磁懸浮開關磁阻電機用軸向徑向磁軸承

針對高速磁懸浮電機電磁軸承采用固定偏置電流導致功耗較大問題,在控制電流采用pid控制基礎上,介紹了一種變偏置電流減小電磁軸承功耗的控制方法。推導出電磁軸承功耗與偏置電流關系,結合約束條件,得到最低功耗時偏置電流關于轉子位移偏差的函數(shù)表達式。為了提高系統(tǒng)快速響應能力,在實際應用中對偏置電流函數(shù)表達式進行近似線性化處理。仿真和實驗結果表明:該方法既能保證磁懸浮軸承系統(tǒng)穩(wěn)定起浮,同時靜態(tài)懸浮和降速過程中降低軸承線圈銅耗達94%,電機轉頻達700hz時降低軸承鐵耗約為74%,降低功耗效果明顯。

針對磁懸浮開關磁阻電機參數(shù)設計問題,提出一種基于最小二乘支持向量機與粒子群優(yōu)化算法的電機結構參數(shù)優(yōu)化設計方法。采用三維有限元仿真建立樣本空間,構建懸浮力、電磁轉矩與繞組間互感的最小二乘支持向量機非參數(shù)模型;并基于該非參數(shù)模型,選擇滿足額定電磁轉矩為約束條件,懸浮力最大且繞組間互感最小為優(yōu)化目標,采用粒子群優(yōu)化算法獲取電機的最優(yōu)結構參數(shù)。仿真結果表明:最小二乘支持向量機非參數(shù)模型精確度高,采用該優(yōu)化設計方法設計的磁懸浮開關磁阻電機具有懸浮承載力強、耦合小、易于控制的優(yōu)點,并且該優(yōu)化設計方法算法簡單、操作方便。

對一種異極性徑向磁軸承進行了研究,該型磁軸承由于永磁磁極未有主動控制,導致位移副剛度增大,降低了磁軸承的懸浮性能。對參數(shù)進行比較分析,根據(jù)比較結果優(yōu)化設計軸承參數(shù),降低永磁磁極對懸浮性能的影響。設計了徑向懸浮力400n的原理樣機,進行了二維仿真分析,結果表明,性能分析正確,參數(shù)優(yōu)化合理,磁軸承懸浮性能優(yōu)良。

研究了一種六極異極性徑向永磁偏置磁懸浮軸承,介紹了其結構及工作原理。通過坐標變換的方法將徑向的懸浮力解耦,并推導了它與電流以及位移之間的函數(shù)關系。提出了根據(jù)各方向最小承載力最大來設計該磁懸浮軸承偏置磁場的原則。通過電磁場有限元軟件對該磁懸浮軸承的懸浮力進行了仿真驗算,仿真結果表明,在一定范圍內x、y方向的懸浮力具有較好的線性特征,x方向的線性范圍大于y方向的線性范圍。仿真結果與計算結果的對比表明,按照等效磁路法計算出的電流剛度與仿真結果較為接近,平均誤差小于3%,而位移剛度則略大于仿真結果。

針對磁懸浮開關磁阻電機這一多變量、非線性、強耦合系統(tǒng)解耦控制時逆動力學模型難以獲取的問題,提出一種基于最小二乘支持向量機的逆動力學建模與解耦控制方法。介紹磁懸浮開關磁阻電機工作原理,給出懸浮力和轉矩的動力學模型,分析模型的可逆性。在此基礎上,結合最小二乘支持向量機擬合與逆模解耦線性化特點,研究磁懸浮開關磁阻電機的最小二乘支持向量機逆動力學建模與解耦控制方法,給出逆動力學建模與優(yōu)化過程,設計前饋和反饋環(huán)節(jié)對系統(tǒng)進行復合控制。仿真及實驗結果表明:逆動力學模型實現(xiàn)了系統(tǒng)的解耦線性化,復合控制系統(tǒng)具有良好的動態(tài)和靜態(tài)性能。

永磁懸浮軸承由于結構簡單且不需要復雜的位置控制系統(tǒng)而具有相當?shù)膽脙r值。基于永磁材料的線性退磁曲線,通過對雙永磁環(huán)的磁路分析,利用間隙磁導的擬合計算公式,采用虛功原理法得到雙永磁環(huán)軸向靜態(tài)磁力的解析模型,該解析模型可以計算不同內外徑的雙永磁環(huán)懸浮軸承的軸向靜態(tài)承載力,并設計了測量雙永磁環(huán)間隙與磁力關系的實驗裝置,實驗結果表明,永磁環(huán)磁力解析模型的計算值和實測值吻合較好,該方法能較好的計算出雙永磁環(huán)懸浮軸承的靜態(tài)承載力。

