磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)用軸向徑向磁軸承

針對高速磁懸浮電機(jī)電磁軸承采用固定偏置電流導(dǎo)致功耗較大問題,在控制電流采用pid控制基礎(chǔ)上,介紹了一種變偏置電流減小電磁軸承功耗的控制方法。推導(dǎo)出電磁軸承功耗與偏置電流關(guān)系,結(jié)合約束條件,得到最低功耗時偏置電流關(guān)于轉(zhuǎn)子位移偏差的函數(shù)表達(dá)式。為了提高系統(tǒng)快速響應(yīng)能力,在實(shí)際應(yīng)用中對偏置電流函數(shù)表達(dá)式進(jìn)行近似線性化處理。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該方法既能保證磁懸浮軸承系統(tǒng)穩(wěn)定起浮,同時靜態(tài)懸浮和降速過程中降低軸承線圈銅耗達(dá)94%,電機(jī)轉(zhuǎn)頻達(dá)700hz時降低軸承鐵耗約為74%,降低功耗效果明顯。

針對磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)問題,提出一種基于最小二乘支持向量機(jī)與粒子群優(yōu)化算法的電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。采用三維有限元仿真建立樣本空間,構(gòu)建懸浮力、電磁轉(zhuǎn)矩與繞組間互感的最小二乘支持向量機(jī)非參數(shù)模型;并基于該非參數(shù)模型,選擇滿足額定電磁轉(zhuǎn)矩為約束條件,懸浮力最大且繞組間互感最小為優(yōu)化目標(biāo),采用粒子群優(yōu)化算法獲取電機(jī)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。仿真結(jié)果表明:最小二乘支持向量機(jī)非參數(shù)模型精確度高,采用該優(yōu)化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)具有懸浮承載力強(qiáng)、耦合小、易于控制的優(yōu)點(diǎn),并且該優(yōu)化設(shè)計(jì)方法算法簡單、操作方便。

對一種異極性徑向磁軸承進(jìn)行了研究,該型磁軸承由于永磁磁極未有主動控制,導(dǎo)致位移副剛度增大,降低了磁軸承的懸浮性能。對參數(shù)進(jìn)行比較分析,根據(jù)比較結(jié)果優(yōu)化設(shè)計(jì)軸承參數(shù),降低永磁磁極對懸浮性能的影響。設(shè)計(jì)了徑向懸浮力400n的原理樣機(jī),進(jìn)行了二維仿真分析,結(jié)果表明,性能分析正確,參數(shù)優(yōu)化合理,磁軸承懸浮性能優(yōu)良。

研究了一種六極異極性徑向永磁偏置磁懸浮軸承,介紹了其結(jié)構(gòu)及工作原理。通過坐標(biāo)變換的方法將徑向的懸浮力解耦,并推導(dǎo)了它與電流以及位移之間的函數(shù)關(guān)系。提出了根據(jù)各方向最小承載力最大來設(shè)計(jì)該磁懸浮軸承偏置磁場的原則。通過電磁場有限元軟件對該磁懸浮軸承的懸浮力進(jìn)行了仿真驗(yàn)算,仿真結(jié)果表明,在一定范圍內(nèi)x、y方向的懸浮力具有較好的線性特征,x方向的線性范圍大于y方向的線性范圍。仿真結(jié)果與計(jì)算結(jié)果的對比表明,按照等效磁路法計(jì)算出的電流剛度與仿真結(jié)果較為接近,平均誤差小于3%,而位移剛度則略大于仿真結(jié)果。

針對磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)這一多變量、非線性、強(qiáng)耦合系統(tǒng)解耦控制時逆動力學(xué)模型難以獲取的問題,提出一種基于最小二乘支持向量機(jī)的逆動力學(xué)建模與解耦控制方法。介紹磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)工作原理,給出懸浮力和轉(zhuǎn)矩的動力學(xué)模型,分析模型的可逆性。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合最小二乘支持向量機(jī)擬合與逆模解耦線性化特點(diǎn),研究磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)的最小二乘支持向量機(jī)逆動力學(xué)建模與解耦控制方法,給出逆動力學(xué)建模與優(yōu)化過程,設(shè)計(jì)前饋和反饋環(huán)節(jié)對系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)合控制。仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:逆動力學(xué)模型實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的解耦線性化,復(fù)合控制系統(tǒng)具有良好的動態(tài)和靜態(tài)性能。

