本文關(guān)鍵詞：無(wú)軸承異步電機(jī)及其控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：無(wú)軸承異步電機(jī)(Bearingless Induction Motors,BIM)在普通異步電機(jī)基礎(chǔ)上再嵌入一套懸浮繞組實(shí)現(xiàn)無(wú)軸承運(yùn)行,因其無(wú)摩擦、無(wú)磨損、機(jī)械強(qiáng)度高,能工作在轉(zhuǎn)速極高的場(chǎng)合,因此在高速高精數(shù)控機(jī)床、航空航天、飛輪儲(chǔ)能等領(lǐng)域有非常廣闊的應(yīng)用前景,是國(guó)內(nèi)外研究最早且最多的無(wú)軸承電機(jī)類(lèi)型之一。BIM中轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子徑向位置通常采用PID控制,使得無(wú)軸承異步電機(jī)在高速、超高速運(yùn)行過(guò)程中,一定程度上產(chǎn)生了過(guò)高超調(diào)、振蕩以及對(duì)外部擾動(dòng)過(guò)分敏感現(xiàn)象,這都影響了電機(jī)高性能運(yùn)行。因此,對(duì)BIM控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子徑向位置PID控制器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要的理論價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義。本文在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61104016、51475214)的資助下,重點(diǎn)研究了BIM中轉(zhuǎn)速和位置控制系統(tǒng)中PID控制器優(yōu)化設(shè)計(jì),具體內(nèi)容如下:首先,對(duì)BIM的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了簡(jiǎn)要概述。然后介紹了經(jīng)典PID控制器研究背景和發(fā)展現(xiàn)狀,并介紹了兩種PID控制器優(yōu)化設(shè)計(jì):模糊自適應(yīng)PID控制器與自抗擾控制器的研究背景。在分析BIM懸浮力方程、轉(zhuǎn)矩方程和運(yùn)動(dòng)方程的基礎(chǔ)上,采用基于氣隙磁場(chǎng)定向控制的策略建立電機(jī)數(shù)學(xué)模型,并進(jìn)行仿真與分析。其次,為了抑制電機(jī)因使用經(jīng)典PID控制器而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子徑向位置超調(diào),減少電機(jī)參數(shù)變化以及增加負(fù)載產(chǎn)生擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響,針對(duì)PID控制器提出了兩種不同方式的優(yōu)化控制策略。一種是采用在經(jīng)典PID控制器中增加模糊自適應(yīng)模塊對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行在線智能自適應(yīng)優(yōu)化;另一種是選用自抗擾控制器替換經(jīng)典PID控制器,從根本上克服了PID控制器的局限性,在此基礎(chǔ)上對(duì)自抗擾控制器進(jìn)一步優(yōu)化,仿真研究表明,提高了系統(tǒng)抗干擾能力。最后,本文基于自抗擾控制器構(gòu)建了BIM轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子徑向位置控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),并開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)波形可知,所建立的數(shù)字控制系統(tǒng)可以有效減少轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子徑向位置超調(diào),具備良好的動(dòng)、靜態(tài)性能。
【關(guān)鍵詞】：無(wú)軸承異步電機(jī) PID控制器 模糊自適應(yīng)PID控制器 自抗擾控制器 數(shù)字控制
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TM343
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-14
• 1.1 無(wú)軸承異步電機(jī)發(fā)展概況9-11
• 1.1.1 無(wú)軸承異步電機(jī)研究現(xiàn)狀9-10
• 1.1.2 無(wú)軸承異步電機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域10
• 1.1.3 無(wú)軸承異步電機(jī)發(fā)展趨勢(shì)10-11
