無軸承同步磁阻電機逆系統(tǒng)解耦控制.pdf

1、無軸承電機技術(shù)是高速電氣傳動領(lǐng)域里的一項重大突破，因無軸承電機具有無摩擦，無磨損，不需潤滑，壽命長，高速度，高精度等特點，在航空航天、生命科學(xué)、食品化工、新能源、高速電豐軸等領(lǐng)域具有潛在的科研與應(yīng)用價值。無軸承同步磁阻電機除具備一般無軸承電機的優(yōu)點外，其轉(zhuǎn)子上沒有永磁體，也不需要勵磁繞組，因而結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，成本低廉，還因其可以實現(xiàn)很高的凸極比，從而同時具有高轉(zhuǎn)矩密度、快速動態(tài)響應(yīng)、低轉(zhuǎn)矩脈動、低損耗、高功率因數(shù)等優(yōu)點，更加適合高速

2、及高精度應(yīng)用領(lǐng)域。研究同步磁阻電機的無軸承技術(shù)具有明顯的科研價值和工程意義。
　　 無軸承同步磁阻電機的控制系統(tǒng)設(shè)計是其核心關(guān)鍵技術(shù)。由于無軸承同步磁阻電機是一個非線性、強耦合的多輸入多輸出系統(tǒng)，要實現(xiàn)其穩(wěn)定可靠工作，必須對電磁轉(zhuǎn)矩和懸浮力進行解耦控制。本文在國家自然科學(xué)基金項目(60974053)等資助下，對無軸承同步磁阻電機數(shù)學(xué)模型、解耦控制、數(shù)字控制等方面開展了專題研究工作。
　　 系統(tǒng)地論述了無軸承同步磁阻電機的

3、研究意義、研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。深入分析了同步磁阻電機的工作原理及無軸承電機懸浮力產(chǎn)生機理。采用麥克斯韋張量法推導(dǎo)了無軸承同步磁阻電機懸浮力公式，分析了同步磁阻電機電壓方程、磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程和運動方程，并在此基礎(chǔ)上建立了無軸承同步磁阻電機數(shù)學(xué)模型。
　　 詳細闡述了逆系統(tǒng)基本概念及利用逆系統(tǒng)理論實現(xiàn)系統(tǒng)線性化解耦的思想。分別以二自由度無軸承同步磁阻電機和五自由度無軸承同步磁阻電機為研究對象，采用逆系統(tǒng)理論設(shè)計相應(yīng)的解耦控制系統(tǒng)，

4、并利用Matlab軟件環(huán)境構(gòu)建仿真系統(tǒng)，針對系統(tǒng)的階躍響應(yīng)、轉(zhuǎn)子起浮、解耦性能等進行了仿真和分析。仿真試驗表明逆系統(tǒng)解耦控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)無軸承同步磁阻電機電磁轉(zhuǎn)矩與懸浮力之間的動態(tài)解耦，并且系統(tǒng)具有良好的動、靜態(tài)性能。
　　 根據(jù)二自由度無軸承同步磁阻電機控制系統(tǒng)需求，研制符合要求的DSP控制板，并設(shè)計電機功率驅(qū)動板，與電機本體一起構(gòu)成二自由度無軸承同步磁阻電機數(shù)字控制硬件系統(tǒng)。數(shù)字控制軟件系統(tǒng)主要完成轉(zhuǎn)速和位移信號處理、PWM