無軸承無刷直流電機控制技術研究及磁軸承設計.pdf

1、無軸承無刷直流電機除了具有無刷直流電機的優(yōu)點諸如運行效率高、調(diào)速性能好之外還具有磁軸承的優(yōu)點如無機械摩擦、無需潤滑、無污染、壽命長的特點,從而在化學化工、生命科學、能源交通、等高科技領域具有潛在應用前景。無軸承無刷直流電機是個非線性,高階,多變量的復雜系統(tǒng),傳統(tǒng)PID控制器對其控制不太理想,并且在實際應用中需要控制五個自由度上的運動,而無軸承無刷直流電機自身只能控制徑向兩個自由度上的運動,基于這個因為本文開展了由無軸承無刷直流電機,徑向

2、二自由度主動磁軸承和軸向磁軸承構成的五自由度無軸承無刷直流電機系統(tǒng)電機控制及徑向磁軸承研究,包括:無軸承無刷直流電機原理,數(shù)學模型,人工神經(jīng)網(wǎng)絡基本原理以及無軸承無刷直流電機BP神經(jīng)網(wǎng)絡。PID控制系統(tǒng)仿真實驗研究；設計了一個二自由度主動磁軸承并進行了Matlab和Ansoft分析,最后設計了五自由度無軸承無刷直流電機數(shù)字控制系統(tǒng)。具體如下：
　　 ⑴介紹了無軸承無刷直流電機的結構和工作原理以及無軸承無刷直流電機數(shù)學模型,然后闡

3、述了人工神經(jīng)網(wǎng)絡基本理論；在介紹生物神經(jīng)元模型的基礎上,引入了人工神經(jīng)元模型以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型,常用模型的類別,BP神經(jīng)網(wǎng)絡的學習規(guī)則和算法,BP算法的缺點與改進。
　　 ⑵針對傳統(tǒng)PID控制的不足,如要求被控對象可建立精確數(shù)學模型等；而無軸承無刷直流電機是個多變量,非線性,高階的復雜系統(tǒng),對其研究才起步,難以建立精確的數(shù)學模型。為了解決這一矛盾,利用神經(jīng)網(wǎng)絡不需要精確的數(shù)學模型,通過對系統(tǒng)特性學習,可以以任意精度逼近任意非線

4、性函數(shù)這一特點,將BP神經(jīng)網(wǎng)絡引入到其控制策略之中。本文介紹了BP神經(jīng)網(wǎng)絡的設計原則,并設計了無軸承無刷直流電機神經(jīng)網(wǎng)絡PID控制器,并在Matlab／Simulink中進行了仿真實驗,結果表明:轉(zhuǎn)矩響應快速,轉(zhuǎn)速上升很快,超調(diào)小,穩(wěn)態(tài)誤差小,轉(zhuǎn)子起浮后,很快穩(wěn)定在中心位置,懸浮穩(wěn)定。
　　 ⑶為了后續(xù)實驗進行即五自由度無軸承無刷直流電機樣機實驗研究,設計了一個二自由度主動磁軸承,給出了其結構參數(shù)并利用Matlab,Ansoft