锥形无轴承开关磁阻电机转矩与悬浮力的协调控制方法

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1、中图分类号：TM352论文编号：102870318-SX107学科分类号：080800硕士学位论文锥形无轴承开关磁阻电机转矩与悬浮力的协调控制方法研究生姓名刘晨昊学科、专业电气工程研究方向电机电器及其控制技术指导教师曹鑫副教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二零一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringCoordinationControlofTorqueandLevitationForcesforConicalB

2、earinglessSwitchedReluctanceMotorsAThesisinElectricalEngineeringbyLiuChenhaoAdvisedbyAssociateProf.CaoXinSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得

3、南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名:日期:南京航空航天大学硕士学位论文摘要由于锥形无轴承电机可主动控制转子系统的轴向力，因而可省去传统由无轴承电机构成的五自由度磁悬浮电机系统中的轴向磁悬浮轴承，有望进一步缩短系统轴向长度，提升转子临界转速。锥形无轴承开关磁阻电机（CBSRM）综合了无轴承电机技术和开关磁阻电机的优点，在高速、高功率密度、高可靠性要求等场合具有良好的应用

4、前景。然而，CBSRM系统是一个强耦合、非线性系统，需控制其转速、径向四自由度位移和轴向单自由度位移，因此CBSRM转矩和悬浮力控制方法，特别是转矩和轴向力协调控制方法是研究难点之一。为了解决以上问题，本文分别以单台和双台6/4极CBSRM为研究对象，研究其转矩与悬浮力的协调控制方法。首先，针对6/4极CBSRM结构的特殊性，推导了双相导通的数学模型；研究了单台CBSRM电流等效控制方法，并在MATLAB/Simulink环境下搭建了仿真模型，在以DSP和CPLD为控制核心的硬件平台上进行了旋转悬浮实验，仿真和实验结果均验证了控制方法的正确性与有效性。其次，针对双台

5、CBSRM，提出了转矩和轴向力单分工控制方法、转矩和轴向力双分工控制方法、偏置电流Δ控制方法，均可实现电机五自由度悬浮和旋转，理论分析并对比了三种方法，搭建了仿真模型，仿真结果验证了三种控制方法的可行性。最后，介绍了本文研究的单台/双台CBSRM的本体结构、硬件平台和软件架构，并针对双台CBSRM加工困难的问题阐述了本体参数设计时的约束条件。关键词：锥形无轴承开关磁阻电机，转矩，悬浮力，协调控制方法基金项目：国家自然科学基金面上项目（51477074）。I锥形无轴承开关磁阻电机转矩与悬浮力的协调控制方法AbstractTherotoroftheconicalbear

6、inglessmotorcanbefullylevitatedandrotateatthesametimewithoutmagneticbearings.Therotorcriticalspeedcanbehigherbecausethemotoraxiallengthisshortened.TheConicalBearinglessSwitchedReluctanceMotor(CBSRM)takestheadvantagesofthebearinglessmotorandtheswitchedreluctancemotor,therefore,itcanbeap

7、pliedinmanyfieldswiththedemandofhighspeed,highpowerdensityandhighreliability.However,theCBSRMinherentsthecharacteristicsofintensivecouplingandhighnonlinearitybecauseitsangularvelocityandfive-axispositionsneedtobecontrolledsimultaneously.Itremainsadifficultresearchtopictofindoutthecon