基于离散时间无差拍的无轴承异步电机直接转矩控制系统的研究

摘要

无轴承电机是集转矩控制绕组和悬浮控制绕组于一体,同时具备转子旋转和悬浮功能的新型电机,其独特的结构设计和复杂的运行控制已成为高速、超高速电机领域研究的热点。无轴承电机自问世以来,受到国内外专家学者的广泛关注。无轴承异步电机以其结构简单、运行可靠、功率密度大等优势,成为被研究最多的无轴承电机类型之一,在化工、医疗、机械加工制造、航空航天等超纯净和高速传动领域有广泛的应用前景。
　　 本文以无轴承异步电机为研究对象,着重研究了无轴承异步电机的数学模型、控制策略及数字控制系统。主要研究工作如下:
　　 (1)阐述了无轴承异步电机的基本结构、工作原理和径向悬浮力的产生机理。在此基础上,推导了在两相静止坐标系和两相旋转坐标系下的数学模型,建立了转子运动方程。
　　 (2)针对无轴承异步电机气隙磁场定向算法控制复杂、存在失稳转矩及高度非线性等局限性,将直接转矩控制算法引入到无轴承异步电机解耦控制中。利用Matlab/simulink仿真软件,建立了基于传统直接转矩方法和基于离散时间无差拍的直接转矩控制(DTDB-DTC)方法的无轴承异步电机控制系统。仿真表明两种直接转矩控制方法都适合于无轴承异步电机,但是DTDB-DTC比传统DTC具有更多优点。
　　 (3)设计了以TMS320F2812 DSP为核心的无轴承异步电机数字控制系统,详细阐述了硬件电路功能模块和软件的主要程序结构图,为控制策略的验证和进一步研究提供了可靠的实验平台。