无轴承异步电动机非线性动态解耦控制的研究

摘要

无轴承电机是一种集驱动和自悬浮功能于一体的新型高速电机。该电机自20世纪90年代提出以来，目前已逐步成为交流电机领域一个新的研究热点。由于无轴承电机从根本上改变了传统的轴承或磁轴承支撑形式，除具有传统磁轴承电机无磨损、无润滑、无粉尘等特点以外，在空间利用率、电磁效应等方面都有所提高，在能源交通、航空航天、机械工业、生物化工及机器人等领域都具有广泛的应用前景。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。
　　 无轴承异步电机是一个多变量、强耦合、非线性的复杂系统，本文重点开展了无轴承异步电机的基础理论和解耦控制的研究，建立了基于转子磁场定向的无轴承异步电机的数学模型，分析了该模型的可逆性，并用α阶逆系统和神经网络逆系统方法对该模型进行动态解耦控制，具体内容：
　　 首先，在深入分析了无轴承异步电机基本原理的基础上，推导了无轴承异步电机的旋转力和径向悬浮力方程，并建立了基于转子磁场定向的无轴承异步电机的状态方程。
　　 其次，根据状态方程分析出系统为可逆之后，针对无轴承异步电机这个多变量、强耦合、非线性的被控系统，采用α阶逆系统和神经网络逆系统两种方法对基于转子磁场定向的无轴承异步电机进行动态解耦控制，把构造出的解析逆系统与原控制系统复合，使无轴承异步电机系统解耦成转子位置、磁链和转速四个相互独立的伪线性子系统，并选用鲁棒伺服调节器对系统进行闭环控制，完成对解耦后复合成的伪线性子系统的综合。最后利用MATLAB对以上方法进行了仿真，仿真结果验证了以上方法具有良好的动态解耦特性。
　　 最后，设计了无轴承异步电机的数字系统控制结构，介绍了组成硬件系统的主要功能模块，并给出了数字控制系统主要的软件功能结构图，为系统实验奠定了理论基础。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号注释表

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2无轴承电机的发展概况

1.2.1发展概述

1.2.2国内外发展现状

1.2.3无轴承电机的发展趋势

1.3非线性系统解耦控制的发展现状及主要方法

1.3.1非线性系统解耦控制的发展现状

1.3.2非线性系统解耦控制的主要方法

1.4本文主要研究内容

第二章无轴承异步电机的基本理论

2.1引 言

2.2无轴承异步电机的基本原理

2.2.1洛伦磁力

2.2.2麦克斯韦力

2.2.3可控悬浮力的产生

2.3无轴承异步电机的数学模型

2.3.1旋转运动基本方程式

2.3.2径向悬浮力

2.3.3转子偏心时的不平衡磁拉力

2.3.4悬浮子系统的运动方程

2.4本章小结

第三章基于转子磁场定向的无轴承异步电机的逆系统解耦控制

3.1引 言

3.2逆系统解耦控制方法

3.2.1逆系统的定义

3.2.2伪线性复合系统

3.2.3系统可逆性判别

3.2.4右逆系统的综合算法

3.3无轴承异步电机的解耦控制

3.3.1可逆性分析

3.3.2线性闭环控制器的设计

3.3.3控制子系统综合框图

3.3.4仿真研究

3.4本章小结

第四章基于转子磁场定向的无轴承异步电机的神经网络逆系统解耦控制

4.1引 言

4.2无轴承异步电机的神经网络逆解耦控制

4.2.1神经网络逆解耦方法的特点

4.2.2神经网络结构的确定和逆系统的辨识

4.2.3神经网络逆解耦控制系统仿真

4.3本章小结

第五章无轴承异步电机数字控制系统的研究

5.1引 言

5.2 TMS320SF2812DSP结构性能概述

5.3基于DSP的数字控制系统硬件结构

5.3.1无轴承异步电机功率变换电路设计

5.3.2电流检测电路

5.3.3转速检测电路

5.3.4位移检测电路

5.3.5磁链检测

5.3.6保护电路

5.4数字控制系统软件构成

5.4.1主程序构成及程序流程图

5.4.2中断子程序构成及程序流程图

5.5本章小结

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

攻读硕士期间发表的论文