永磁型無軸承電機系統(tǒng)的無傳感器運行研究.pdf

1、永磁型無軸承電機系統(tǒng)的無傳感器運行，是永磁型無軸承電機研究中需要探索的新命題，這對無軸承電機實現(xiàn)低成本、實用化的研究具有重要實際意義。本文進行了適合于無傳感器運行的永磁型無軸承電機結(jié)構(gòu)設(shè)計研究，建立了永磁型無軸承電機的懸浮力模型及其控制系統(tǒng)。為構(gòu)成五自由度懸浮系統(tǒng)，研究了永磁偏置徑/軸向電磁軸承的設(shè)計與控制。針對永磁型無軸承電機的無位置/速度傳感器的運行及無徑向位移傳感器運行進行了深入的理論研究及實驗驗證。 論文主要工作包括：

2、 一、分析了永磁型無軸承電機的基本工作原理。對永磁型無軸承電機的本體設(shè)計進行了研究，提出了永磁體內(nèi)插式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的無軸承電機方案，其性能滿足懸浮運行與控制要求，還為研究無位置、無位移傳感器運行創(chuàng)造了條件。建立了計及轉(zhuǎn)子凸極影響和定、轉(zhuǎn)子定位偏心的磁懸浮力解析模型，深入分析了懸浮力模型中有關(guān)參數(shù)的獲取機理，并通過有限元磁場分析方法實現(xiàn)了可控懸浮力和單邊磁拉力計算中的計及飽和、電樞反應(yīng)和懸浮中定、轉(zhuǎn)子定位偏心等非線性因素的參數(shù)提取。

3、 二、基于擴展磁路法建立了永磁偏置徑/軸向電磁軸承的精確數(shù)學(xué)模型，依據(jù)此模型進行了電磁軸承的設(shè)計并得到了電流剛度和位移剛度等控制參數(shù)。設(shè)計了一種性能優(yōu)良的雙向三電平PWM開關(guān)功放，實現(xiàn)了永磁偏置徑/軸向電磁軸承的懸浮系統(tǒng)運行。 三、建立了由永磁型無軸承電機與永磁偏置徑/軸向電磁軸承構(gòu)成的五自由度懸浮系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子動力學(xué)模型。為提高永磁型無軸承電機的懸浮性能，采用混合靈敏度的H∞魯棒控制方法設(shè)計了懸浮力系統(tǒng)控制器。研究結(jié)果表明，所

4、設(shè)計的控制器性能優(yōu)良，對外部擾動等不確定因素有很好的魯棒性。 四、提出了高速下采用自適應(yīng)滑模觀測器法和低速下采用脈動高頻信號注入法的轉(zhuǎn)子位置自檢測復(fù)合方法，以實現(xiàn)永磁型無軸承電機無位置傳感器運行。該方法在低速采用高頻信號注入法確保了轉(zhuǎn)子位置和速度的檢測精度，高速采用自適應(yīng)滑模觀測器方法保證了系統(tǒng)響應(yīng)的快速性及對參數(shù)變化的魯棒性。確定了兩種方法平滑切換的原則。仿真和實驗研究表明，轉(zhuǎn)子位置自檢測復(fù)合方法能夠在全速范圍內(nèi)有效檢測出轉(zhuǎn)子

5、的空間位置和速度，實現(xiàn)無傳感器方式的穩(wěn)定懸浮運行。隨后提出了利用轉(zhuǎn)矩繞組和懸浮繞組的互感，僅在轉(zhuǎn)矩繞組上注入高頻激勵信號以同時實現(xiàn)轉(zhuǎn)子徑向位移信號和位置/速度信號提取的新方法。通過理論分析和電磁場計算證明，該方法能有效地檢測轉(zhuǎn)子的位置/速度和位移信號，并能精確地實現(xiàn)位移檢測出信號在水平、垂直方向的解耦。 五、設(shè)計了基于TMS320F2812數(shù)字信號處理器的全數(shù)字控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)為實現(xiàn)永磁型無軸承電機系統(tǒng)無傳感器運行研究提供了