基于正负序分离的无轴承永磁同步电机位置传感器容错控制

无轴承永磁同步电机（Bearingless permanent magnet synchronous motor, BPMSM）凭借无接触、无磨损的优异性能在工业生产中获得广泛应用，对旋转和悬浮的精确控制是保证其稳定运行的关键，需实时获取高精度的转子位置信息以实现切向力矩和径向悬浮力的解耦。为保证位置传感器故障情况下BPMSM稳定运行，文中提出一种基于正负序量分离的BPMSM传感器容错控制方案。首先，结合BPMSM数学模型，分析传感器故障对电机转矩和悬浮系统的影响。在此基础上，提出一种基于过零点检测的故障诊断函数，实时监测传感器信号故障。其次，引入旋转坐标系分析传感器信号中正序分量和负序分量的特征，分离出正序分量并提取其中的转子位置信息，构建位置检测容错系统完成故障信号到容错策略的切换，实现BPMSM在传感器故障情况下的稳定运行。最后，基于一台BPMSM实验样机对所提方案的有效性进行了充分的仿真与实验验证。     

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。     

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.     

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。     

两类多自由度开关磁阻电机原理与控制的类比

多自由度(Multi-degree-of-freedom,MDOF)开关磁阻电机(Switched reluctance motor,SRM)中的电磁力具有多维分布特征,对其建模和主动控制可实现该类电机的多自由度运行。无轴承开关磁阻电机(Bearingless switched reluctance motor,BSRM)和直线旋转开关磁阻电机(Linear-rotary switched reluctance motor,LRSRM)均具有多自由度运动控制的特点,其电磁力的分布规律、建模方法和控制策略具有一定的相似性。通过对比这两类多自由度开关磁阻电机工作原理的相似性,将前期BSRM数学模型和控制方法的研究成果进一步应用于LRSRM中,实现了LRSRM的准确建模和高性能控制,为推动和加速LRSRM的研究提供参考,以期进一步完善多自由度开关磁阻电机的研究理论体系。     

新型混合励磁电机技术研究与进展

混合励磁电机是对传统单一励磁方式电机的发展,力求综合永磁电机和电励磁电机的优势和特点,有利于减少稀土永磁体用量、拓宽永磁电机调速及调压范围,在航空电源、新能源发电与驱动系统等领域有重要应用前景。本文从励磁结构和磁路原理两个角度对混合励磁电机进行分类和阐述,系统总结了提出的新型转子磁分路混合励磁电机及并列式混合励磁电机的结构原理与运行特点,论述了基于转子磁分路机理发展的混合励磁同步电机不同结构拓扑及其原理,给出了发电/电动运行控制的基本策略与方法。新型混合励磁结构拓扑及控制技术的研究为丰富和发展混合励磁电机技术提供了理论参考与实践指导。     

六维力传感器静态标定及解耦研究

设计了一种八梁结构轮辐式六维力传感器的静态标定试验台,并从传感器的静态耦合特性和解耦算法两方面进行了研究。给出了详细的标定过程,获取了试验数据样本。基于试验样本构造了标定矩阵。结果表明:该传感器在结构上具有良好的自解耦特性,通过解耦算法对传感器输出进行解耦后,传感器的耦合误差基本被消除,满程测量精度能达到2.6%,为该种六维力传感器的实用及其产业化奠定了基础。     

基于鲁棒自适应控制策略的混合型步进电机低速伺服控制性能

针对混合型步进电机低速运行状态下脉动转矩较大的特点,应用鲁棒自适应控制策略来设计其低速伺服控制器,以实现高精度的跟踪控制性能.首先,根据混合型步进电机转矩形成的机理,揭示了其固有的脉动转矩对低速运动控制产生不利影响的动力学特征,并将它归结为两种结构不确定性,便于控制器的设计;其次,采取标准的自适应控制及其鲁棒化设计思想,借助于μ-修整策略来实现相应的控制律,确保脉动转矩的最大化补偿及伺服系统低速跟踪控制满足高性能的要求;最后对所建立的低速跟踪控制系统的性能进行了试验评估,并与作者前期的工作进行了比较,试验结果验证了其有效性与可行性.     

基于DSP的新型双凸极电机的控制原理与实现

双凸极电机是一种新型交流无刷电机，它具有结构简单、高可靠性和高速运行能力的优点。本文介绍了基于DSP的双凸极电机调速系统。文中首先介绍了双凸极电机系统的控制原理，为了提高电机的平均输出转矩，利用Pspice软件仿真双凸极电机平均输出转矩与换相角之间的关系曲线，然后分别从硬件构成和软件设计两个方面介绍了双凸极电机数字控制系统的实现方法。最后以实验室一台6／4结构双凸极电机为例，设计构成了一套数字控制双凸极电机调速系统，并进行了系统试验。实验结果表明，数字控制和双凸极电机的结合体现出很好的调速性能。     

双凸极永磁电机数字控制驱动系统的分析与实现

揭示了采用斜槽转子结构的双凸极永磁电机独特的静态特性和运行原理,分析研究了新颖的控制策略和变P I参数转速调节与单极性电流滞环调节相结合的双闭环控制方案,阐述了DSP的数字实现方法,设计研制了9 kW,12/8极转子斜槽式双凸极永磁电机驱动系统。实验结果表明,转子斜槽结构电机与本文控制方案的结合有效改善了齿谐波效应,提高了电机出力及运行平稳度,具有结构简单、功率密度高、效率高、起动速度快和可控性好等优点。     

