無軸承異步電機及其無速度傳感器運行控制.pdf

1、無軸承異步電機兼具磁軸承和傳統(tǒng)異步電機的所有優(yōu)點，是一種集驅(qū)動與懸浮功能為一體的新型磁懸浮電機。因其結(jié)構(gòu)簡單、氣隙均勻、成本低，且具有無摩擦、無磨損、無需潤滑、能實現(xiàn)高速、超高速運行等優(yōu)點，在高速機床電主軸、飛輪儲能、航空航天、高壓密封泵、高速離心機等領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。然而，無軸承異步電機在運行過程中采用傳統(tǒng)機械式速度傳感器對轉(zhuǎn)速進行測量，增加了控制系統(tǒng)成本及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量，影響系統(tǒng)靜、動態(tài)性能，尤其在高速、超高速運行時，轉(zhuǎn)速測量存

2、在較大的困難，影響了電機的高性能運行與控制。因此將無速度傳感器技術(shù)引入無軸承異步電機控制中具有重要的現(xiàn)實意義。本文在國家自然科學基金項目(61104016、51475214)資助下，重點研究了無軸承異步電機的無速度傳感器控制技術(shù)。
　　首先，在分析無軸承異步電機運行機理的基礎(chǔ)上，利用麥克斯韋張力法推導出無軸承異步電機的數(shù)學模型，并根據(jù)其徑向力和旋轉(zhuǎn)部分數(shù)學模型以及電機運動方程構(gòu)建了基于轉(zhuǎn)子磁場定向的無軸承異步電機矢量控制模型，為無

3、軸承異步電機無速度傳感器矢量控制奠定基礎(chǔ)。
　　其次，為了解決無軸承異步電機中由于機械式傳感器安裝所帶來的電機軸向體積和成本增大等問題，構(gòu)建了基于擴展卡爾曼濾波器法和基于帶轉(zhuǎn)子電阻識別的電壓模型算法的無軸承異步電機無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)。前者的側(cè)重點在于提高系統(tǒng)的抗干擾性，而后者在于驗證轉(zhuǎn)子電阻的變化對轉(zhuǎn)速的影響不可忽略。Matlab/Simulink仿真研究表明:基于擴展卡爾曼濾波器法的無速度傳感器控制策略有效減小了因噪聲干擾

4、和負載變化對轉(zhuǎn)速辨識帶來的影響，實現(xiàn)了無軸承異步電機在無速度傳感器形式下的穩(wěn)定懸浮運行;而基于帶轉(zhuǎn)子電阻識別的電壓模型算法的無速度傳感器控制策略能夠在保證無軸承異步電機良好運行的同時，還能對轉(zhuǎn)子電阻進行準確在線檢測，從而減小因轉(zhuǎn)子電阻變化對轉(zhuǎn)速帶來的影響。
　　最后，本文在利用擴展卡爾曼濾波器法識別電機轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上，搭建了以TMS320F2812 DSP為核心的無軸承異步電機無速度傳感器數(shù)字控制系統(tǒng)實驗平臺，并進行了懸浮實驗研究。