论文题目: 无轴承异步电机基本控制策略研究与实现
论文类型: 博士论文
论文专业: 电力电子与电力传动
作者: 王晓琳
导师: 严仰光,邓智泉
关键词: 磁悬浮,无轴承异步电动机,磁场定向控制,悬浮子系统独立控制,气隙磁场测量,数字控制系统
文献来源: 南京航空航天大学
发表年度: 2005
论文摘要: 无轴承电机作为一种集驱动与自悬浮功能于一体的新型磁悬浮电机,除具有传统磁轴承电机无磨损、无润滑、无粉尘等特点以外,由于悬浮控制绕组与转矩控制绕组同时叠绕在定子槽内,并以转矩控制绕组的旋转磁场作为产生悬浮力的偏置磁场,因此,在空间利用率、电磁效率等方面均有所提高。本文以无轴承异步电机作为研究对象,建立转子偏心情况下的无轴承异步电机数学模型,研究了基于磁场定向的无轴承异步电机系统、悬浮子系统独立控制策略以及利用探测线圈分别测量两套绕组气隙磁场的方法,分析了悬浮控制耦合原因,并提出相应解决方案。最后设计了全数字化控制系统,实现了无轴承异步电机多种控制策略下的稳定悬浮。主要工作包括: 通过推导无轴承异步电机绕组电感系数矩阵,建立了转子偏心情况下电磁转矩和悬浮力较为精确的数学模型,为控制系统设计提供了理论依据。 针对无轴承异步电机电磁转矩和悬浮力强耦合特性,研究了基于转矩控制绕组气隙磁场定向控制的无轴承异步电机控制策略。为解决气隙磁场定向控制最大转矩限制和非线性机械特性等问题,本文在以往基于转矩控制绕组转子磁场定向控制的无轴承异步电机系统基础上进行了改进:通过转子磁链和定子电流来辩识出悬浮控制所需的气隙磁链值。实验和仿真结果表明实验样机具有良好的动、静态性能。 研究基于探测线圈测量或 U-I 磁链观测模型辨识气隙磁场的悬浮子系统独立控制,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。分析了利用探测线圈分别测量转矩控制绕组和悬浮控制绕组气隙磁链的一般规律,在研究均匀位置法和典型位置法两种经典测量法之后,提出了新的具有普遍意义的解析方法,并实现了最小探测线圈数测量气隙磁链。实验结果证明了所述方案的有效性。 分析了悬浮控制中造成悬浮力偏差的主要因素,并提出了解决方案。通过改变位置调节器 PID 参数和增加相位补偿环节,在一定程度上可以消除悬浮控制绕组转子感应电流、控制系统延时和数字滤波器对悬浮控制性能的影响;利用磁链跟踪逆变器取代电流跟踪逆变器控制悬浮控制绕组,也可以消除悬浮控制绕组转子感应电流引起的悬浮力耦合影响。最后给出了实验结果和分析。 本文设计了基于 TMS320LF2407A 双数字信号处理器为核心的数字控制系统,为实现无轴承异步电机悬浮控制提供了可靠的实验条件。
论文目录:
第1章 绪论
1.1 无轴承电机研究背景
1.2 无轴承电机发展概况
1.3 无轴承电机研究方向
1.4 课题意义和本文研究内容
第2章 无轴承异步电机数学模型
2.1 无轴承异步电机绕组结构
2.2 磁链方程和电感矩阵
2.3 电磁转矩
2.4 无轴承异步电机悬浮原理
2.5 悬浮力表达式
2.6 总结
第3章 基于磁场定向控制的无轴承异步电机系统
3.1 磁场定向控制基本方程
3.2 转矩控制绕组气隙磁场定向控制
3.2.1 气隙磁场定向控制数学模型和系统框图
3.2.2 气隙磁场定向控制时的电磁转矩特性分析
3.3 转矩控制绕组转子磁场定向控制
3.3.1 转子磁场定向控制数学模型和系统框图
3.3.2 两种磁场定向控制的比较
3.4 实验与分析
3.5 总结
第4章 悬浮子系统独立控制
4.1 悬浮子系统独立控制悬浮力表达式
4.2 探测线圈测量法
4.2.1 基本原理
4.2.2 均匀位置法
4.2.3 典型位置法
4.2.4 解析法
4.2.5 悬浮控制子系统
4.3 U-I 磁链观测模型辨识法
4.4 实验与分析
4.4.1 探测线圈测量法
4.4.2 磁链观测器辨识法
4.5 总结
第5章 悬浮控制耦合问题分析
5.1 悬浮控制绕组转子电流的影响
5.2 数字控制系统时间延迟问题
5.3 数字滤波环节影响
5.4 校正环节设计
5.4.1 位置调节器系数补偿法
5.4.2 直接补偿法
5.4.3 磁链跟踪逆变器
5.5 实验与分析
5.6 总结
第6章 无轴承异步电机控制系统实现
6.1 基于TM5320LF2407A 的数字控制系统
6.1.1 模数采样电路和数模转换显示电路
6.1.2 双机通讯
6.2 控制系统软件设计
6.2.1 离散和采样周期设计
6.2.2 转速转角计算
6.2.3 数字滤波器实现
6.2.4 高精度非线性运算
6.3 总结
第7章 全文总结与展望
7.1 本文的主要工作和创新点
7.2 需作进一步研究的工作
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的主要论文以及得奖情况
发布时间: 2005-07-08
参考文献
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