基于svpwm的永磁型无轴承电机单闭环控制

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1、基于SVPWM的永磁型无轴承电机单闭环控制李楠邓智泉仇志坚王晓琳(南京航空航天大学自动化学院航空电源航空科技重点实验室，江苏省南京市210016)摘要：本文在介绍无轴承永磁同步电机径向悬浮力产生原理基础上，分析和推导出了极坐标系下悬浮力的磁链形式数学模型，选择采用SVPWM控制算法，对悬浮力的控制提出了一种全新的控制方法：基于SVPWM的无轴承永磁电机单闭环控制，并设计了相应的控制系统。仿真结果表明,该方法简化了控制系统，有效地提高了无轴承电机的动态响应性能，实现了电机的稳定悬浮。关键词：永磁电机；无轴承电机；单闭环

2、控制；空间矢量脉宽调制TheSingleClosedLoopControloftheBearinglessPermanentMagnetMotorBasedonSVPWMMethodLINanDENGZhi-quanQIUZhi-jianWANGXiao-lin(Aero-PowerSci-techCenter,CollegeofAutomationEngineering,NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing210016,JiangsuProvin

3、ce,China)Abstract:Basedontheprincipleofproducingradialforcesonbearinglesspermanentmagneticmotor,themathematicalmodelofradialforcesonBPMSMisdeducedinpolarcoordinates.Anovelcontrolalgorithmbasedonspacevectorpulsewidthmodulationmethodisproposedinthispaper.Thesingl

4、eclosedloopcontrolofthebearinglesspermanentmagnetmotorbasedonsvpwmmethod.Byapplyingthisapproach,acontrolsystemwasalsodesigned.Thesimulationresultsshowthatthisapproachiseffectiveinimprovingthedynamicperformanceofstablesuspensionofbearinglessmotors,anddemonstrate

5、dthegoodperformanceofthesuspension.Keywords:permanentmagnetmotor;bearinglessmotor;singleclosedloopcontrol;spacevectorpulsewidthmodulation60引言高速永磁同步电动机的发展一直受到轴承技术的制约。采用无轴承技术的永磁同步电动机在充分发挥其大功率、长寿命、高效率和体积小等优势的基础上，结合磁轴承技术的优点，集磁悬浮和电机旋转功能于一体，不占用额外的轴向空间，还可突破更高转速和大功率的限制

6、，在很大程度上拓宽了该类电机的应用领域，故在飞轮贮能、生、化、医、核等领域具有广泛的应用前景[1-4]。无轴承永磁同步电机在超高速驱动领域可大功率化；无轴承异步电机相比，转子永磁体极数固定，悬浮控制绕组在转子上没有感应电流产生，克服了异步电机由于悬浮控制绕组对转子感应所产生的负转矩，控制系统设计相对简单。故永磁同步电机首先被用于研究并实现了无轴承化。无轴承永磁同步电机是一个非线性强耦合的系统，文献[5-10]分别基于转子磁场定向、电磁场虚位能原理和非线性状态反馈实现了电磁转矩和悬浮力之间的解耦控制。目前，国内外对悬浮

7、力的控制还是基于对悬浮电流进行闭环控制从而间接控制悬浮绕组磁链，最后产生所需的悬浮力。此控制方法是对磁链的间接控制，必然存在动态响应慢的缺点；并且采用电流闭环控制，需要三个PI调节器，控制系统复杂。6本文首先对传统的悬浮力的数学模型进行推导演化，得到在极坐标系下的悬浮力磁链表达数学模型，针对新的数学模型，重新选择了SVPWM算法，从而不再需要电流闭环，直接控制悬浮绕组的磁链；其次重新设计了控制器，结构大为简化。对电机进行了仿真实验，结果表明转子起浮过渡过程较短，超调量小，该方法实现了单闭环控制，性能良好。1径向悬浮力

8、在极坐标下数学模型推导1.1无轴承永磁电机磁悬浮机理[10-15]在电机的定子槽中放入两套不同极对数的绕组，即转矩绕组（极对数p1，电角频率w1）和悬浮控制绕组（极对数p2，电角频率w2），当满足p2=p1±1、w2=w1条件时，电机中才能产生可控的悬浮力[10-11]。悬浮控制绕组的引入，有目的的改变电机气隙磁场的分布，使得电机转子上受到恢复