一种新型的五自由度磁悬浮电机

介绍了一种新型的五自由度磁悬浮电机系统，它由两自由度无轴承电机和三自由度磁轴承两个独立悬浮单元构成。其中无轴承电机将悬浮绕组与转矩绕组叠绕在一起，同时实现转矩驱动和转子两自由度径向悬浮；三自由度磁轴承利用单极永磁偏置磁场实现转子轴向悬浮以及两自由度径向悬浮。该电机结构紧凑，有利于向大功率、高转速方向发展。文中介绍了悬浮力产生的基本原理，简要推导了系统数学模型，给出了控制系统框图。最后对实验样机转子在五个自由度上的悬浮情况以及绕组电流变化进行了测量和分析。实验结果验证了所述原理和控制方案的正确性。     

基于CRPWM的无轴承异步电动机矢量控制系统

无轴承交流电动机能同时实现旋转和悬浮工作,其潜在的应用价值和复杂的运行控制已成为目前高速交流传动领域一个新的研究方向。本文介绍了无轴承异步电动机工作原理，针对该电机存在非线性、强耦合的特性，能同时实现旋转力矩和径向力控制的基本要求，分析了无轴承异步电动机的数学模型，在此基础上，采用了基于电流调节型（CRPWM）逆变器的电机气隙磁场定向控制系统来实现这两个量的解耦控制，并将这一控制系统进行了仿真。     

稳定悬浮状态下无轴承开关磁阻电机电感特性

针对二维有限元和磁链法计算无轴承开关磁阻电机(Bearingless switched reluctance motor,BSRM)电感特性的局限性,建立了BSRM稳定悬浮时的三维有限元模型,采用双标量磁位法计算得到其磁场分布,应用一种仅需计算非线性系统能量增量即可计算电感的增强型能量增量法,计算其绕组电感.以-7.5 kW,12/8结构的BSRM为例,简单比较了双标量磁位法与二维有限元法、矢量磁位法和棱边有限元法分别求解BSRM磁场时的计算规模和平均计算时间,说明了双标量磁位法在大规模计算场合的优越性;研究了电感与转子径向位移的关系;计算获得了样机处于稳定悬浮状态下的主、悬浮绕组电感;研究了端部效应对电机磁场分布和绕组电感的影响.通过实验验证了电感计算的准确性,为优化设计和精确控制该类电机奠定了基础.     

新型的速度自适应观测器在直接转矩控制系统中的应用

实现高性能直接转矩控制系统的重要环节是准确地观测异步电机的定子磁链。文中将一种新型的速度自适应磁链闭环观测器，应用于直接转矩控制系统中，取代了传统的积分器，理论证明该系统是超稳定系统。仿真与实验表明，该方案电机磁链观测精度高，电机参数鲁棒性好，同时基于磁链观测器所设计的速度自适应辨识方案准确性好，收敛速度好，使系统在较低转速下仍能保持优良的性能。本系统针对1．1kW异步电机，采用数字信号处理器DSP（TMS320C32）进行了数字化实现，实时控制 软件是采用C语言和汇编语言混合编程实现的。     

无轴承开关磁阻电机绕组电流超前角计算方法

无轴承开关磁阻电机是一个复杂的非线性强耦合系统.控制的关键在于根据给定的悬浮力和转矩得到所需要的绕组电流和超前角.在无轴承开关磁阻电机数学模型的基础上,针对现有文献中超前角和绕组电流计算流程的不足,进行了改进.改进后的计算方法避免了在超前角求解过程中,计算流程的中断.改进算法首先对给定的悬浮力和转矩是否能够同时满足进行了判断.当不能同时满足给定的悬浮力和转矩时,给出了一种计算超前角和绕组电流的算法;当能够同时满足给定的悬浮力和转矩时,超前角和绕组电流由判别式计算,改进算法使计算出的超前角能够位于有效区间内.此外,针对计算出的绕组电流有可能超过限值的情况,对算法进行了补充.采用改进算法后,在实验样机上进行了实验验证,实现了样机的稳定悬浮.     

