永磁型無(wú)軸承電機(jī)系統(tǒng)的無(wú)傳感器運(yùn)行研究.pdf

1、永磁型無(wú)軸承電機(jī)系統(tǒng)的無(wú)傳感器運(yùn)行，是永磁型無(wú)軸承電機(jī)研究中需要探索的新命題，這對(duì)無(wú)軸承電機(jī)實(shí)現(xiàn)低成本、實(shí)用化的研究具有重要實(shí)際意義。本文進(jìn)行了適合于無(wú)傳感器運(yùn)行的永磁型無(wú)軸承電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究，建立了永磁型無(wú)軸承電機(jī)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(jì)與控制。針對(duì)永磁型無(wú)軸承電機(jī)的無(wú)位置/速度傳感器的運(yùn)行及無(wú)徑向位移傳感器運(yùn)行進(jìn)行了深入的理論研究及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 論文主要工作包括：

2、 一、分析了永磁型無(wú)軸承電機(jī)的基本工作原理。對(duì)永磁型無(wú)軸承電機(jī)的本體設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，提出了永磁體內(nèi)插式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的無(wú)軸承電機(jī)方案，其性能滿足懸浮運(yùn)行與控制要求，還為研究無(wú)位置、無(wú)位移傳感器運(yùn)行創(chuàng)造了條件。建立了計(jì)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(jī)理，并通過(guò)有限元磁場(chǎng)分析方法實(shí)現(xiàn)了可控懸浮力和單邊磁拉力計(jì)算中的計(jì)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(kuò)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(jìn)行了電磁軸承的設(shè)計(jì)并得到了電流剛度和位移剛度等控制參數(shù)。設(shè)計(jì)了一種性能優(yōu)良的雙向三電平PWM開(kāi)關(guān)功放，實(shí)現(xiàn)了永磁偏置徑/軸向電磁軸承的懸浮系統(tǒng)運(yùn)行。 三、建立了由永磁型無(wú)軸承電機(jī)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(dòng)力學(xué)模型。為提高永磁型無(wú)軸承電機(jī)的懸浮性能，采用混合靈敏度的H∞魯棒控制方法設(shè)計(jì)了懸浮力系統(tǒng)控制器。研究結(jié)果表明，所

4、設(shè)計(jì)的控制器性能優(yōu)良，對(duì)外部擾動(dòng)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(cè)器法和低速下采用脈動(dòng)高頻信號(hào)注入法的轉(zhuǎn)子位置自檢測(cè)復(fù)合方法，以實(shí)現(xiàn)永磁型無(wú)軸承電機(jī)無(wú)位置傳感器運(yùn)行。該方法在低速采用高頻信號(hào)注入法確保了轉(zhuǎn)子位置和速度的檢測(cè)精度，高速采用自適應(yīng)滑模觀測(cè)器方法保證了系統(tǒng)響應(yīng)的快速性及對(duì)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(shí)驗(yàn)研究表明，轉(zhuǎn)子位置自檢測(cè)復(fù)合方法能夠在全速范圍內(nèi)有效檢測(cè)出轉(zhuǎn)子

5、的空間位置和速度，實(shí)現(xiàn)無(wú)傳感器方式的穩(wěn)定懸浮運(yùn)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(lì)信號(hào)以同時(shí)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子徑向位移信號(hào)和位置/速度信號(hào)提取的新方法。通過(guò)理論分析和電磁場(chǎng)計(jì)算證明，該方法能有效地檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置/速度和位移信號(hào)，并能精確地實(shí)現(xiàn)位移檢測(cè)出信號(hào)在水平、垂直方向的解耦。 五、設(shè)計(jì)了基于TMS320F2812數(shù)字信號(hào)處理器的全數(shù)字控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)永磁型無(wú)軸承電機(jī)系統(tǒng)無(wú)傳感器運(yùn)行研究提供了