于无轴承开关磁阻电机中平均转矩和径向悬浮力之间独立控制的思想,研究了一种新型的控制策略。其中主绕组电流单、双相交替工作,悬浮绕组电流固定开关角轮流导通15°,实现无轴承电机转矩和悬浮的独立控制并建立该控制策略下的瞬时转矩、平均转矩和径向悬浮力的计算公式,阐述电机控制参数和控制依据,分析了该控制策略的工作区域。仿真和实验结果均证实了理论分析的正确性和可行性。     

一种新型双三相无轴承永磁同步电机结构原理及控制研究

针对传统无轴承永磁同步电机内部两套绕组结构复杂、可靠性低等缺点,提出了一种新型双三相绕组结构的无轴承永磁同步电机。电机采用分布式绕组结构并分为两个空间对称的独立三相绕组单元,通过两个三相逆变器在两个绕组单元中同时通入两组不同序列的电流实现电机的无轴承运行。推导了悬浮力与转矩数学模型。在Ansoft中建立有限元模型,分析了电机在两组电流控制下的磁场分布状况,分别计算了悬浮力与转矩随电流变化的关系,以及偏心磁拉力与转子偏移量的关系,仿真模型计算结果与理论模型计算结果基本吻合。建立了一种控制电机对称相电流不平衡的控制策略,将电机等效为两个普通三相电机,两个电机控制部分中的空间矢量脉宽调制模块SVM所需的信号由转矩电流参考值和悬浮力电流参考值合成再调制得到。采用Matlab软件构建了仿真系统,仿真结果表明,本文提出的双三相无轴承永磁同步电机在该控制策略下能够实现转子的高速旋转与稳定悬浮。     

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。     

无轴承电机悬浮控制系统的设计

无轴承电机是利用磁悬浮轴承和交流电机结构的相似性,将产生磁悬浮力的磁悬浮轴承绕组置入电机定子,省去了专门的磁悬浮轴承。通过对转矩绕组和悬浮力绕组的解耦控制,使电机的转子同时具有产生转矩和自悬浮的功能。无轴承电机能够实现高速、无摩擦等优良性能,是当前研究的热点之一,无轴承电机悬浮控制系统设计是该研究的关键。论文介绍了无轴承电机悬浮控制的基本原理,设计出了基于转矩绕组转子磁场定向的悬浮控制系统。     

无轴承电机悬浮控制系统的设计

无轴承电机是利用磁悬浮轴承和交流电机结构的相似性,将产生磁悬浮力的磁悬浮轴承绕组置入电机定子,省去了专门的磁悬浮轴承。通过对转矩绕组和悬浮力绕组的解耦控制,使电机的转子同时具有产生转矩和自悬浮的功能。无轴承电机能够实现高速、无摩擦等优良性能,是当前研究的热点之一,无轴承电机悬浮控制系统设计是该研究的关键。介绍了无轴承电机悬浮控制的基本原理,设计出了基于转矩绕组转子磁场定向的悬浮控制系统。     

无轴承永磁同步电动机的独立控制研究

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。     

单绕组无轴承永磁薄片电机缺相运行特性分析

针对无轴承永磁薄片电机因绕组或功率开关故障导致电机无法正常工作的问题,以六相单绕组无轴承永磁薄片电机为例,提出定子电流重构原则的缺相故障控制方法。该方法以电机的悬浮力和转矩数学模型为基础,结合功率最优约束条件,给出了更具通用性的定子电流缺相控制模型。通过对缺相后剩余定子电流及其产生的悬浮力脉动进行分析,得到可保证电机稳定运行的缺相形式,即任意一相绕组相邻两相和相对两相绕组故障可实现缺相控制,而对于相隔一个定子齿的两相绕组故障及缺相绕组个数大于2的故障形式无法实现缺相控制。最后,在一台原理样机上实现了任意一相和相对两相故障的缺相控制。     

无轴承同步磁阻电机的悬浮系统控制策略

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。     

无轴承异步电机解耦控制策略

针对2极转矩绕组和4极悬浮绕组构成的无轴承异步电机悬浮力耦合问题,利用悬浮绕组数学模型及其等效电路图,分析了转子感应电流对悬浮力控制的影响.在考虑悬浮绕组转子感应电流导致悬浮力耦合的基础上,研究了逆系统的悬浮解耦控制策略,构造了以悬浮绕组励磁电流为位移控制量的悬浮力控制模型.仿真及实验结果表明,该模型能实现悬浮力完全解耦,其控制器可以独立控制相对应的悬浮力,为无轴承全速范围悬浮控制提供借鉴.     