基于直接转矩控制技术的异步电机驱动系统两种容错方案研究

对采用直接转矩控制技术的异步电机驱动系统进行了两种容错方案研究。对功率开关无驱动故障容错后,方案1系统重构为四开关两相运行系统,方案2系统重构为四开关三相运行系统。研究了四开关系统中磁链和转矩的观测方法。分析了仅有的4个有效电压矢量对磁链和转矩变化所产生的影响．提出了四开关系统直接转矩控制中磁链和转矩的控制方案。对两种容错方案的特点进行了分析比较。仿真与实验结果证明了两种容错方案的有效性。     

定子磁场定向控制的异步电机无速度传感器低成本控制系统

开发了基于高性价比DSPMC56F8013的低成本异步电机控制平台，研究了一种基于定子磁场定向的异步电机无速度传感器控制算法。该算法结构简单，易于实现，对电机参数依赖性小。文中提出定子磁链校正因子，用于补偿低速运行时由于一阶低通滤波器的使用而造成的定子磁链观测误差。新颖的转速调节器，保证电机在动态过程中以最大转矩运行。系统仿真和原理样机的试验结果表明，整个控制系统具有良好的动态和稳态性能。     

一种新颖的电磁式同步电机力矩控制方案

对同步电机直接力矩控制作了进一步的研究，从理论上分析同步电机转矩的产生，并将直接力矩控制思想延伸到电磁式同步电机，讨论了电磁式同步电机直接力矩控制的实现，仿真分析了电磁式同步电机直接力矩控制系统，并阐述了电磁式同步电机直接力矩控制方案较永磁同步电机方案具有的优点；定于磁链幅值不受转于磁链大小的限制，转矩－力矩角曲线线性度更好，转矩变化更快，动态性能更优；转子信号可测，无需复杂的运算和额外的装置辨识初转子磁极位置，仅靠转子激磁电流变化，从定子感应电势即可得到转子位置。此外，采用直接力矩控制更易于实现电机系统的无速度传感器运行。仿真结果表明了系统的可行性和的动态性能。     

12/8极无轴承开关磁阻电机定子振动特性分析

开关磁阻电机(Switched reluctance motor, SRM)由于径向磁拉力导致的振动和噪声问题阻碍了其推广应用;电机定转子偏心时出现的单边磁拉力使振动和噪声更加恶化.本文基于定子周向振动理论和无轴承开关磁阻电机(Bearingless-SRM, BSRM)的径向力特点,分析了将无轴承技术引入SRM后对不平衡径向力起到的补偿作用;给出了同时适用于SRM和BSRM的定子极径向力数学模型,建立了SRM和BSRM的系统仿真模型,分析了两种电机定子极所受的径向力.谐波分析发现:BSRM定子单边磁拉力直流分量及低次谐波含量幅值较SRM大幅减小,因而由此引起的振动和噪声小,更适合于应用在要求低噪声的领域.     

增强能量增量法求解无轴承开关磁阻电机电感

有别于磁链法和需要求解二阶偏导数的能量增量法,本文采用一种称作增强能量增量法计算非线性系统的磁链、静态电感(割线电感)和动态电感(差分电感).该法首先给定各回路的工作点,其次在工作点附近给予一较小的扰动电流,则系统的磁场也随之扰动.结合磁性材料的B-H曲线,磁场能量增量可以通过对磁场强度H、磁感应强度B增量的积分获得.由此,在不需要微分的条件下,各回路的磁链、静态电感和动态电感可以分别求得.本文以12/8 7.5 kW无轴承开关磁阻电机为例,在认为三相绕组完全分时导通时,可忽略相间互感;以线性铁芯材料为例,说明了主、悬浮绕组间互感在合适的连接下也可以忽略.因此,仅需求解一相主绕组、悬浮绕组的静态、动态自感即可.求解这些电感随位置角和工作电流的变化,取得了与实验一致的结果.     

电流型两象限斩波器控制无刷直流电动机的制动原理分析

采用电流型两象限斩波器控制是稀土永磁无刷直流电动机减小电枢电流脉动的一个重要措施。虽然该系统在许多方面可采用一般无刷直流电动机的控制方法，但在制动控制上若仍沿用常规控制方法，将造成电机电流失控现象，损坏逆变器。本文对这种电流失控现象的机理进行了详细的分析，并在此基础上提出了有效的解决方法。最后对采用降压型斩波器和电流型两象限斩波器控制的无刷直流电动机的制动性能作了仿真比较，并对电流型两象限斩波器控制的稀土永磁无刷直流电动机进行了系统实验。数字仿真与系统实验表明，该电流型两象限斩波器控制的稀土永磁无刷直流电动机能可靠、有效地实现快速制动     

