无轴承同步磁阻电机直接转矩和径向悬浮力直接控制的研究

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1、江苏大学硕士学位论文摘要无轴承同步磁阻电机是在同步磁阻电机的基础上实现了无轴承化的一种性能优良的无轴承电机。无轴承同步磁阻电机既拥有同步磁阻电机转子结构简单，制造容易，转矩密度高的优点又具备了无轴承电机超高速、无摩擦、无污染、无需润滑的特点。因此，无轴承同步磁阻电机在航空航天、生命科学、食品化工、高速电主轴等领域具有明显的科研价值与应用前景。无轴承同步磁阻电机径向悬浮力产生原理是其转矩绕组和悬浮力绕组在气隙中各自所产生的磁场合成后相互作用的结果，这决定了其电磁转矩与径向悬浮力之间存在着强祸合。因此，要实

2、现无轴承同步磁阻电机的稳定运行就必须对其电磁转矩和径向悬浮力进行解耦控制。本文主要对无轴承同步磁阻电机数学模型、直接转矩控制与径向悬浮力直接控制算法、数字控制系统等方面开展了研究工作。论文的主要内容包括：(1)本文论述了无轴承电机的发展概况，分析了无轴承同步磁阻电机与直接转矩控制的研究意义与研究现状。(2)介绍了无轴承同步磁阻电机的机械结构，在此基础上分析了无轴承同步磁阻电机的电磁转矩与径向悬浮力的产生机理并推导了无轴承同步磁阻电机旋转部分与悬浮部分的数学模型。(3)分析并推导了无轴承同步磁阻电机基于空

3、间电压矢量的直接转矩与径向悬浮力直接控制算法并给出了算法实现的具体步骤，最后通过Matlab6．5仿真软件对该算法进行建模与仿真试验研究。(4)无轴承同步磁阻电机直接转矩控制以及径向悬浮力直接控制算法的基础上，设计了无轴承同步磁阻电机的数字控制系统，包括硬件系统与软件系统，并对数字控制系统进行了相关的实验验证。关键词：无轴承电机，同步磁阻电机，空间电压矢量脉宽调制，直接转矩控制，径向悬浮力直接控制，数字控制宰本课题得到国家自然科学基金项日(60974053)、江苏省自然科学摹金项目(BK2009204)

4、和高校博士点基金项F{(20093227llO002)资助。江苏大学硕士学位论文ABSTRACTAbearingIesssynchronousreluct锄cemotor(BSynRM)isakindofbearingIessmotorwithexcellentperfonnance，whichh舔realizedbearingIesstecllIlologyonthebasisofasynchronousreluctancemotor．ItnotonlysucceedssomeadVantagesof

5、asynchronousreluctancemotorwhichh嬲thesimples虮Jctureandreliableoperationrotorandhi曲torquedensi哆butalsohasthebearinglessmotorexcellentcharacteristics，suchashi曲·spcednomech锄ical衔cti伽，nopollution，needlesslubrication．Therefore，inthefieIdofae∞nauticsandaStlron

6、autics，Ii佗Science，foodandchemicalindustry，highspeedelectI．icspindIe，theBSynRMhasobViousresearchValueand叩plicationprospect．ThegenerationprincipleofrallialsuspensionforcesonBSynRMismeresultoftheinteractiononresultantmagneticfieldproducedbytorquewinding粕dsu

7、spensionforcewindingsintheair．gap，whichdete肿inesthe蛐rongcouplingexistingbetweentheeIectromagnetictorque锄dmdiaIsuspensionforce．Inordert0ensu佗theBSynRMstabIe0peration，itisneces髓叮t0realizedynamicdecouplingcontrolinelectromagnetictorqueandIIadiaIsuspensionfo

8、rce．ThisthesismainlyfocuSesonthemathematicmodelsoftheBSynRM，thealgorithmofdirecttorquecontrol(DTC)，t11ealgorithmofmdicalsuspensionforcedirectcontrol(DFC)andt11edigitalcontrolsys_temoftheBSynRM．Themainworkf-romthisthesisisp