磁悬浮开关磁阻电机麦克斯韦应力模型及其解耦控制研究

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磁悬浮开关磁阻电机是利用磁轴承和开关磁阻电机定子结构上的相似性,将悬浮绕组叠绕在开关磁阻电机定子中,使其同时实现驱动和自悬浮功能。磁悬浮技术的引入不仅可以充分发挥开关磁阻电机的高速适应性,而且可以改善其固有的震动和噪声。此外,磁悬浮技术的应用,也为开关磁阻电机在飞轮储能系统、航空航天、混合动力汽车等领域的应用创造了条件。   本文基于麦克斯韦应力法,在最大限度按照磁通路径精确选取积分路经基础上,推导了电机的瞬时转矩和悬浮力,改进的数学模型不仅考虑了电机径向悬浮力间的耦合,而且考虑了电机的磁饱和问题。并且,通过有限元分析软件分析验证了改进的数学模型的正确性和优越性。   同时,针对传统单相轮流导通控制策略下磁悬浮开关磁阻电机转矩和悬浮力的非线性强耦合特性,本文基于改进的电机数学模型,提出了一种新型电机解耦控制策略。通过合理设置主绕组和悬浮绕组的导通区间,实现了平均转矩和悬浮力的独立解耦控制。通过有限元分析联合仿真,分别验证了控制策略的独立解耦特性和稳态运行的可行性。并针对磁悬浮开关磁阻电机参数的动态不确定性,及控制系统鲁棒性差等局限性,本文将模糊控制理论引入到磁悬浮开关磁阻电机独立解耦控制系统中,设计了径向位移和转速模糊控制器。   最后,以12/8极结构的磁悬浮开关磁阻电机样机为对象,设计了硬件控制平台。包括主绕组和悬浮绕组功率变换电路及器件选型,功率驱动控制电路,数字控制电路,各个检测电路及其调理电路。并基于dSPACE半实物仿真平台并完成了基础实验,证明了所提出的控制策略的可行性。
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