切向结构永磁同步电机中磁钢厚度对性能的影响

提出了切向结构永磁同步电机中磁钢厚度的约束条件;依据电机学理论并结合有限元计算方法,研究了气隙长度恒定时不同极对数下气隙磁密、每极磁通与磁钢厚度的关系,探讨了磁钢厚度对电机的过载能力、铁耗等性能的影响;在气隙长度发生变化时,为了保证漏磁大小不变,讨论了气隙与非导磁衬套厚度、磁钢厚度的关系。并指出:(1)气隙恒定时,随着磁钢厚度的增加,不同极对数时磁钢体积增大所提供的磁势对每极磁通的影响有所不同;铁耗和过载能力随磁钢厚度的增加而增大。(2)气隙增大时,为了保证气隙磁密和漏磁不变,必须增加非导磁衬套的厚度。(3)极对数增加时,减小磁钢厚度能提高电机的性价比。     

逆变器数字化控制关键技术

研究并解决数字控制的时间量化和数值量化对基于数字信号处理器(DSP)的逆变电源系统性能的不良影响。首先通过优化采样方式,显著减小控制变量的采样延时;采用前馈校正技术对死区效应进行补偿,以降低输出电压的谐波含量。提出频率调节和相位调整相结合的思想,合理设计数字锁相环,提高锁相速度和精度。利用实时的中心值校正信号改进数字控制算法,有效地消除数字运算截断误差累积造成的输出变压器直流偏磁问题。理论分析与实验结果证实了这些控制策略的有效性和合理性。     

新型软开关PWM逆变器的分析

谐振直流环节逆变器是一种零电压开关逆变器。本文提出一种新型组合式谐振直流环节逆变器，它包含二级功率变换单元：结实型谐振直流环节和逆变桥。本文详细分析了结实型谐振直流环节的软开关工作过程及实现逆变桥软开关脉宽调制（ＰＷＭ）控制的工作原理，讨论了二级功率变换单元的工作模式，输入输出特性及相互之间的影响，推导了电路特性与参数之间的关系，为进一步设计电路参数提供理论依据。分析结果表明，结实型谐振直流环节可以实施开环控制，谐振直流环节与逆变桥控制相互独立，使整个逆变器控制简单、便于实现。运用ＰＳＰＩＣＥ软件对电路进行了仿真，仿真结果验证了电路分析结论。     

切向结构永磁同步电机辅助磁极的优化

为了减少切向结构永磁同步电机转轴侧永磁体的漏磁，提高气隙磁密，在切向结构永磁同步电机中合理引入辅助永磁体。辅助永磁体相对于切向永磁体的位置有3种．其中以模型b，c较为合理，永磁材料用量适中，对气隙磁通的贡献大。随着辅助磁极永磁体厚度的增加，气隙磁密增加，当永磁体厚度增加到一定值时气隙磁密开始减小（模型b）或几乎恒定（模型c），即辅助永磁体存在一个合理的厚度，该厚度与电机的极对数有关。     

基于反电势形状函数法的无刷直流电动机直接转矩控制

采用两相导通模式时通过逆变器开关状态不能确定电压空间矢量,现有方案是通过实时测量3个相电压来解决这一问题,但系统变得复杂;此外现有方案在转矩观测中包含的微分项会降低控制精度,增大计算量,影响系统实时性。针对这两点不足,提出反电势形状函数法,在软件中实现了相电压的实时计算,使转矩观测变得简洁,更易于工程实用。最后给出的仿真与实验结果证明了反电势形状函数法用于无刷直流电机直接转矩控制中的可行性与有效性。     

一种可抑制三次谐波的五相混合式步进电机空间矢量脉宽调制优化控制策略

五相混合式步进电机因其定位精度高、转矩脉动小以及转矩密度高等优点而应用愈加广泛。为进一步减小其运行噪声、提高系统整体效率,本文提出一种可抑制三次谐波的五相混合式步进电机空间矢量脉宽调制(Space vector pulse width modulation,SVPWM)优化控制策略。首先搭建了考虑互感条件下的五相混合式步进电机解耦控制数学模型。在此基础上,采用相邻两大矢量和两中矢量合成混合电压矢量的SVPWM控制策略,并给出了相应的五相混合式步进电机双闭环控制系统。本文所提的混合SVPWM算法通过利用大、中矢量在基波、三次谐波双坐标系对应关系以达到抑制三次谐波的效果,能够有效降低相电流纹波和谐波含量。最后,研制了一套基于FPGA的实验平台,对所提策略与传统滞环算法、大矢量SVPWM算法进行对比研究,重点分析了3种算法对相电流纹波和谐波含量的影响,从而验证了所提算法的正确性和优越性。