无轴承异步电机非线性解耦控制研究.doc
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无轴承异步电机非线性解耦控制研究,2万字自己原创的毕业设计，今年最新的，仅在本站独家提交，大家放心使用摘 要 无轴承异步电机是一种集电机和磁轴承于一体的新型电机，相比于传统的磁悬浮电机，这种新型电机的轴向空间更短，临界转速更高。无轴承异步电机是利用电机中的磁轴承和交流电机定子的结构相类似，然后通过把转矩绕组和悬浮控制的绕...
内容介绍
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无轴承异步电机非线性解耦控制研究
2万字
自己原创的毕业设计，今年最新的，仅在本站独家提交，大家放心使用
摘 要
无轴承异步电机是一种集电机和磁轴承于一体的新型电机，相比于传统的磁悬浮电机，这种新型电机的轴向空间更短，临界转速更高。无轴承异步电机是利用电机中的磁轴承和交流电机定子的结构相类似，然后通过把转矩绕组和悬浮控制的绕组共同叠绕在定子上，利用悬浮控制绕组产生的磁场来变化气隙磁场的分布，从而达到转轴的悬浮控制这目的。
由于无轴承异步电机是一个复杂系统，这系统具有多变量、非线性、强耦合的特点，气隙磁链把电磁转矩和径向悬浮力耦合在一起。所以只有通过对无轴承异步电机进行解耦控制，才能达到转子的稳定悬浮。针对上述的问题，本文重点讲述了无轴承异步电机的基本理论和非线性解耦控制的研究，本文的主要研究内容如下所示：
首先，通过分析无轴承异步电机原理的基础，得出无轴承异步电机的径向悬浮力和电机旋转部分的数学模型，并建立基于转子磁场定向的无轴承异步电机的状态方程。然后针对无轴承异步电机中电磁转矩和径向悬浮力之间的耦合特性，开始研究非线性解耦控制。
然后，分析基于气隙磁场定向的无轴承异步电机状态方程得出系统的可逆性，采用阶逆系统控制理论对其进行解耦控制研究，根据仿真实验结果验证了逆系统方法拥有良好的解耦特性。
关键词：无轴承异步电机；气隙磁场定向；转子磁场定向；逆系统；解耦控制
ABSTRACT
Bearingless induction motor is one kind of new motor which combined motor with magnetic bearings in one stator windings.Compared with traditional magnetic motors,the axial space of bearingless induction motor is short and with the high speed.The bearingless induction motors which have the advantage of simple structure and high reliability were studied earlier than other types of bearingless motors.
The bearingless induction motor is a multi-variable,nonlinear an strong-coupled complicated system.The decoupling control of torque and radial levitation force is the stable operation of bearingless motor.This dissertation focuses on the basic theory and decoupling control,this main work is as following:
Firstly,according to the analysis on bearingless induction motor,establish the mathematical model of bearingless induction motor.In order to realize the decoupling control of torque and radial suspension forces for bearingless induction motor.The control of torque and radial suspension forces for bearingless induction motor,the air-gap-flux orientated control is researched.
Secondly,the reversibility of system based on the state equations is discussed.As the bearingless induction motor is a multi-variable,strong-coupled and nonlinear system,method based on α-th inverse system theory is used for realizing dynamic decoupling of the system.The simulation results have showed that the α-th inverse system method can realize decoupling of the system effectively.
KEY WORDS：Bearingless Induction Motor；Air-gap Magnetic Field Orientation；Rotor Field Orientation；Inverse system；Decoupling Control
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
第一章 绪论 1
1.1 无轴承异步电机的历史背景 1
1.2 无轴承电机的特点及应用前景 2
1.2.1 无轴承电机的特点 2
1.2.2 无轴承电机的应用前景 3
1.3 无轴承电机的研究现状和发展趋势 4
1.3.1 无轴承电机的研究现状 4
1.3.2 无轴承电机的发展趋势 6
1.4 课题的研究目的、意义和内容 8
1.4.1 本文研究的目的和意义 8
1.4.2 本文研究的内容 8
第二章 无轴承异步电机的基本工作原理 9
2.1 引言 9
2.2 无轴承异步电机的工作原理 9
2.2.1 洛伦兹力 9
2.2.2 麦克斯韦力 9
2.2.3 可控悬浮力的产生 10
2.3 无轴承异步电机的数学模型 11
2.3.1 旋转运动基本方程 11
2.3.2 径向悬浮力 11
2.3.3 悬浮子系统的运动方程 13
2.3.4 旋转模型方程 14
2.3.5 悬浮力模型方程 15
2.4 本章小结 21
第三章 基于转子磁场定向的无轴承异步电机的逆系统解耦控制 22
3.1 引言 22
3.2 逆系统解耦控制方法 22
3.2.1 逆系统的定义 22
3.2.2 伪线性复合系统 24
3.2.3 系统可逆性判别 25
3.3 可逆性分析 25
3.4 线性闭环控制器的设计 28
3.5 本章总结 31
第四章 基于MATLAB/Simulink的建模和仿真 32
4.1 无轴承异步电机基于逆系统理论的控制系统结构 32
4.2 控制系统的仿真模型 32