• 1.2 PID控制器研究背景與研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.1 研究背景11
• 1.2.2 研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.3 模糊自適應(yīng)PID控制器12
• 1.2.4 自抗擾控制器12
• 1.3 本文研究意義與研究?jī)?nèi)容12-14
• 1.3.1 研究意義12
• 1.3.2 研究?jī)?nèi)容12-14
• 第二章 無(wú)軸承異步電機(jī)基本原理14-27
• 2.1 無(wú)軸承異步電機(jī)基本運(yùn)行原理14-19
• 2.1.1 洛倫茲力15-16
• 2.1.2 麥克斯韋力16-19
• 2.2 無(wú)軸承異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型19-21
• 2.2.1 徑向懸浮力數(shù)學(xué)模型19-20
• 2.2.2 旋轉(zhuǎn)部分?jǐn)?shù)學(xué)模型20
• 2.2.3 電機(jī)懸浮系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程20-21
• 2.3 無(wú)軸承異步電機(jī)氣隙磁場(chǎng)定向控制系統(tǒng)及仿真分析21-25
• 2.3.1 無(wú)軸承異步電機(jī)氣隙磁場(chǎng)定向控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型21-23
• 2.3.2 無(wú)軸承異步電機(jī)氣隙磁場(chǎng)定向控制仿真分析23-25
• 2.4 本章小結(jié)25-27
• 第三章 基于模糊自適應(yīng)PID控制器的無(wú)軸承異步電機(jī)設(shè)計(jì)27-41
• 3.1 經(jīng)典PID控制原理27-29
• 3.1.1 比例控制28
• 3.1.2 積分控制28
• 3.1.3 微分控制28-29
• 3.2 模糊自適應(yīng)PID控制器的結(jié)構(gòu)和算法實(shí)現(xiàn)29-35
• 3.2.1 模糊自適應(yīng)PID控制器結(jié)構(gòu)29-30
• 3.2.2 PID參數(shù)自適應(yīng)原則30
• 3.2.3 模糊自適應(yīng)PID控制器設(shè)計(jì)30-35
• 3.3 基于模糊自適應(yīng)PID控制器的無(wú)軸承異步電機(jī)氣隙磁場(chǎng)定向控制35-40
• 3.4 本章小結(jié)40-41
• 第四章 基于優(yōu)化自抗擾控制器無(wú)軸承異步電機(jī)設(shè)計(jì)41-57
• 4.1 自抗擾控制器原理與研究背景41-42
• 4.2 自抗擾控制器結(jié)構(gòu)與數(shù)學(xué)模型42-48
• 4.2.1 跟蹤微分器43-44
• 4.2.2 擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器44-46
• 4.2.3 非線性誤差狀態(tài)反饋46-47
• 4.2.4 自抗擾控制器的實(shí)現(xiàn)原理47-48
• 4.3 基于自抗擾控制器的無(wú)軸承異步電機(jī)氣隙磁場(chǎng)定向控制48-51
• 4.3.1 速度模塊優(yōu)化自抗擾控制器48-49
• 4.3.2 徑向懸浮繞組優(yōu)化自抗擾控制器49-51
• 4.4 基于自抗擾的無(wú)軸承異步電機(jī)氣隙磁場(chǎng)定向控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真51-56
• 4.5 本章小結(jié)56-57
• 第五章 基于自抗擾控制器的無(wú)軸承異步電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)57-65
• 5.1 芯片介紹57-58
• 5.1.1 TMS320F2812 DSP57
• 5.1.2 CPLD復(fù)雜可編程邏輯芯片57-58
• 5.2 無(wú)軸承異步電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)58-60
• 5.2.1 電源電路設(shè)計(jì)58-59
• 5.2.2 檢測(cè)電路設(shè)計(jì)59-60
• 5.2.3 保護(hù)電路設(shè)計(jì)60
• 5.3 基于ADRC的無(wú)軸承異步電機(jī)速度與位置控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)60-62
• 5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析62-64
• 5.5 本章小結(jié)64-65
• 第六章 總結(jié)與展望65-67
• 6.1 論文工作總結(jié)65-66
• 6.2 后續(xù)研究工作展望66-67
• 致謝67-68
• 參考文獻(xiàn)68-73
• 攻讀碩士研究生期間的學(xué)術(shù)成果73

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