本文關鍵詞：無軸承異步電機懸浮系統(tǒng)非線性濾波器自適應逆控制研究

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【摘要】：無軸承異步電機(Bearingless Induction Motor,BIM)具有結構緊湊簡單,無摩擦,易于弱磁控制,高速和超高速運行等優(yōu)點,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械、農(nóng)用發(fā)電設備、半導體工業(yè)、生命科學、飛輪儲能等高科技領域有較好的應用前景,但是BIM具有復雜的電磁關系,是多變量、非線性、強耦合的系統(tǒng),其旋轉(zhuǎn)力和徑向懸浮力之間、兩自由度徑向懸浮力之間都存在著非常復雜的耦合關系,要實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定懸浮和可控運行,提高控制精度,必須對其進行非線性動態(tài)解耦控制,因此考慮BIM的自適應逆解耦控制具有重要的理論和現(xiàn)實意義。論文在國家自然科學基金項目“數(shù)控機床高速磁懸浮電主軸自適應逆解耦控制及數(shù)字化技術(61174055)”等多項課題的支持下,圍繞BIM的控制開展理論和實驗研究。本文首先分析BIM的轉(zhuǎn)矩繞組和懸浮繞組結構,研究了BIM的懸浮原理,并且借助麥克斯韋張量法建立了二自由度BIM的數(shù)學模型及運動方程,為后續(xù)仿真研究奠定理論基礎。其次,本文在BIM轉(zhuǎn)矩與懸浮力獨立控制理論的基礎上,并且將非線性自適應濾波器和逆系統(tǒng)控制方法相結合,提出了基于非線性自適應濾波器的懸浮系統(tǒng)自適應逆解耦控制策略。利用非線性自適應濾波器對懸浮系統(tǒng)進行自適應建模與逆系統(tǒng)建模,復制逆模型,將其串接在系統(tǒng)之前作為自適應逆控制器,同時采用一種變步長最小均方算法在線調(diào)節(jié)其權值系數(shù)。該方法不僅無需辨識轉(zhuǎn)矩繞組氣隙磁鏈,而且利用非線性濾波器可解決精確建模的問題,并在建模過程中解決各變量間的耦合問題。仿真實驗表明,該控制策略完成了懸浮系統(tǒng)的動態(tài)解耦。最后,設計了BIM基于dSPACE的硬件控制系統(tǒng),并構建了試驗平臺。給出了外圍擴展硬件系統(tǒng)的主電路和控制電路的設計原理圖,詳細說明了在線實驗過程,并分析實驗結果。
【關鍵詞】：無軸承異步電機 解耦控制 自適應濾波器 自適應逆 d SPACE控制系統(tǒng)
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM343;TN713
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 緒論8-18
• 1.1 無軸承電機概述8-12
• 1.1.1 無軸承電機的研究背景及意義8-9
• 1.1.2 無軸承電機在國內(nèi)外的研究概況9-10
• 1.1.3 無軸承電機的工業(yè)應用及發(fā)展趨勢10-12
• 1.2 無軸承異步電機控制的主要方法12-16
• 1.3 論文工作提出及內(nèi)容安排16-18
• 第二章 無軸承異步電機的基本理論18-25
• 2.1 無軸承異步電機的基本結構18-19
• 2.2 無軸承異步電機徑向懸浮力產(chǎn)生原理19-21
• 2.2.1 旋轉(zhuǎn)電機的電磁力19-20
• 2.2.2 徑向懸浮力產(chǎn)生原理20-21
• 2.3 無軸承異步電機的數(shù)學模型21-24
• 2.3.1 無軸承異步電機旋轉(zhuǎn)運動基本方程21-22
• 2.3.2 無軸承異步電機徑向懸浮力方程22-24
• 2.3.3 無軸承異步電機運動方程24
• 2.4 本章小結24-25
• 第三章 無軸承異步電機懸浮系統(tǒng)自適應逆控制25-46
• 3.1 自適應逆控制的發(fā)展25-26
• 3.2 自適應逆控制基本原理及特點26-29
• 3.2.1 自適應逆控制的基本結構26-27
• 3.2.2 擾動消除系統(tǒng)27-28
• 3.2.3 具有擾動消除的自適應逆控制系統(tǒng)28-29
• 3.3 非線性濾波器及最小均方誤差算法選擇29-34
• 3.3.1 非線性自適應濾波器的選擇29-31
• 3.3.2 最小均方誤差算法的選擇31-34
• 3.4 無軸承異步電機懸浮系統(tǒng)的建模及逆建模34-41
• 3.4.1 懸浮系統(tǒng)的建模34-37
• 3.4.2 懸浮系統(tǒng)的逆建模37-41
• 3.5 無軸承異步電機懸浮系統(tǒng)自適應逆控制系統(tǒng)構建及仿真41-44
• 3.5.1 控制系統(tǒng)仿真模型構建41-42
• 3.5.2 自適應逆控制系統(tǒng)的仿真實驗研究42-44
• 3.6 本章小結44-46
• 第四章 無軸承異步電機dSPACE試驗平臺設計46-68
• 4.1 基于dSPACE的電機控制系統(tǒng)硬件平臺結構46-56
• 4.1.1 dSPACE本身硬件部分47-48
• 4.1.2 外圍擴展硬件主電路48-50
• 4.1.3 外圍硬件控制電路50-56
• 4.2 dSPACE控制系統(tǒng)開發(fā)軟件56-57
• 4.2.1 實時工作室RTW56
• 4.2.2 實時接口軟件RTI56-57
• 4.2.3 綜合實驗與調(diào)試軟件ControlDesk57
• 4.3 dSPACE的具體實施流程57-58
• 4.4 基于dSPACE的無軸承異步電機控制試驗研究58-67
• 4.4.1 基本控制方法的試驗分析59-65
• 4.4.2 無軸承異步電機自適應逆解耦控制的實現(xiàn)方法65-67
• 4.5 本章小結67-68
• 第五章 總結與展望68-70
• 5.1 論文的主要工作68-69
• 5.2 研究工作展望69-70
• 參考文獻70-74
• 致謝74-75
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學術成果75

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