永磁懸浮軸承由于結(jié)構(gòu)簡單且不需要復(fù)雜的位置控制系統(tǒng)而具有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用價值?；谟来挪牧系木€性退磁曲線,通過對雙永磁環(huán)的磁路分析,利用間隙磁導(dǎo)的擬合計(jì)算公式,采用虛功原理法得到雙永磁環(huán)軸向靜態(tài)磁力的解析模型,該解析模型可以計(jì)算不同內(nèi)外徑的雙永磁環(huán)懸浮軸承的軸向靜態(tài)承載力,并設(shè)計(jì)了測量雙永磁環(huán)間隙與磁力關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,永磁環(huán)磁力解析模型的計(jì)算值和實(shí)測值吻合較好,該方法能較好的計(jì)算出雙永磁環(huán)懸浮軸承的靜態(tài)承載力。

提出一種12/8磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī),首先對其工作原理進(jìn)行介紹,說明該種電機(jī)產(chǎn)生的徑向力能夠?qū)崿F(xiàn)軸承的懸浮?；谔摴Ψń⒘似鋢軸方向和y軸方向上徑向力的數(shù)學(xué)模型,并通過解析法與有限元法計(jì)算結(jié)果的對比,證明所建立數(shù)學(xué)模型的正確性。重點(diǎn)對于在不考慮轉(zhuǎn)子偏心位置和考慮轉(zhuǎn)子偏心的情況下的電機(jī)特性進(jìn)行分析,磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)的徑向力具有線性的特性并且獨(dú)立于轉(zhuǎn)矩電流,因此轉(zhuǎn)矩和徑向力的解耦控制可以實(shí)現(xiàn)。

磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)(bsrm)的電感矩陣是電機(jī)建模的基礎(chǔ),本文提出了基于最小二乘支持向量機(jī)(ls-svm)的電機(jī)電感辨識建模方法。首先通過對bsrm電感特性的有限元分析,獲得各參數(shù)對電感的影響規(guī)律,然后結(jié)合lssvm在有限樣本數(shù)據(jù)下對高維非線性的逼近能力,離線建立bsrm各種運(yùn)行工況下的電感模型。另外在建模中,針對ls-svm超參數(shù)選取問題,采用粒子群優(yōu)化算法(pso)對其進(jìn)行自動尋優(yōu),以提高電感模型精度。最后通過對比仿真研究,表明pso-ls-svm模型能夠準(zhǔn)確反映電機(jī)磁飽和下的電感特性,這為bsrm磁飽和模型的構(gòu)建奠定了基礎(chǔ)。

為探索磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)高性能無傳感器控制,研究了一種基于最小二乘支持向量機(jī)的轉(zhuǎn)子位移/位置觀測器設(shè)計(jì)方法。該方法在對磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行狀態(tài)空間變換的基礎(chǔ)上,采用最小二乘支持向量機(jī)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子位移/位置觀測器。闡述了觀測器設(shè)計(jì)原理,對觀測器的穩(wěn)定性進(jìn)行分析,給出了觀測器離線訓(xùn)練和在線學(xué)習(xí)的實(shí)施步驟。最后通過仿真和實(shí)驗(yàn)對所提方法進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)觀測器具備較好的觀測效果,能夠?qū)崟r準(zhǔn)確地觀測出轉(zhuǎn)子位移和位置,從而可實(shí)現(xiàn)無傳感器控制。

利用有限元方法分析軸向電磁軸承的磁場分布情況,通過變換軸承定子結(jié)構(gòu)參數(shù),計(jì)算出線槽形狀變化而產(chǎn)生的不同電磁力,分析電磁力的變化規(guī)律,并得出相關(guān)結(jié)論,對軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。

