论文部分内容阅读
无轴承无刷直流电机是集无刷直流电机与磁轴承于一体的新型电机。它在继承无刷直流电机结构简单，可靠性高，效率较高，高效区域大，转矩密度高，功率因数接近1等优点上，又可实现高速稳定的悬浮控制。无轴承无刷直流电机与其他无轴承电机相比，具有轴向空间更短，临界转速更高等诸多优点。并且由于电机悬浮是以电动机本身的旋转磁场为偏置磁场，所以磁悬浮功耗较小，具有节能质优的优点，使其成为目前高速传动领域中一个新的研究方向。
直接转矩控制(DTC)，在正弦波控制电机方面已获得成功应用，近年来在无刷直流电机上也取得了一定的突破。直接转矩控制是控制方法与电动机模型的综合，这种方法实现电机的自然解耦并且大幅提高了电机的动、静态性能，这方面的研究已是现代电机控制中的一个主要方向。但是由于该方法转矩脉动较大，所以不可以直接应用到无轴承电机控制中，要想在无轴承无刷直流电机中应用直接转矩控制，首先需要解决其转矩脉动过大的问题。
本文首先分析无刷直流电机的数学模型，建立无轴承无刷直流电机悬浮控制的理论基础，然后推导出无轴承无刷直流电机的数学模型，包括转矩控制部分和悬浮力控制部分;其次，基于DSVM控制方法推导出复合层次任意扇区细分型的直接转矩控制方法(MRDSVM-DTC)，并将其运用在无轴承无刷直流电机中。这种方法可以根据系统要求生成多层次及细化扇区的矢量表，并选择最佳的控制矢量以取得最好的控制效果;再次，设计闭环直接悬浮力控制方法，并且针对无轴承无刷直流电机的特点进行优化。该方法提升悬浮控制力响应的速度和精度，使得控制更为简洁，使用更为高效;然后，针对无轴承无刷直流电机悬浮控制器的参数选择，提出结合自适应遗传算法的最优参数迭代计算;最后，设计并实现无轴承无刷直流电机的数字控制系统。在Matlab/Simulink平台上建立结合复合层次任意扇区细分型直接转矩控制、闭环直接悬浮力控制及自适应遗传算法的无轴承无刷直流电机仿真，仿真结果表明MRDSVM-DTC能够明显抑制转矩脉动，电流畸变严重等一系列缺点，能够有效改善电机的动静态控制性能。并且闭环直接悬浮力控制可以精确跟踪电机转子的状态，有效提高了悬浮控制力的响应速度和控制精度。自适应遗传算法的迭代寻优又进一步提高了悬浮系统的控制精度。最后设计其数字控制系统，在DSP-TMS320F2812上实现以上控制方法。