4.2.1 磁链和转矩子系统模块 33
4.2.2 悬浮子系统模块 33
4.2.3 2/3变换模块 34
4.2.4 电流调节器模块 35
4.3 仿真结果 35
4.4 本章小结 36
第五章 总结和展望 37
5.1 本文主要的工作 37
5.2 需要进一步研究的工作 37
参考文献 39
致 谢 42
2万字
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摘 要
无轴承异步电机是一种集电机和磁轴承于一体的新型电机，相比于传统的磁悬浮电机，这种新型电机的轴向空间更短，临界转速更高。无轴承异步电机是利用电机中的磁轴承和交流电机定子的结构相类似，然后通过把转矩绕组和悬浮控制的绕组共同叠绕在定子上，利用悬浮控制绕组产生的磁场来变化气隙磁场的分布，从而达到转轴的悬浮控制这目的。
由于无轴承异步电机是一个复杂系统，这系统具有多变量、非线性、强耦合的特点，气隙磁链把电磁转矩和径向悬浮力耦合在一起。所以只有通过对无轴承异步电机进行解耦控制，才能达到转子的稳定悬浮。针对上述的问题，本文重点讲述了无轴承异步电机的基本理论和非线性解耦控制的研究，本文的主要研究内容如下所示：
首先，通过分析无轴承异步电机原理的基础，得出无轴承异步电机的径向悬浮力和电机旋转部分的数学模型，并建立基于转子磁场定向的无轴承异步电机的状态方程。然后针对无轴承异步电机中电磁转矩和径向悬浮力之间的耦合特性，开始研究非线性解耦控制。
然后，分析基于气隙磁场定向的无轴承异步电机状态方程得出系统的可逆性，采用阶逆系统控制理论对其进行解耦控制研究，根据仿真实验结果验证了逆系统方法拥有良好的解耦特性。
关键词：无轴承异步电机；气隙磁场定向；转子磁场定向；逆系统；解耦控制
ABSTRACT
Bearingless induction motor is one kind of new motor which combined motor with magnetic bearings in one stator windings.Compared with traditional magnetic motors,the axial space of bearingless induction motor is short and with the high speed.The bearingless induction motors which have the advantage of simple structure and high reliability were studied earlier than other types of bearingless motors.
The bearingless induction motor is a multi-variable,nonlinear an strong-coupled complicated system.The decoupling control of torque and radial levitation force is the stable operation of bearingless motor.This dissertation focuses on the basic theory and decoupling control,this main work is as following:
Firstly,according to the analysis on bearingless induction motor,establish the mathematical model of bearingless induction motor.In order to realize the decoupling control of torque and radial suspension forces for bearingless induction motor.The control of torque and radial suspension forces for bearingless induction motor,the air-gap-flux orientated control is researched.
Secondly,the reversibility of system based on the state equations is discussed.As the bearingless induction motor is a multi-variable,strong-coupled and nonlinear system,method based on α-th inverse system theory is used for realizing dynamic decoupling of the system.The simulation results have showed that the α-th inverse system method can realize decoupling of the system effectively.
KEY WORDS：Bearingless Induction Motor；Air-gap Magnetic Field Orientation；Rotor Field Orientation；Inverse system；Decoupling Control
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
第一章 绪论 1
1.1 无轴承异步电机的历史背景 1
1.2 无轴承电机的特点及应用前景 2
1.2.1 无轴承电机的特点 2
1.2.2 无轴承电机的应用前景 3
1.3 无轴承电机的研究现状和发展趋势 4
1.3.1 无轴承电机的研究现状 4
1.3.2 无轴承电机的发展趋势 6
1.4 课题的研究目的、意义和内容 8
1.4.1 本文研究的目的和意义 8
1.4.2 本文研究的内容 8
第二章 无轴承异步电机的基本工作原理 9
2.1 引言 9
2.2 无轴承异步电机的工作原理 9
2.2.1 洛伦兹力 9
2.2.2 麦克斯韦力 9
2.2.3 可控悬浮力的产生 10
2.3 无轴承异步电机的数学模型 11
2.3.1 旋转运动基本方程 11
2.3.2 径向悬浮力 11
2.3.3 悬浮子系统的运动方程 13
2.3.4 旋转模型方程 14
2.3.5 悬浮力模型方程 15
2.4 本章小结 21
第三章 基于转子磁场定向的无轴承异步电机的逆系统解耦控制 22
3.1 引言 22
3.2 逆系统解耦控制方法 22
3.2.1 逆系统的定义 22
3.2.2 伪线性复合系统 24
3.2.3 系统可逆性判别 25
3.3 可逆性分析 25
3.4 线性闭环控制器的设计 28
3.5 本章总结 31
第四章 基于MATLAB/Simulink的建模和仿真 32
4.1 无轴承异步电机基于逆系统理论的控制系统结构 32
4.2 控制系统的仿真模型 32
4.2.1 磁链和转矩子系统模块 33
4.2.2 悬浮子系统模块 33
4.2.3 2/3变换模块 34
4.2.4 电流调节器模块 35
4.3 仿真结果 35
4.4 本章小结 36
第五章 总结和展望 37
5.1 本文主要的工作 37
5.2 需要进一步研究的工作 37
参考文献 39
致 谢 42
