无轴承永磁同步电动机悬浮力的前馈解耦控制方法

对于具有多变量、非线性、强耦合的无轴承永磁同步电动机悬浮与调速系统,实现电机两悬浮力分量之间以及悬浮力和电磁转矩之间的解耦控制是提高其系统性能的关键。建立了无轴承永磁同步电动机耦合的悬浮力模型,提出了一种前馈解耦方法,设计了前馈解耦控制器,将之串接于悬浮子系统中,实现了上述多变量之间的完全解耦,进行了控制系统的仿真研究。仿真结果证实了控制方案的可行性,控制系统具有优良的动、静态调节性能。     

考虑转子磁场影响的无轴承永磁同步电动机悬浮力模型

在总结分析现有无轴承永磁同步电动机悬浮力研究基础上,针对转子受力的实际情况展开悬浮力的理论分析和数学建模研究.将转子磁场的影响计入悬浮力分析中,从而建立精确解耦的悬浮力数学模型,并利用工程电磁场有限元计算软件对一台表贴式无轴承永磁同步电动机的受力情况进行分析计算,验证了该数学模型的准确性和可靠性.     

基于转子偏心坐标系的无轴承永磁薄片电机径向悬浮力模型

针对无轴承永磁薄片电机(BPMSM)运行时转子悬浮不够稳定的问题,研究了影响BPMSM转子悬浮性能的主要因素,即转子径向悬浮力模型。依据位移补偿控制理论和角坐标系的概念,建立了新的转子偏心坐标系。在转子偏心坐标系下,基于麦克斯韦应力张量法,利用积分和三角变换推导了转子径向悬浮力模型,并设计悬浮力绕组电流直接控制系统。建立电机的有限元模型,通过对比径向悬浮力的有限元分析结果与数学模型计算结果,验证了所推导数学模型的正确性与准确性。     

无槽洛仑兹力无轴承电动机原理和研究现状

介绍了一种新型无轴承电动机--无槽洛仑兹力无轴承电动机.与传统无轴承电动机不同,无槽洛仑兹力无轴承电动机转矩和悬浮力都是由洛仑兹力产生,其优点是无需考虑与永磁体厚度相关的转矩和悬浮力之间的制约关系.文章概述了无槽洛仑兹力无轴承电动机的特点,阐述了无槽洛仑兹力无轴承电动机基本结构、绕组形式、悬浮力和转矩的产生原理,综述了无槽洛仑兹力无轴承电动机研究状况和应用前景.     

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。     

无轴承永磁同步电动机永磁体参数优化设计

介绍了无轴承永磁同步电动机径向悬浮力产生原理。通过对比各种永磁体材料的性能和不同转子磁路结构特点,确定采用钕铁硼稀土永磁体,选择转子表面凸装式结构;从理论上分析了径向悬浮力与永磁体厚度、径向悬浮力绕组电流之间的关系;采用有限元方法,在考虑磁路饱和及非线性情况下,对实验样机径向悬浮力进行了计算和分析。研究结果对无轴承永磁同步电动机如何获得最大径向悬浮力以及电动机的优化设计具有参考价值。     

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。     

交替极永磁无轴承电机的直接悬浮力控制

通过借鉴永磁同步电机直接转矩控制(PMSM-DTC)的思想,将直接转矩控制的理论和方法应用到永磁型无轴承电机磁悬浮力的控制上去,提出了一种新颖的基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法的直接悬浮力控制算法,并在一台交替极无轴承永磁电机上进行了实验验证,结果表明该控制思想的正确性和有效性。     

无轴承永磁薄片电机径向悬浮力精确数学建模

无轴承永磁薄片电机具有薄片转子的特殊结构,为了采取有效方法控制转子偏心位移、使转子稳定悬浮,研究的关键在于获得无轴承永磁薄片电机精确的径向悬浮力数学模型。在介绍无轴承永磁薄片电机的结构和工作原理基础上,对无轴承永磁薄片电机气隙磁场进行了详细分析,基于麦克斯韦应力张量法推导了其径向悬浮力数学模型,最后对比验证了利用有限元方法的计算结果和样机实验对数学模型的理论计算结果。验证结果表明,该方法建立的径向悬浮力数学模型误差小、精确度髙。     

内置式无轴承永磁同步电机径向悬浮力建模

针对内置式无轴承永磁同步电机悬浮控制时的因径向悬浮力数学模型建立不准确而导致的控制性能不佳的问题,提出了内置式无轴承永磁同步电机径向悬浮力的精确数学模型建立方法。介绍了内置式无轴承永磁同步电机的结构和工作原理。对内置式无轴承永磁同步电机气隙磁场进行了分析,采用麦克斯韦应力张量法推导了其径向悬浮力的精确数学模型。采用有限元分析方法对推导的径向悬浮力数学模型进行验证分析,并对内置式无轴承永磁同步电机的最大径向悬浮力有限元仿真计算结果、理论计算结果和实际测量结果进行了比较。分析结果表明,采用麦克斯韦应力张量法建立的径向悬浮力数学模型误差小、精度髙。     

Radial Force Analytic Modeling for a Novel Bearingless Switched Reluctance Motor When Considering Rotor Eccentricity

Abstract—Analytic modeling of radial forces is proposed for the novel bearingless switched reluctance motor, where the rotor eccentricity is taken into account. The novel bearingless switched reluctance motor's model is never disclosed, even though there are many advantages, such as fewer suspension windings and simpler control circuit and algorithm, when compared to the conventional bearingless switched reluctance motor. The analytic model of radial forces is very important to achieve this new bearingless switched reluctance motor's suspension control. The rotor eccentricity is a key cause to affect the radial forces. This article calculates the air-gap permeances through considering rotor eccentricity. The self-inductance and mutual-inductance expressions of the motor torque windings and the suspension windings are derived by using the magnetic equivalent circuit method. The derived radial force model discloses the effects of winding currents, rotor position angle, and rotor eccentricity displacement. The finite-element analysis based results verify the built model.     

