無(wú)軸承異步電機(jī)及其無(wú)速度傳感器運(yùn)行控制.pdf

1、無(wú)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(jiǎn)單、氣隙均勻、成本低，且具有無(wú)摩擦、無(wú)磨損、無(wú)需潤(rùn)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(wú)軸承異步電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中采用傳統(tǒng)機(jī)械式速度傳感器對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)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(cè)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(wú)速度傳感器技術(shù)引入無(wú)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(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61104016、51475214)資助下，重點(diǎn)研究了無(wú)軸承異步電機(jī)的無(wú)速度傳感器控制技術(shù)。
　　首先，在分析無(wú)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(wú)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(chǎng)定向的無(wú)軸承異步電機(jī)矢量控制模型，為無(wú)

3、軸承異步電機(jī)無(wú)速度傳感器矢量控制奠定基礎(chǔ)。
　　其次，為了解決無(wú)軸承異步電機(jī)中由于機(jī)械式傳感器安裝所帶來(lái)的電機(jī)軸向體積和成本增大等問(wèn)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(wú)軸承異步電機(jī)無(wú)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(duì)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(wú)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(duì)轉(zhuǎn)速辨識(shí)帶來(lái)的影響，實(shí)現(xiàn)了無(wú)軸承異步電機(jī)在無(wú)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(wú)速度傳感器控制策略能夠在保證無(wú)軸承異步電機(jī)良好運(yùn)行的同時(shí)，還能對(duì)轉(zhuǎn)子電阻進(jìn)行準(zhǔn)確在線檢測(cè)，從而減小因轉(zhuǎn)子電阻變化對(duì)轉(zhuǎn)速帶來(lái)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(wú)軸承異步電機(jī)無(wú)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。