无轴承开关磁阻电机实验平台的设计与实现

将无轴承技术应用于开关磁阻电机中可充分发挥该电机的高速适应性,并拓宽其在微型和大功率领域中的应用。该文在已有数学模型基础上,针对其电磁转矩和悬浮力的控制特点,设计了以DSP-LF2407A为控制核心的数模混合控制实验平台。实验平台包括无轴承开关磁阻电机本体、DSP数字控制器、电流滞环控制器、PID调节单元、3套功率逆变器、传感器和相关辅助电路,并对其工作原理进行了分析。在此基础上设计了控制系统的软件,并给出了主要子程序的流程图。通过对整个实验平台硬软件的联合调试,实现了无轴承开关磁阻电机的稳定悬浮。     

永磁型无轴承电机的完整系统建模

为实现永磁型无轴承电机的稳定悬浮运行，须对转矩和悬浮力进行实时控制。电磁转矩和磁悬浮力的精确计算是无轴承电机设计及其控制的基础。传统的永磁型无轴承电机数学模型将转矩与悬浮力作为两个独立的系统来考虑，忽略了它们之间的非线性电磁耦合关系，因此计算精度不理想。该文通过虚位移法推导、并建立了考虑转矩绕组与悬浮绕组之间非线性电磁耦合关系及转子运动的面贴式永磁型无轴承电机完整系统数学模型，并通过有限元分析提取了模型中的关键参数。基于此模型实现了转子磁场定向控制的悬浮运行仿真，通过与传统数学模型的仿真结果对比，验证了该模型的精确性与完整性。     

无轴承异步电机悬浮子系统独立控制的研究

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。     

无轴承异步电机悬浮子系统独立控制的研究

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，本文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大大提高无轴承异步电机的实用性。实验证明本文提出的悬浮绕组独立的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。     

单绕组无轴承薄片电机功率系统的设计

针对单绕组无轴承薄片电机定子绕组电流不满足三相约束关系,传统的三相逆变器无法驱动,根据电机径向悬浮力模型和定子绕组电流模型,设计并搭建了一种基于H桥功率模块的多相驱动功率系统.运用单绕组无轴承薄片电机的原理样机系统,成功实现了电机的五自由度全悬浮,包括径向、轴向和扭转方向.实验结果表明,基于H桥模块的功率系统可对电机各绕组进行独立驱动,使得各绕组电流相互无影响,完全满足单绕组无轴承薄片电机的驱动要求.     

H桥驱动下的单绕组无轴承薄片电机功率系统故障分析及容错控制

针对由H桥驱动的单绕组无轴承薄片电机因功率系统开关管发生故障导致电机无法正常运行的问题,以六相单绕组无轴承薄片电机为例,分析了开关管发生开路和短路故障时H桥的工作模态以及故障对系统造成的影响。在故障分析的基础上,对电机短路电流数学模型进行了推导,提出统一的故障容错控制方法。该方法通过非故障相电流重构,补偿功率模块故障对系统造成的影响,提供电机稳定运行所需悬浮力与转矩。通过有限元分析,验证了短路电流模型的正确性及故障容错方法的有效性。以1相和2相绕组功率开关管发生开路或短路故障为例,在一台原理样机上实验验证了理论分析与仿真结论。     

磁悬浮无轴承电机的解耦控制

无轴承电机是利用磁悬浮轴承和电机结构的相似性,将产生磁悬浮力的磁悬浮轴承绕组置入电机定子,省去了专门的磁悬浮轴承;通过对转矩绕组和悬浮力绕组的解耦控制,使电机转子同时具有产生转矩和自悬浮的功能。无轴承电机能够实现高速、无摩擦等优良性能,是当前研究的热点之一。无轴承电机的解耦控制是控制系统设计的关键。论文介绍了目前无轴承电机解耦控制的基本原理和方法,并进行了对比和分析,可针对不同电机来设计控制系统。     

一种新型混合转子结构无轴承电动机磁悬浮力的矢量控制

无轴承电机具有无机械磨损和噪声等优点，其转子旋转和悬浮的电磁转矩和磁悬浮力皆由电机本身产生。在对不同转子结构转矩和磁悬浮力进行有限元对比分析的基础上，该文提出了一种兼有永磁式和感应式转子共同优点的新型混合转子结构。该电机不仅能产生大的电磁转矩和磁悬浮力，而且提供了通过电流矢量定向实现悬浮力解耦控制的途径。基于数字信号处理器DSP(TMS320C32)和复杂可编程逻辑芯片CPLD(Xilinx)，构建了混合转子无轴承电机的控制系统，实现了悬浮力矢量控制策略。试验结果表明该文所提出的新型无轴承电机的设计与控制策略是可行的。     

计及偏心及洛仑兹力的永磁型无轴承电机建模与控制研究

对转子偏心情况下永磁型无轴承电机中2种磁悬浮力的产生机制进行了深入的理论分析和数学建模；特別揭示了转子偏心、转矩绕组磁场对悬浮力控制及悬浮绕组磁场对转矩控制的耦合影响；提出一种实用的悬浮力及转矩控制方案，并通过在一台表面贴装无轴承永磁同步电动机上进行的实验验证了其有效性和实用性。实验结果表明考虑转子偏心和洛仑兹力的影响有效的提高了无轴承电机悬浮运行时的稳态精度和动态响应速度，极大的拓宽了其应用领域。