无轴承异步电机悬浮系统非线性滤波器自适应逆控制研究

发布时间：2017-08-16 11:40

  本文关键词：无轴承异步电机悬浮系统非线性滤波器自适应逆控制研究

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【摘要】：无轴承异步电机(Bearingless Induction Motor,BIM)具有结构紧凑简单,无摩擦,易于弱磁控制,高速和超高速运行等优点,在农业生产机械、农用发电设备、半导体工业、生命科学、飞轮储能等高科技领域有较好的应用前景,但是BIM具有复杂的电磁关系,是多变量、非线性、强耦合的系统,其旋转力和径向悬浮力之间、两自由度径向悬浮力之间都存在着非常复杂的耦合关系,要实现电机转子的稳定悬浮和可控运行,提高控制精度,必须对其进行非线性动态解耦控制,因此考虑BIM的自适应逆解耦控制具有重要的理论和现实意义。论文在国家自然科学基金项目“数控机床高速磁悬浮电主轴自适应逆解耦控制及数字化技术(61174055)”等多项课题的支持下,围绕BIM的控制开展理论和实验研究。本文首先分析BIM的转矩绕组和悬浮绕组结构,研究了BIM的悬浮原理,并且借助麦克斯韦张量法建立了二自由度BIM的数学模型及运动方程,为后续仿真研究奠定理论基础。其次,本文在BIM转矩与悬浮力独立控制理论的基础上,并且将非线性自适应滤波器和逆系统控制方法相结合,提出了基于非线性自适应滤波器的悬浮系统自适应逆解耦控制策略。利用非线性自适应滤波器对悬浮系统进行自适应建模与逆系统建模,复制逆模型,将其串接在系统之前作为自适应逆控制器,同时采用一种变步长最小均方算法在线调节其权值系数。该方法不仅无需辨识转矩绕组气隙磁链,而且利用非线性滤波器可解决精确建模的问题,并在建模过程中解决各变量间的耦合问题。仿真实验表明,该控制策略完成了悬浮系统的动态解耦。最后,设计了BIM基于dSPACE的硬件控制系统,并构建了试验平台。给出了外围扩展硬件系统的主电路和控制电路的设计原理图,详细说明了在线实验过程,并分析实验结果。
【关键词】：无轴承异步电机 解耦控制 自适应滤波器 自适应逆 d SPACE控制系统
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM343;TN713
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 无轴承电机概述8-12
• 1.1.1 无轴承电机的研究背景及意义8-9
• 1.1.2 无轴承电机在国内外的研究概况9-10
• 1.1.3 无轴承电机的工业应用及发展趋势10-12
• 1.2 无轴承异步电机控制的主要方法12-16
• 1.3 论文工作提出及内容安排16-18
• 第二章 无轴承异步电机的基本理论18-25
• 2.1 无轴承异步电机的基本结构18-19
• 2.2 无轴承异步电机径向悬浮力产生原理19-21
• 2.2.1 旋转电机的电磁力19-20
• 2.2.2 径向悬浮力产生原理20-21
• 2.3 无轴承异步电机的数学模型21-24
• 2.3.1 无轴承异步电机旋转运动基本方程21-22
• 2.3.2 无轴承异步电机径向悬浮力方程22-24
• 2.3.3 无轴承异步电机运动方程24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 无轴承异步电机悬浮系统自适应逆控制25-46
• 3.1 自适应逆控制的发展25-26
• 3.2 自适应逆控制基本原理及特点26-29
• 3.2.1 自适应逆控制的基本结构26-27
• 3.2.2 扰动消除系统27-28
• 3.2.3 具有扰动消除的自适应逆控制系统28-29
• 3.3 非线性滤波器及最小均方误差算法选择29-34
• 3.3.1 非线性自适应滤波器的选择29-31
• 3.3.2 最小均方误差算法的选择31-34
• 3.4 无轴承异步电机悬浮系统的建模及逆建模34-41
• 3.4.1 悬浮系统的建模34-37
• 3.4.2 悬浮系统的逆建模37-41
• 3.5 无轴承异步电机悬浮系统自适应逆控制系统构建及仿真41-44
• 3.5.1 控制系统仿真模型构建41-42
• 3.5.2 自适应逆控制系统的仿真实验研究42-44
• 3.6 本章小结44-46
• 第四章 无轴承异步电机dSPACE试验平台设计46-68
• 4.1 基于dSPACE的电机控制系统硬件平台结构46-56
• 4.1.1 dSPACE本身硬件部分47-48
• 4.1.2 外围扩展硬件主电路48-50
• 4.1.3 外围硬件控制电路50-56
• 4.2 dSPACE控制系统开发软件56-57
• 4.2.1 实时工作室RTW56
• 4.2.2 实时接口软件RTI56-57
• 4.2.3 综合实验与调试软件ControlDesk57
• 4.3 dSPACE的具体实施流程57-58
• 4.4 基于dSPACE的无轴承异步电机控制试验研究58-67
• 4.4.1 基本控制方法的试验分析59-65
• 4.4.2 无轴承异步电机自适应逆解耦控制的实现方法65-67
• 4.5 本章小结67-68
• 第五章 总结与展望68-70
• 5.1 论文的主要工作68-69
• 5.2 研究工作展望69-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-75
• 攻读硕士期间发表的学术成果75

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本文编号：683107