永磁型无轴承电机悬浮力前馈控制系统研究

传统的永磁型无轴承电机悬浮力控制系统由于数字控制器采样周期、电流调制过程中的延时以及电机定子铁心涡流等因素的影响,实际的可控悬浮力与其指令信号之间存在延时,因而电机的悬浮性能受到影响.基于经典控制理论中的前馈控制思想,提出了永磁型无轴承电机悬浮力前馈控制系统.仿真研究表明,该系统能够有效地消除力延时和提高电机的悬浮运行性能.     

无轴承永磁同步电机电磁特性仿真研究

系统阐述了无轴承永磁同步电机的基本原理和工作特性,分析了转子永磁体、牵引电流激励、悬浮电流激励相互耦合激励下输出牵引转矩、x轴及y轴悬浮力随初始角度的变化特性曲线,研究了x轴及y轴方向不同偏心距下单边磁拉力的变化规律,并通过有限元仿真进行验证。结果表明：y轴方向偏心后会造成y轴方向的单边磁拉力周期平均值增加,以及x轴、y轴方向的动态振幅波动值的增加。随着y轴方向偏心距离的增加,y轴方向偏移的单边磁拉力平均值及振幅呈线性增加趋势,x轴方向偏移的单边磁拉力平均值近似为0,振幅呈线性增加趋势。转子永磁体、牵引及悬浮绕组电流共同耦合激励将产生旋转牵引力、x轴及y轴方向悬浮力,只要针对x、y轴所处位置所产生的悬浮力进行反向补偿,使电机转子在x、y轴方向的合成作用力为0,就可以保证电机旋转过程中转子在不偏心状态下运行。     

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。     

无轴承永磁同步电机转子径向位移估算策略

无轴承永磁同步电机实现平稳悬浮的关键是对转子径向位置偏移量进行闭环控制。通常无轴承永磁同步电机高性能悬浮运行时都依赖于位移传感器,但由此破坏了电机结构的坚固性、阻碍了电机的低成本实用化等,需要新的位移估算策略替代传统的机械位移传感器。通过建立无轴承永磁同步电机悬浮、转矩两套绕组的磁链、电压和电流状态方程,构建最小二乘法电机转子位移估算模型,进一步提出基于普通最小二乘法和遗忘因子最小二乘法的混合加权最小二乘法估算策略。通过采样电机两套绕组电压和电流,应用混合加权最小二乘算法对转子位移进行在线辨识。仿真及实验证实该方法能实现无传感器工况下电机转子位移的有效估算,电机悬浮和转动系统性能较好。     

无轴承永磁同步电机无速度传感器控制系统

基于无轴承永磁同步电机的矢量控制系统,提出了采用扩展卡尔曼滤波器实现无速度传感器运行的控制策略。通过测量电机的端电压和流过定子线圈的电流在线估计电机转子的速度,实现具有较强自适应和抗干扰能力的无轴承永磁同步电机无传感器调速系统。建立了无轴承永磁同步电机状态方程及扩展卡尔曼滤波器速度估计离散算法。在MATLAB/Simulink环境下构建了无速度传感器运行仿真系统,对速度的辨识、电机的动态特性进行了仿真。仿真结果表明:扩展卡尔曼滤波器的速度辨识精度较高,具有良好的鲁棒性,基本满足无轴承电机无传感运行的要求。     

无轴承永磁同步电机启动控制研究

无轴承永磁同步电机良好的启动是实现电机稳定运行的基础.首先给出了无轴承永磁同步电机转矩绕组数学模型,通过转子初始位置粗测和二分搜索法完成对无轴承永磁同步电机转子的精确定位后,提出了基于转子磁场定向控制的启动方法.然后以数字信号处理芯片TMS320LF2812为核心,采用霍耳位置传感器与增量式光电编码器等主要器件,构建了...     

交替极无轴承永磁电机的悬浮力脉动分析

Cosequent-Pole无轴承永磁电机的悬浮力与转子转角本质上是无关的，其控制系统因此得以简化，但考虑到谐波因素时，其引起的悬浮力脉动对于系统的悬浮性能产生了不利影响。该文推导了计及谐波的悬浮力统一公式，并以有限元分析对其进行了验证，指出了不同极对数时，产生的悬浮力脉动的情况及原因，并提出了抑制悬浮力脉动的方法，为交替极无轴承永磁电机的设计和优化提供了理论指导。     

无轴承异步电机的悬浮机理及其气隙磁场定向控制

无轴承异步电机运行时,因会出现转子偏心,必须对其悬浮力进行实时控制才能实现稳定运行.文章从电机悬浮机理出发,比较分析了三种悬浮力模型.其中计及转子偏心的悬浮力精确解析模型形式简单,适合对电机的实时控制.采用基于转矩绕组气隙磁场定向的控制策略,能有效地控制气隙磁链的幅值和相位,实现电磁转矩和悬浮力的解耦控制.通过matlab/simulink仿真研究,证明该方法能实现此种控制,并可以得到良好的动、静态性能.