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无轴承电机悬浮控制系统研究

作　者: 陈冲
导　师: 葛研军
学　校: 大连交通大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 无轴承电机 磁场定向控制 U-Ⅰ模型 悬浮控制系统
分类号: TM306
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 61次
引　用: 1次
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内容摘要


无轴承电机(Bearingless Motor)集旋转驱动与径向悬浮于一体,是一种能够同时实现旋转与悬浮的新型电机,目前因其广泛的应用前景已成为高速交流传动领域一个新的研究热点。本文以无轴承电机作为研究对象,建立转子偏心情况下的无轴承电机数学模型,研究了气隙磁场定向的无轴承电机位移悬浮系统控制策略。分析了悬浮控制耦合原因,并提出相应解决方案。最后搭建了无轴承电机悬浮控制系统。主要工作包括：(1)在国内外无轴承电机研究进展和发展现状的基础上,根据无轴承电机的悬浮机理,建立了转子偏心情况下悬浮力的数学模型,为控制系统设计提供了理论依据。(2)针对无轴承电机电磁转矩和悬浮力强耦合特性,研究了基于气隙磁场定向控制的无轴承电机控制策略和U-I磁链观测模型辨识气隙磁场的悬浮控制系统控制,推导出悬浮解耦算法公式,建立了悬浮绕组独立控制策略,实现了转矩控制绕组和悬浮控制绕组在控制策略上的相互独立。(3)针对基于U-I模型的悬浮绕组独立控制策略,利用MATLAB工具建模仿真,仿真结果能够很好的验证了该控制策略的有效性。(4)本文采用了基于TMS320LF2407A DSP数字信号处理器为核心的悬浮控制系统,为实现无轴承电机悬浮控制提供了可靠的实验条件。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章 绪论  9-13
  1.1 课题研究的背景及意义  9-10
  1.2 无轴承电机的发展及研究现状  10-12
    1.2.1 无轴承电机悬浮控制系统发展  10-11
    1.2.2 无轴承电机研究现状  11-12
  1.3 论文主要内容及章节如下  12-13
第二章 无轴承电机的基本原理  13-19
  2.1 无轴承电机悬浮原理  13-15
    2.1.1 无轴承电机受力分析  13-14
    2.1.2 可控悬浮力的产生  14-15
  2.2 无轴承电机数学模型  15-18
    2.2.1 坐标系与坐标转换  15-17
    2.2.2 径向悬浮力的基本方程  17-18
  本章小结  18-19
第三章 无轴承电机悬浮控制策略  19-31
  3.1 悬浮系统PID控制  19-25
    3.1.1 PID控制原理与特点  19-20
    3.1.2 悬浮系统PID控制  20-25
  3.2 经典的几种解耦方法  25
  3.3 基于气隙磁链辨识的悬浮绕组控制策略  25-29
    3.3.1 气隙磁场定向控制  25-28
    3.3.2 气隙磁链辩识U-I模型法  28-29
    3.3.3 基于U-I模型悬浮绕组控制系统  29
  本章小结  29-31
第四章 电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)  31-40
  4.1 电压空间矢量SVPWM技术的基本原理  32-33
  4.2 电压型PWM逆变器的数学模型  33-35
  4.3 空间矢量作用时间的推导  35-37
  4.4 扇区判断  37
  4.5 计算矢量的切换点及SVPWM波的生成  37-38
  本章小结  38-40
第五章 无轴承电机悬浮控制系统  40-58
  5.1 悬浮控制系统硬件结构  40-41
  5.2 硬件模块  41-55
    5.2.1 主控核心模块  41-43
    5.2.2 IPM驱动及保护模块  43-51
    5.2.3 电流位移采样模块  51-55
  5.3 DSP软件编程  55-57
    5.3.1 主程序模块  56
    5.3.2 控制算法子程序模块  56-57
  本章小结  57-58
第六章 无轴承电机悬浮控制系统仿真及实验  58-69
  6.1 MATLAB仿真工具简介  58-60
  6.2 无轴承电机悬浮控制系统仿真模型  60-65
    6.2.1 SVPWM仿真模型  60-63
    6.2.2 U-I仿真模型  63-64
    6.2.3 悬浮力计算模块  64-65
    6.2.4 坐标变换模块  65
  6.3 仿真结果及其分析  65-66
    6.3.1 仿真结果  65-66
    6.3.2 仿真结果分析  66
  6.4 实验  66-68
  本章小结  68-69
结论和展望  69-70
参考文献  70-72
攻读硕士学位期间发表的学术论文  72-73
致谢  73

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 一般性问题 > 电机试验、运行
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