磁悬浮开关磁阻电机非理想状态的数学模型及解耦控制

论文摘要

磁悬浮开关磁阻电机将径向力控制绕组和电枢绕组叠绕于电机定子中,不占用额外的轴向空间,同时具备旋转和悬浮功能。其不仅具有磁轴承电机的优点,而且同时具备轴向利用率高、体积小和功耗低的特点。因此,开展磁悬浮开关磁阻电机的研究,对推动磁悬浮电机应用于数控机床、工业机器人、航空航天和特种电气传动等高技术领域,提高我国经济实力,具有重要的实践意义。由于磁悬浮开关磁阻电机旋转绕组和悬浮绕组之间存在着十分复杂的电磁耦合关系,且工作时容易出现磁饱和及转子偏心等非理想线性状态,因此精确数学模型求取及悬浮力与转矩的解耦控制非常复杂。本文首先利用Ansoft/maxwell-2D建立了磁悬浮开关磁阻电机的有限元模型,分析了其电磁力特性。然后基于麦克斯韦应方法为非理想状态的磁悬浮开关磁阻电机建立了数学模型。接着按是否磁饱和将电机的工作状态分为线性区和非线性区进行控制,采用白切换神经网络逆系统实现了解耦。由一个模块在线判断电机的工作状态并在对应于线性区和非线性区的两个神经网络逆系统之『白J进行切换。最后对复合伪线性系统进行了PID综合,且利用仿真试验对该方法的有效性进行了验证。可以克服已有基于理想无磁饱和假设的建模及解耦方法对磁悬浮开关磁阻电机工作状态变化考虑不足的缺陷,改善解耦及控制效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 磁悬浮开关磁阻电机研究现状
• 1.2 磁悬浮开关磁阻电机的应用前景
• 1.3 磁悬浮开关磁阻电动机的研究热点及难点
• 1.4 本课题的研究内容及其意义
• 第2章 磁悬浮开关磁阻电机的机械结构
• 2.1 磁悬浮电机的特点
• 2.2 磁悬浮电机的结构形式
• 2.3 五自由度BSRM的机械结构
• 第3章 磁悬浮开关磁阻电机的运行机理
• 3.1 开关磁阻电机的运行机理
• 3.2 磁悬浮开关磁阻电机的轴向悬浮
• 3.2.1 电磁型轴向磁轴承工作原理
• 3.2.2 混合型轴向磁轴承工作原理
• 3.2.3 轴向-径向磁轴承工作原理
• 3.3 磁悬浮开关磁阻电机的径向悬浮
• 3.3.1 径向磁轴承的工作原理
• 3.3.2 磁悬浮开关磁阻电机的径向悬浮原理
• 第4章 磁悬浮开关磁阻电机的麦克斯韦应力
• 4.1 麦克斯韦应力法原理
• 4.2 气隙磁密计算
• 4.3 磁悬浮开关磁阻电机的径向力与转矩模型
• 4.4 磁悬浮开关磁阻电机数学模型的有限元验证
• 4.4.1 基本假设
• 4.4.2 矢量磁势方程
• 4.4.3 磁势函数边值
• 4.4.4 有限元法求解
• 4.4.5 有限元仿真及验证
• 第5章 磁悬浮开关磁阻电机的自切换神经网络逆解祸控制
• 5.1 逆系统方法
• 5.1.1 逆系统的定义
• 5.1.2 伪线性复合系统
• 5.1.3 系统的相对阶及可逆性
• 5.1.4 伪线性系统的闭环综合
• 5.2 神经网络逆系统
• 5.3 磁悬浮开关磁阻电机的电磁力特性分析
• 5.4 磁悬浮开关磁阻电机的神经网络逆解耦控制
• 5.4.1 可逆性分析
• 5.4.2 自切换神经网络逆解耦控制
• 5.4.3 仿真结果及分析
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 可逆性分析附录
• 致谢