无轴承异步电机的非线性逆解耦控制

2012年03月26日14:12:46 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

王正齐，刘贤兴，周静伟，陈明易
江苏大学电气信息工程学院，江苏镇江　

摘　　　要：针对无轴承异步电机多变量、非线性和强耦合的特点，采用基于逆系统理论的控制方法对其进行解耦控制。首先简要介绍了无轴承异步电机的基本原理，推导出电机旋转部分和径向悬浮力的数学模型。然后对转矩绕组采用非线性逆解耦控制。而径向悬浮控制所需的转矩绕组气隙磁链值可以在逆解耦控制的基础上通过系统辨识获取，从而实现转子的稳定悬浮。较后进行系统综合和仿真研究。研究表明，非线性逆解耦控制方法不仅能实现无轴承异步电机悬浮力和旋转力之间的解耦，而且能实现电机转速和转子磁链之间的动态解耦。

关　键　词：无轴承异步电机；非线性逆解耦；悬浮力

１　引　言
无轴承电机［１３］具有无摩擦、无润滑、无机械噪声、高速和超高速运行等优点。在能源交通、航空航天、机械工业及机器人等高科技领域具有巨大的应用前景。无轴承异步电机作为无轴承电机中的一种新型电机，具有结构简单、可靠性高和易于弱磁等特点，是研究较早、较多的无轴承电机类型。无轴承异步电机转子的悬浮是其定子上转矩绕组和悬浮控制绕组２种磁场相互作用的结果，实现电机电磁转矩和悬浮力控制的解耦是无轴承电机运行的基本要求。文献［４５］对无轴承异步电机采用基于转矩控制绕组气隙磁场定向的控制策略，实现了对转矩和气隙磁链的分别控制，但是气隙磁链仍然受转矩电流影响，并没有实现真正意义上的解耦控制。而且气隙磁场定向控制不仅算法复杂，还存在固有的较大转矩限制。文献［６７］采用无轴承异步电机转子磁场定向控制方法，能做到转矩电流与励磁电流之间的解耦。但是其本质上属稳态解耦控制，只有当转子磁链达到稳态并保持恒定时才能实现电磁转矩和转子磁链之间的解耦，而不能实现动态解耦。逆系统［８９］方法的实质是应用反馈线性化的方法来使得多变量、非线性、强耦合的系统解耦线性化。其基本思想是，对于给定的系统，先用对象的模型生成一种可用反馈方法实现的“逆系统”，将对象补偿成具有线性传递关系的且已解耦的“伪线性系统”；再用线性系统的理论来完成伪线性系统的综合。逆系统方法不必将问题引入到几何域中，因此具有物理概念清晰直观，数学分析简单明了等优点，便于工程应用上推广应用。本文基于逆系统理论，对无轴承异步电机的转矩绕组进行控制，并通过转子磁链和定子电流值来辨识径向悬浮控制所需的转矩绕组作用的气隙磁链值，从而达到实现转子稳定悬浮的要求。

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