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。     

行波液体静压轴承浮力及其稳定方法的实验研究

提出了一种基于蠕动传输作用的新型行波液体静压轴承。首先基于行波液体静压轴承原理,建立了轴承原理验证装置。然后基于差动螺纹机构建立了轴承面倾斜调整机构,实现轴承的完全上浮。利用所开发的轴承验证装置,实验研究了行波液体静压轴承在上浮方向上有导轨时的轴承承载能力,证明了行波液体静压轴承及其稳定方法的可行性,并给出了驱动参数,例如:驱动电压和驱动频率,以及轴承间隙高度对轴承浮力稳态值的影响规律。     

永磁同步伺服电动机的分析

本文首先讨论了气隙磁场、电势、电流波形不同的永磁同步伺服电动机的电磁转矩,并进行了理论和实验分析。结果表明,与变换器联合运行的方波电机具有用材省、出力大、控制简单、优于正弦电机的特点。同时,又指出方波电机具有同有刷直流电机完全一样的电势、转矩表达式和控制特性。文中还讨论了方波电机的结构参数(包括气隙磁场分布的波顶宽、每极每相槽数和电势电流间的相位差)对电磁转矩的影响,为该电机的优化设计提供了依据。最后,为进一步提高性能,使之具有线性的控制特性和大的过载能力,文中提出了一种电枢反应小的不对称转子磁路结构的方波电机。样机实验表明,设计合理,效果好。     

基于形貌优化法的无轴承开关磁阻电机减振降噪

脉振的径向电磁力作为激励源作用于12/8极单绕组宽转子齿无轴承开关磁阻电机（Bearingless switched reluctance motor with wider rotor teeth,BSRMWR）的定子齿面并传送至定子轭部及机壳,会引发较大的振动噪声,阻碍其推广应用。针对这一问题,本文从本体结构的角度入手对电机壳体进行优化改进。采用三维多物理场有限元模型,建立了BSRMWR电磁-结构-振动-声场耦合模型。通过对BSRMWR电磁场进行瞬态分析,得到径向电磁力。将模态应变能方法应用于BSRMWR的壳体得到电机外壳结构有较大的应变能,说明电机壳体结构的薄弱。基于此,通过形貌优化的方法对电机的壳体结构进行优化。结果表明,采用形貌优化后机壳结构的BSRMWR,其振动和噪声均有显著改善。     

超高速电机电流源逆变器解耦控制优化策略研究

针对电流源逆变器（Current source inverter, CSI）超高速电机驱动系统控制对象阶数高、耦合强的特点,提出一种基于定子电流反馈有源阻尼的三闭环改进型解耦控制策略。首先,通过在Z域构建考虑控制延时的CSI超高速电机二阶系统等效模型,设计了复矢量解耦电流外环、前馈解耦电压内环构成的分级解耦驱动系统。其次,基于重构模型分析三闭环控制系统在全速域的稳定性,讨论了该解耦策略在高速工况下失稳与二阶系统谐振问题的相关性。本文将定子电流反馈有源阻尼引入电流环调节器,在解决高阶系统谐振问题的同时实现超高速电机在全速域的高性能稳定运行。最后搭建了550 000 (r?min-1)/110 W超高速永磁同步电机的CSI驱动平台,并进行相关仿真及实验验证,证明了所提改进策略的有效性和优越性。     

一种六维力传感器的新型布片和解耦方法

提出一种新型的六维力传感器的应变片布片和解耦方案,利用简单的轮幅式结构,采用二向应力片的原理,构成直接输出型六维力传感器。采用该种吊法和组桥方式,很好地解决了六维力传感器弹性体结构设计和应变片布片、组桥之间的矛盾,具有结构简单,直接解耦,易于标定和低成本的优点     

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。     

基于弯振模态的螺纹杆式直线超声电机(英文)

介绍了基于弯振模态的螺纹杆式直线超声电机的运行机理.在梁弯曲振动模型的基础上,对螺纹杆式直线超声电机进行动力学分析,推导出电机定子驱动点的空间运动轨迹方程,并阐明了电机运行机理.本文应用有限元法分析了电机的振动模态和结构,设计并研制了样机.样机定子的尺寸为13 mm×13 mm×30 mm,最后对电机输出特性进行了测试,最大输出力为5.2 N.     

直升机控制系统的内/外回路设计概念及其应用

提出了一种新型的内／外回路控制结构,系统地阐述了此结构在直升机控制系统中的应用。内回路主要使各个通道解耦,改善系统的稳定性,并使系统具有速率响应特性;外回路采用输出反馈,对已解耦的不同通道分别进行单回路设计。其中内回路的解耦特性是内／外回路设计概念的基础,采用特征结构配置技术有效地实现了内回路的通道解耦。采用内／外回路结构所设计的直升机控制系统具有良好的指令跟踪性能、抗干扰特性以及良好的解耦响应特性。实例研究充分展示了这些特点。