無軸承異步電機(jī)及其無速度傳感器運(yùn)行控制.pdf

1、無軸承異步電機(jī)兼具磁軸承和傳統(tǒng)異步電機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn)，是一種集驅(qū)動(dòng)與懸浮功能為一體的新型磁懸浮電機(jī)。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(shí)現(xiàn)高速、超高速運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，在高速機(jī)床電主軸、飛輪儲(chǔ)能、航空航天、高壓密封泵、高速離心機(jī)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，無軸承異步電機(jī)在運(yùn)行過程中采用傳統(tǒng)機(jī)械式速度傳感器對轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量，增加了控制系統(tǒng)成本及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，影響系統(tǒng)靜、動(dòng)態(tài)性能，尤其在高速、超高速運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速測量存

2、在較大的困難，影響了電機(jī)的高性能運(yùn)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(jī)控制中具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61104016、51475214)資助下，重點(diǎn)研究了無軸承異步電機(jī)的無速度傳感器控制技術(shù)。
　　首先，在分析無軸承異步電機(jī)運(yùn)行機(jī)理的基礎(chǔ)上，利用麥克斯韋張力法推導(dǎo)出無軸承異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)其徑向力和旋轉(zhuǎn)部分?jǐn)?shù)學(xué)模型以及電機(jī)運(yùn)動(dòng)方程構(gòu)建了基于轉(zhuǎn)子磁場定向的無軸承異步電機(jī)矢量控制模型，為無

3、軸承異步電機(jī)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(jī)中由于機(jī)械式傳感器安裝所帶來的電機(jī)軸向體積和成本增大等問題，構(gòu)建了基于擴(kuò)展卡爾曼濾波器法和基于帶轉(zhuǎn)子電阻識(shí)別的電壓模型算法的無軸承異步電機(jī)無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)。前者的側(cè)重點(diǎn)在于提高系統(tǒng)的抗干擾性，而后者在于驗(yàn)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(kuò)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(fù)載變化對轉(zhuǎn)速辨識(shí)帶來的影響，實(shí)現(xiàn)了無軸承異步電機(jī)在無速度傳感器形式下的穩(wěn)定懸浮運(yùn)行;而基于帶轉(zhuǎn)子電阻識(shí)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(jī)良好運(yùn)行的同時(shí)，還能對轉(zhuǎn)子電阻進(jìn)行準(zhǔn)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(kuò)展卡爾曼濾波器法識(shí)別電機(jī)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(jī)無速度傳感器數(shù)字控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并進(jìn)行了懸浮實(shí)驗(yàn)研究。