磁懸浮開關(guān)磁阻電動機(jī)結(jié)合了開關(guān)磁阻電動機(jī)和磁軸承的特點(diǎn),通過電磁力控制轉(zhuǎn)子徑向位置。分析了磁懸浮開關(guān)磁阻電動機(jī)懸浮力和旋轉(zhuǎn)力的產(chǎn)生原理?；陂_關(guān)磁阻電動機(jī)轉(zhuǎn)子的四個特殊位置,利用二維有限元方法分析了轉(zhuǎn)子位于中心位置與有徑向偏心時的電機(jī)內(nèi)部磁場,給出了磁場分布圖、徑向懸浮力與徑向偏心矩的關(guān)系曲線、旋轉(zhuǎn)力與徑向偏心矩的關(guān)系曲線,為進(jìn)一步描述磁懸浮開關(guān)磁阻電動機(jī)懸浮力與旋轉(zhuǎn)力的模型提供了依據(jù)。

日前，斯凱孚（skf）獲得了—份為沈陽鼓風(fēng)饑集團(tuán)股份有限公司提供s2m磁懸浮軸承系統(tǒng)的合同。

日前，斯凱孚（skf）獲得了—份為沈陽鼓風(fēng)饑集團(tuán)股份有限公司提供s2m磁懸浮軸承系統(tǒng)的合同。skf為沈鼓提供的磁浮軸承系統(tǒng)將采用一種經(jīng)實(shí)地驗(yàn)證的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)在全球范圍內(nèi)廣泛用于天然氣管道壓縮機(jī)。s2m磁懸浮軸承可確保轉(zhuǎn)子控制完全符合磁懸浮軸承的國際標(biāo)準(zhǔn)（iso14839,api617）。

為了建立橫向磁場直線開關(guān)磁阻電機(jī)(transversefluxlinearswitchedreluctancemotors,tflsrm)的解析數(shù)學(xué)模型,首先分析tflsrm的結(jié)構(gòu)和磁路特點(diǎn),建立tflsrm的磁路等效模型,采用直線磁路和變橢圓系數(shù)的橢圓形磁路分割法推導(dǎo)等效磁路的氣隙磁導(dǎo)解析式,確定以磁導(dǎo)表示的繞組電感和磁鏈,建立了推力和法向力的數(shù)學(xué)模型。有限元分析結(jié)果驗(yàn)證了所建數(shù)學(xué)模型的正確性,利用該模型分析了改變次級極寬和氣隙長度對電機(jī)推力和法向力的影響,半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所建模型的有效性。

無軸承電機(jī)懸浮磁路控制的研究

提出了五自由度磁懸浮開關(guān)磁阻電動機(jī)通過使用有限元軟件ansoft來計(jì)算懸浮驅(qū)動電流的方法。介紹了一種五自由度磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu),分析了三自由度磁軸承的工作原理和二自由度磁懸浮開關(guān)磁阻電動機(jī)的懸浮原理,接著采用ansoft軟件對磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)進(jìn)行有限元分析計(jì)算,得出懸浮驅(qū)動電流曲線,從而實(shí)現(xiàn)了通過有限元分析計(jì)算代替?zhèn)鹘y(tǒng)的以研究控制對象數(shù)學(xué)模型為主的研究方法。該方法對磁懸浮一類電動機(jī)的懸浮控制研究有一定的意義。

為了解決延時引起的磁軸承系統(tǒng)穩(wěn)定裕度下降問題,針對磁軸承開關(guān)功率放大器中存在的固有延時和可變延時進(jìn)行了研究,提出了一種利用干擾觀測器(disturbanceobserver,dob)理論的時間延時補(bǔ)償方法。該方法將開關(guān)功率放大器中產(chǎn)生的延時作為擾動項(xiàng)等效到輸入端,并構(gòu)造相應(yīng)的干擾觀測器模型對擾動項(xiàng)進(jìn)行估計(jì),實(shí)現(xiàn)對磁軸承開關(guān)功率放大器的延時補(bǔ)償。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,干擾觀測器可以有效的降低超調(diào),減小波形滯后失真,提高跟蹤性能,從而驗(yàn)證此方法對于提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度是可行有效的。

