无轴承异步电动机运行控制的研究

摘要

无轴承电机是一种集旋转和悬浮功能于一体的新型的高速电机。自从20世纪90年代提出以来,逐渐成为交流电机领域研究的一个新热点。由于无轴承异步电机具有易于弱磁、结构简单、可靠性高等特点,成为研究最早、最多的类型之一。
　　 本文介绍了无轴承异步电机的工作原理,建立了二自由度的无轴承异步电机的数学模型。对传统的直接转矩控制系统和空间电压矢量调制直接转矩(SVM-DTC)控制系统进行对比,给出了控制系统的结构框图。搭建了SVM-DTC控制系统的simulink仿真模型,根据仿真结果,分析了系统的动静态特性。重点是采用了无速度传感技术,基于模型参考自适应的方法进行速度辨识,给出了具体的方案并进行仿真,验证该方法的可行性。在无轴承异步电机进行原理分析的基础上,可知无轴承异步电机是依靠悬浮绕组作用影响转矩绕组气隙磁场的分布,进而产生麦克斯韦力,实现转子得稳定悬浮。两套绕组之间的相互作用,决定了无轴承异步电机是一个多变量强耦合的非线性系统,因此不仅要求其控制系统能够完成复杂的解耦运算,而且要有很强的实时运算能力。数字控制部分是基于TMS320F2812 DSP及Xilinx公司的XC9500系列的CPLD设计,包括基本的硬件电路的设计和软件部分主要的流程。硬件部分给出了主电路和部分控制电路的设计模块,软件部分介绍了控制系统主程序和中断子程序,以及初始化和功能A／D转换子程序的流程图。实验结果表明:无轴承异步电机在SVM—DTC控制系统下具有良好的动静态特性,基于模型参考自适应方法下进行的速度辨识,既能满足实时性的要求,也能较好的辨识精度。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 无轴承电机的概述

1.1.1 研究背景

1.1.2 国内外的发展及研究概况

1.2 无轴承电机的工业应用及发展趋势

1.2.1 工业应用

1.2.2 发展趋势

1.3 论文研究的主要内容

第二章 无轴承异步电机的基本理论

2.1 无轴承异步电机的基本原理

2.2 无轴承电机悬浮机理

2.2.1 洛伦兹力

2.2.2 麦克斯韦力

2.3 无轴承异步电机的数学模型

2.3.1 转矩绕组数学模型

2.3.2 转子偏心时的不平衡拉力

2.3.3 悬浮绕组的数学模型

2.4 小结

第三章 无轴承异步电机SVM-DTC的研究

3.1 直接转矩控制的基本结构

3.2 逆变器与空间电压矢量

3.3 传统的直接转矩控制的基本原理

3.3.1 定子磁链滞环控制

3.3.2 电磁转矩滞环控制

3.3.3 定子磁链扇区的判断

3.3.4 电压矢量表的选择

3.4 SVM-DTC控制方案

3.4.1 参考矢量的生成

3.4.2 空间电压矢量的调制

3.4.3 SVM-DTC仿真的研究

3.5 小结

第四章 无轴承异步电机无速度传感技术的研究

4.1 概述

4.2 模型参考自适应系统设计的基本理论

4.3 无速度传感技直接转矩控制系统

4.3.1 基于无功功率的模型参考自适应系统

4.3.2 仿真

4.4 小结

第五章 二自由度无轴承异步电机数字控制系统实现

5.1 主要芯片的介绍

5.1.1 TMS320F2812DSP的特点及结构

5.1.2 复杂可编程逻辑芯片(CPLD)

5.2 硬件设计

5.2.1 转矩绕组的主电路的设计

5.2.2 悬浮绕组的主电路的设计

5.2.3 DSP外围电路的设计

5.2.4 检测电路的设计

5.3 软件设计

5.3.1 系统主程序的设计

5.3.2 中断服务程序的设计

5.3.3 速度辨识的子程序的设计

5.3.4 悬浮绕组控制的子程序设计

5.3.5 功能子模块程序的构建

5.4 小结

第六章 论文总结与工作展望

6.1 论文的主要研究工作

6.2 研究工作的展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的文章

攻读硕士学位期间参加的科研项目