双绕组无轴承开关磁阻电机转矩与悬浮力的优化控制方法

摘要

无轴承开关磁阻电机（BSRM）集旋转与悬浮功能于一体，具有结构简单坚固、控制灵活、无需润滑、容错能力强和高速适应性好等优点，适用于恶劣工况，尤其在航空航天等领域具有很大应用前景。
　　对无轴承开关磁阻电机而言，转矩和悬浮力这两个控制对象均与绕组电流、转子位置及电机本体参数有关。为了实现电机高速运行与稳定悬浮，传统控制策略需要根据复杂的数学模型来设计精确的控制算法，导致控制系统过于复杂，动态响应慢，存在较大的转矩和悬浮力脉动。
　　为了解决以上问题，本文以双绕组12/8结构无轴承开关磁阻电机为研究对象，研究其直接转矩与直接悬浮力控制策略。
　　首先，分析了针对普通开关磁阻电机的直接转矩控制方法，研究了其电压矢量的构建及选取方法。鉴于双绕组无轴承开关磁阻电机与普通开关磁阻电机结构的相似点，分析了前者转矩与悬浮统一控制的可行性。在此基础上，建立空间坐标系，分析了双绕组无轴承开关磁阻电机有效磁链的组成；从所有电压矢量组合中选取合理的矢量，构建等效电压矢量；根据转矩与悬浮力的要求，分别阐述了主绕组及悬浮绕组电压矢量的选取方法。
　　其次，在MATLAB/Simulink环境下搭建了基于直接转矩与直接悬浮力控制算法的仿真模型，进行了稳态运行、转速突变及悬浮力突变等情况的仿真，仿真结果验证了本文所提控制策略的可行性。
　　最后，在以DSP和CPLD为控制核心的硬件平台上进行了直接转矩与直接悬浮力的实验研究，实现了电机在所提控制策略下的稳定悬浮，并验证了其在转速突变及径向力突变时良好的动态性能。

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注释表

第一章 绪论

1.1 无轴承电机

1.2 开关磁阻电机

1.3 无轴承开关磁阻电机

1.4 直接转矩控制研究概况

1.5 直接悬浮力控制研究概况

1.6 课题研究意义及文章结构安排

第二章 无轴承开关磁阻电机运行原理与数学模型

2.1 无轴承开关磁阻电机运行原理

2.2 无轴承开关磁阻电机数学模型

2.3 本章小结

第三章 双绕组无轴承开关磁阻电机DTC与DFC理论

3.1 开关磁阻电机的DTC理论

3.2 双绕组无轴承开关磁阻电机DTC与DFC控制原理

3.3 本章小结

第四章 双绕组无轴承开关磁阻电机DTC与DFC的仿真分析

4.1 DTC与DFC仿真模型

4.2 仿真结果分析

4.3 本章小结

第五章 双绕组无轴承开关磁阻电机DTC与DFC的实验研究

5.1 实验平台介绍

5.2 实验验证

5.3 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 本文主要工作及创新点

6.2 工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文