五自由度磁县浮异步电动机运行控制的研究

摘要

磁悬浮异步电机作为一种集驱动与自悬浮功能于一体的新型磁悬浮电机，具备异步电机和磁轴承的特点，既可产生驱动负载的电磁转矩，又能产生支承转子的径向悬浮力，使转子实现无机械接触旋转。需要免维修、长寿命运行，无菌、无污染以及有毒有害液体或气体的传输是无轴承电机典型应用场合，并且已经应用到高速机床电主轴、人工心脏泵和计算机硬盘驱动等特殊传动领域。论文围绕磁悬浮异步电机的运行机理，数学模型，控制方法，Dspaces实时仿真控制系统等方面开展了理论与实验研究，主要工作如下：
　　 (1)介绍了五自由度磁悬浮异步电机由永磁偏置三自由度混合磁轴承和二自由度磁悬浮异步电机两部分构成，详细分析了这两部分的结构及运行机理，并建立了各自的数学模型，为控制系统的设计奠定了理论基础。
　　 (2)设计了五自由度磁悬浮异步电机的实验样机，使用电磁场分析软件Ansoft/Maxwell分析了样机的磁场和悬浮力，针对悬浮力的非线性和耦合性进行了分析，验证了所设计样机结构和参数的合理性。
　　 (3)将基于空间电压矢量的直接转矩控制(SVM-DTC)方法应用于磁悬浮异步电机转矩和磁链的解耦控制，通过仿真研究，证实了该控制方法对于磁悬浮异步电机有着良好的控制性能，能实现转子的稳定悬浮。
　　 (4)基于Dspace设计了整套数字控制的硬件系统，包括功率主电路，驱动电路，及参量检测电路，并进行实验研究，实验结果表明，磁悬浮异步电机可以实现稳定悬浮。