闡述了單片dlp投影機(jī)色輪運(yùn)行和磁軸承的基本原理,對磁軸承技術(shù)在色輪驅(qū)動系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了研究,采用一個主動型軸向磁軸承和兩個被動型徑向磁軸承來實(shí)現(xiàn)色輪轉(zhuǎn)子的五自由度懸浮.基于色輪轉(zhuǎn)子的重量與轉(zhuǎn)速,設(shè)計(jì)出了磁懸浮軸承的參數(shù),并利用有限元分析軟件ansys對設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行了仿真.

介紹了單神經(jīng)元自適應(yīng)pid算法原理,提出了以單神經(jīng)元自適應(yīng)pid控制算法為核心的四相8/6極開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)。以mcs80c196kc單片機(jī)作為控制器,對調(diào)速系統(tǒng)的硬件電路和軟件部分進(jìn)行了設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了單神經(jīng)元pid自適應(yīng)控制算法在開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速中的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)證明,該控制算法有助于改善開關(guān)磁阻電機(jī)的調(diào)速性能。

為抑制開關(guān)磁阻電機(jī)(srm)轉(zhuǎn)矩脈動,從電機(jī)設(shè)計(jì)和控制的角度出發(fā)都需要快速、正確地獲取其磁鏈和轉(zhuǎn)矩模型。本文根據(jù)srm磁鏈隨角度、電流的變化特點(diǎn),取6個特殊轉(zhuǎn)子位置處的磁鏈數(shù)據(jù),用七次多項(xiàng)式函數(shù)來建立srm磁鏈模型和轉(zhuǎn)矩模型,與有限元計(jì)算結(jié)果對比表明,所提方法具有快速和準(zhǔn)確性。

開關(guān)磁阻電機(jī)研究的 背景及意義 一、項(xiàng)目目的與意義 開關(guān)磁阻電機(jī)設(shè)計(jì)及其在礦山機(jī)械中的應(yīng)用研究項(xiàng)目屬于《國家 中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020）》中工業(yè)節(jié)能（機(jī)電產(chǎn) 品節(jié)能）、基礎(chǔ)件和通用部件的重點(diǎn)支持領(lǐng)域，同時符合《湖南省加 快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)總體規(guī)劃綱要》高效節(jié)能制造產(chǎn)業(yè)中節(jié) 能電機(jī)重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。 開關(guān)磁阻電動機(jī)(srd)調(diào)速系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)和電力電子技術(shù)的 控制器及開關(guān)磁阻電動機(jī)的新型調(diào)速系統(tǒng)，由開關(guān)磁阻電動機(jī)與微機(jī) 智能控制器兩個部分組成。開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的突出特點(diǎn)是效 率高、節(jié)能效果好、調(diào)速范圍廣、無啟動沖擊電流、啟動轉(zhuǎn)矩大、控 制靈活，此外還具有結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固可靠、成本低等優(yōu)點(diǎn)。除可以取 代已有的電氣傳動調(diào)速系統(tǒng)(如直流調(diào)速系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng))外，開 關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)還十分適用于礦山井下機(jī)電設(shè)備需要重載啟 動、頻繁啟動、正反轉(zhuǎn)

在簡要介紹和分析開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(srd)的各個組成部分的基礎(chǔ)上,在matlab/simulink中,分別構(gòu)建了各個部分的仿真模型,并介紹了模塊的功能及工作原理。將每個仿真模型連接構(gòu)成srd的系統(tǒng)仿真模型。系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制:速度環(huán)采用pi控制,電流環(huán)采用角度位置控制與電流斬波控制相結(jié)合的方法,保證了開關(guān)磁阻電機(jī)(srm)在低速或高速運(yùn)行時都可獲得滿意的性能。仿真結(jié)果證明了pi調(diào)節(jié)的無偏差速度調(diào)節(jié)的有效性。