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     

基于精确线性化解耦的永磁同步电机空间矢量调制系统

从永磁同步电机的定子磁链模型出发，应用精确线性化理论，实现永磁同步电机输入输出线性化与解耦。将永磁同步电机动态解耦成二阶线性转速子系统和一阶线性磁链子系统，结合磁链扇区判断方法和线性化解耦后的实际系统输入来确定目标空间电压矢量，实现了永磁同步电机调速系统的转速和磁链动态解耦控制。仿真和实验结果表明，基于精确线性化解耦的永磁同步电机空间矢量调制系统具有理想的速度跟踪性、良好的鲁棒性和低速性。     

外转子无铁心无轴承永磁同步电机参数优化设计

为解决飞轮储能用电机齿槽转矩大,高速运行时铁心损耗高的问题,提出一种外转子无铁心无轴承永磁同步电机。首先阐述了外转子无铁心无轴承永磁同步电机的基本结构和工作原理,然后给出了电机的基本设计参数,接着采用Taguchi法以平均转矩、平均悬浮力、转矩脉动和悬浮力脉动为评价标准优化了极弧系数、永磁体厚度、气隙长度和转子厚度,接着通过有限元仿真对比了优化前后电机性能的变化。仿真结果显示,优化后的平均转矩和平均悬浮力分别提高了15.7%和8.44%,转矩脉动和悬浮力脉动分别降低了0.65%和1.83%。最后,通过实验证明了优化后电机能够稳定运行并且相较于传统的有铁心电机运行稳定性更好。     

三自由度永磁偏置混合磁轴承数控系统研究

在介绍永磁偏置径向一轴向三自由度混合磁轴承结构及悬浮力产生原理的基础上，阐述了三自由度混合磁轴承数字控制系统的工作原理，讨论了以定点数字信号处理器TMS320LF2407为核心的数字控制系统硬件构成及软件设计。控制器控制策略选取抗积分饱和与微分突变的PID控制规律，用汇编语言编制了相应的数控软件。基于TDS2407EA评估板，采用自主编制的数控软件，实现了三自由度混合磁轴承稳定工作。研究表明，以TMS320LF2407为核心的数字控制系统不仅能够满足高速磁轴承控制器的要求，而且易于实现各种先进的控制策略。     

改进型平方根无迹卡尔曼滤波及其在无轴承永磁同步电机无速度传感器运行中的应用

平方根无迹卡尔曼滤波(SRUKF)解决了标准无迹卡尔曼滤波(UKF)中由于误差协方差阵负定而引起的滤波发散问题, 保证了算法的数值稳定性, 但仍存在对模型参数变化的鲁棒性差、收敛速度慢及对突变状态的跟踪能力低等缺陷. 因此, 本文提出一种改进SRUKF滤波, 通过引入时变渐消因子和弱化因子, 实时修正滤波增益矩阵和误差协方差平方根矩阵, 实现残差序列正交, 确保SRUKF滤波保持对目标实际状态的准确跟踪. 将该算法在无轴承永磁同步电机无速度传感器矢量控制系统中进行仿真研究. 结果表明: 改进SRUKF非线性近似精度、数值稳定性及滤波精度更高, 在系统状态突变或负载扰动时, 鲁棒性更强, 能够有效实现转速及转子角度的准确估计, 确保转子稳定悬浮运行.     

基于左逆系统的无轴承异步电机无速度传感器运行

为了解决无轴承异步电机运行控制中转速检测的问题,实现对其高性能控制,提出了一种基于左逆系统的无速度传感器控制方法.建立了转速与转矩绕组定子电流的子系统,并证明了该子系统是左可逆的,将左逆系统与该子系统串联,便可实现对转速的观测.应用该方法建立了无轴承异步电机无速度传感器的矢量控制系统,并进行仿真研究.结果表明,该方法能在无轴承异步电机全速范围内准确观测出转速,实现无速度传感器方式的稳定悬浮运行.     

新型内置式无轴承永磁同步电机设计与电磁分析

传统内置式无轴承永磁同步电机气隙磁密为矩形波分布,谐波分量较大,其系统难以精准调控.首先根据麦克斯韦张量法分析其径向悬浮力控制机理,运用傅里叶变换,对比了传统内置式永磁转子和新型内置式永磁转子等3种转子结构的气隙磁密和谐波分量;其次采用参数化有限元法,比较了3种转子结构悬浮绕组电流和悬浮力关系.最后,将电机模型和外部电路进行联合仿真,分析了新型内置式转子结构瞬态电磁场运行工况,在设定电机模型为转速为15 000r/min、输出功率为4kW的情况下,计算定子绕组空载感应电势波形,验证了径向悬浮力控制原理.     

电动汽车用飞轮电池关键技术和技术瓶颈分析

飞轮电池具有储能容量大、工作效率高、无环境污染、无噪声、环境适应性能好、维护简单及可连续工作等优点,为解决目前日益关注的新能源汽车动力电池问题提供新途径。该文详细阐述电动汽车用飞轮电池的三大关键技术(包括磁悬浮轴承技术、飞轮电池电机、飞轮转子稳定控制技术)的研究现状。针对车载飞轮电池系统存在的技术瓶颈进行分析,针对电动汽车用飞轮电池系统散热差、待机损耗大、陀螺效应、车载工况导致飞轮转子不稳定及车载条件下飞轮电池体积和质量受限等技术难题,指出相应的解决措施,为电动汽车用飞轮电池系统的关键技术及亟需解决的技术瓶颈指明未来发展方向。     

基于BPNN的无轴承异步电机传感器故障诊断及容错控制

针对无轴承异步电机(bearinglessinductionmotor,BL-IM)速度传感器故障识别问题,提出一种基于反向传播神经网络(back propagation neural network,BPNN)的故障诊断控制策略。首先,选取BL-IM转矩、相电流等信号作为BPNN传感器故障诊断依据,并利用传感器在不同故障下的转矩等故障数据样本不断地对BPNN进行训练学习,提高故障诊断及故障分类的准确率。其次,利用分数阶模型参考自适应控制(fractional order model reference adaptive system,FO-MRAS)建立无速度传感器容错控制系统,完成故障系统到容错控制系统的切换,最终实现BL-IM在传感器故障下的正常运行。仿真和实验结果均表明,提出的BPNN故障诊断系统不仅能够实现空载以及带载运行时速度传感器故障的准确识别,并且容错控制系统能显著降低传感器故障对转速的影响,同时电机悬浮转子也具有较好的悬浮特性,提高了BL-IM的安全性和可靠性。     

交直流径向-轴向混合磁轴承原理与特性分析

介绍了一种新颖的交直流径向一轴向混合磁轴承的基本结构和悬浮力产生机理;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、径向悬浮力数学模型,设计了实验样机参数.利用Matlab软件对磁轴承轴向、径向悬浮力非线性和各自由度之间在平衡位置附近运动、磁路之间的相关耦合特性进行了计算分析,给出了仿真图.研究结果表明:这种磁轴承结构合理紧凑,效率高;磁轴承轴向、径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,并获得良好的控制性能;各自由度运动和磁路几乎没有耦合,采用分散独立的PID控制器实现了磁轴承的稳定工作.