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一种新型磁悬浮电机解耦控制与转子位置检测研究

作　者: 李希南
导　师: 王凤翔
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电机与电器
关键词: 磁悬浮无轴承电机气隙检测人工心脏血泵电机
分类号: TM35
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
下　载: 273次
引　用: 2次
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内容摘要

磁悬浮无轴承电机定、转子既用于产生驱动力矩，同时又用于产生支撑转子的磁悬浮力，具有无机械磨损、噪音小、可高转速和体积小等特点，比较适用于人工心脏血泵电机。国内外都在积极从事人工心脏血泵电机及控制技术的研究，但仍处于实验室研究阶段，尚未制造出可置入人体内部的磁悬浮人工心脏血泵。围绕磁悬浮无轴承血泵电机的基本原理、磁悬浮力产生及其与电磁转矩的电磁解耦机理和转子位置的动态检测等方面，本文主要开展了如下的研究工作。首先，分析了磁悬浮无轴承电机的基本原理、特点和技术难点；分析了几种常用磁悬浮无轴承电机转子的结构及其对电机性能的影响；提出一种新型磁悬浮无轴承电机结构。分析了磁悬浮力产生的特点及电磁转矩与磁悬浮力的解耦控制机理。其次，分析了磁悬浮电机系统中常用的转子位置检测传感器的工作原理与特性；重点研究了涡流传感器的动、静态特性及其在磁悬浮无轴承电机转子动态位置检测中的应用；讨论了磁悬浮无轴承电机转子位置检测误差产生的原因及消除方法。论文的第三部分着重研究了新型磁悬浮无轴承电机的控制方法。分析了采用锁相环对电机转速进行闭环控制的原理；设计了磁悬浮力的模拟控制器并对磁悬浮血泵电机进行了实验研究；针对模拟控制系统存在的缺点，本文设计了一种数字控制系统。

全文目录

1 绪论  8-13
  1.1 磁悬浮电机的原理  8-9
  1.2 国内外对磁悬浮技术的研究现状  9-10
    1.2.1 国外的研究现状  9-10
    1.2.2 国内的研究现状  10
  1.3 磁悬浮人工心脏血泵电机的技术关键  10-11
  1.4 磁悬浮人工心脏血泵电机技术的意义  11
  1.5 课题的来源  11-12
  1.6 本论文的研究内容  12-13
2 一种新型磁悬浮无轴承电机的运行原理与解耦控制机理  13-33
  2.1 磁悬浮无轴承电机的原理及结构特点  13-19
    2.1.1 磁悬浮无轴承电机原理  13-14
    2.1.2 定子结构  14-15
    2.1.3 转子结构  15-17
      2.1.3.1 永磁体Halbach阵列  15-16
      2.1.3.2 几种常用的磁悬浮无轴承电机转子结构  16-17
    2.1.4 磁悬浮无轴承电机技术难点  17-18
    2.1.5 四种转子形式对电机性能的影响  18-19
  2.2 一种新型磁悬浮血泵电机的结构及工作原理  19-29
    2.2.1 新型磁悬浮血泵电机结构  19-20
    2.2.2 磁悬浮血泵电机结构的特殊性  20-22
    2.2.3 血泵电机转子径向磁悬浮力产生原理  22
    2.2.4 新型磁悬浮电机的工作原理  22-29
      2.2.4.1 电机的气隙磁导波  22-26
      2.2.4.2 永磁体产生的激磁磁场  26-27
      2.2.4.3 电机转矩绕组产生的旋转磁场  27-28
      2.2.4.4 径向悬浮力绕组产生的磁场  28-29
  2.3 新型磁悬浮血泵电机的解耦控制机理  29-32
    2.3.1 新型磁悬浮血泵电机的解耦控制机理  29-30
    2.3.2 新型磁悬浮血泵电机的径向磁悬浮力  30-32
      2.3.2.1 新型磁悬浮血泵电机的径向磁悬浮力  30-32
  2.4 本章总结  32-33
3 磁悬浮无轴承电机转子位置的动态检测研究  33-55
  3.1 磁悬浮无轴承电机中的位移传感器  33
  3.2 线性差动变压器(LVDT)位移传感器  33-39
    3.2.1 线性差动变压器式位移传感器原理  33-36
    3.2.2 差动变压器式位移传感器误差来源与消除  36-37
    3.2.3 LVDT在磁悬浮转子位置检测系统中的应用  37-39
  3.3 线性霍尔(L-Hall)元件集成式位移传感器  39-41
    3.3.1 L-Hall位移传感器的检测原理  39-40
    3.3.2 L-Hall位移传感器在转子位置检测中的应用  40-41
  3.4 涡流式位移传感器  41-47
    3.4.1 涡流式转子位置传感器的工作原理  41-42
    3.4.2 涡流式转子位置传感器的静态特性  42-43
    3.4.3 涡流式转子位置传感器的动态特性  43-46
    3.4.4 涡流传感器在使用中应注意的问题  46-47
  3.5 其他非接触位移传感器  47
  3.6 磁悬浮系统中转子位置检测误差及消除方法  47-54
    3.6.1 传感器探头与被检测物体的尺寸比例不协调  48-49
    3.6.2 传感器轴线与悬浮力绕组轴线不重合  49-50
    3.6.3 传感器轴线与悬浮力绕组轴线之间的坐标转换  50-54
  3.7 本章总结  54-55
4 磁悬浮无轴承血泵电机控制方法研究  55-80
  4.1 磁悬浮无轴承电机的控制系统  55
  4.2 磁悬浮无轴承电机模拟控制  55-61
    4.2.1 磁悬浮无轴承电机的速度控制  55-58
      4.2.1.1 ML4428的速度闭环原理  56
      4.2.1.2 ML4428模拟三相PWM控制器内部资源  56-58
    4.2.2 转子径向磁悬浮力的控制  58-61
      4.2.2.1 径向磁悬浮力控制器设计  58
      4.2.2.2 L292的原理框图  58-59
      4.2.2.3 转子位移双闭环控制  59-61
  4.3 磁悬浮无轴承电机模拟控制系统的实现  61-62
  4.4 磁悬浮无轴承电机模拟控制的实验研究  62-65
    4.4.1 转速控制特性的实验研究  62-64
    4.4.2 磁悬浮力控制的实验研究  64-65
  4.5 磁悬浮无轴承血泵电机数字控制系统  65-77
    4.5.1 磁悬浮无轴承血泵电机数字控制系统的实现  65-67
    4.5.2 PIC16C74B单片机功能简介  67
    4.5.3 数字三相交流正弦波发生器(SA4828)原理及功能  67-77
      4.5.3.1 SA4828内部框图及其关键管脚功能  68-69
      4.5.3.2 PIC16C74B对SA4828芯片的控制  69-70
      4.5.3.3 SA4828芯片初始化寄存器的功能及初始化编程  70-75
      4.5.3.4 SA4828芯片控制寄存器的功能及初始化编程  75-77
  4.6 数字控制系统的软件编程  77-79
  4.7 本章总结  79-80
5 全文总结  80-81
致谢  81-82
在攻读硕士学位期间参加的科研项目与发表的学术论文  82-83
参考文献  83-88
附录  88-89

一种新型磁悬浮电机解耦控制与转子位置检测研究

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