提出一種12/8磁懸浮開關磁阻電機,首先對其工作原理進行介紹,說明該種電機產生的徑向力能夠實現(xiàn)軸承的懸浮?；谔摴Ψń⒘似鋢軸方向和y軸方向上徑向力的數(shù)學模型,并通過解析法與有限元法計算結果的對比,證明所建立數(shù)學模型的正確性。重點對于在不考慮轉子偏心位置和考慮轉子偏心的情況下的電機特性進行分析,磁懸浮開關磁阻電機的徑向力具有線性的特性并且獨立于轉矩電流,因此轉矩和徑向力的解耦控制可以實現(xiàn)。

磁懸浮開關磁阻電機(bsrm)的電感矩陣是電機建模的基礎,本文提出了基于最小二乘支持向量機(ls-svm)的電機電感辨識建模方法。首先通過對bsrm電感特性的有限元分析,獲得各參數(shù)對電感的影響規(guī)律,然后結合lssvm在有限樣本數(shù)據(jù)下對高維非線性的逼近能力,離線建立bsrm各種運行工況下的電感模型。另外在建模中,針對ls-svm超參數(shù)選取問題,采用粒子群優(yōu)化算法(pso)對其進行自動尋優(yōu),以提高電感模型精度。最后通過對比仿真研究,表明pso-ls-svm模型能夠準確反映電機磁飽和下的電感特性,這為bsrm磁飽和模型的構建奠定了基礎。

為探索磁懸浮開關磁阻電機高性能無傳感器控制,研究了一種基于最小二乘支持向量機的轉子位移/位置觀測器設計方法。該方法在對磁懸浮開關磁阻電機數(shù)學模型進行狀態(tài)空間變換的基礎上,采用最小二乘支持向量機設計轉子位移/位置觀測器。闡述了觀測器設計原理,對觀測器的穩(wěn)定性進行分析,給出了觀測器離線訓練和在線學習的實施步驟。最后通過仿真和實驗對所提方法進行了驗證。結果表明,所設計觀測器具備較好的觀測效果,能夠實時準確地觀測出轉子位移和位置,從而可實現(xiàn)無傳感器控制。

利用有限元方法分析軸向電磁軸承的磁場分布情況,通過變換軸承定子結構參數(shù),計算出線槽形狀變化而產生的不同電磁力,分析電磁力的變化規(guī)律,并得出相關結論,對軸承的結構設計提供參考。

磁懸浮開關磁阻電動機結合了開關磁阻電動機和磁軸承的特點,通過電磁力控制轉子徑向位置。分析了磁懸浮開關磁阻電動機懸浮力和旋轉力的產生原理?；陂_關磁阻電動機轉子的四個特殊位置,利用二維有限元方法分析了轉子位于中心位置與有徑向偏心時的電機內部磁場,給出了磁場分布圖、徑向懸浮力與徑向偏心矩的關系曲線、旋轉力與徑向偏心矩的關系曲線,為進一步描述磁懸浮開關磁阻電動機懸浮力與旋轉力的模型提供了依據(jù)。

日前，斯凱孚（skf）獲得了—份為沈陽鼓風饑集團股份有限公司提供s2m磁懸浮軸承系統(tǒng)的合同。

日前，斯凱孚（skf）獲得了—份為沈陽鼓風饑集團股份有限公司提供s2m磁懸浮軸承系統(tǒng)的合同。skf為沈鼓提供的磁浮軸承系統(tǒng)將采用一種經實地驗證的設計，該設計在全球范圍內廣泛用于天然氣管道壓縮機。s2m磁懸浮軸承可確保轉子控制完全符合磁懸浮軸承的國際標準（iso14839,api617）。

為了建立橫向磁場直線開關磁阻電機(transversefluxlinearswitchedreluctancemotors,tflsrm)的解析數(shù)學模型,首先分析tflsrm的結構和磁路特點,建立tflsrm的磁路等效模型,采用直線磁路和變橢圓系數(shù)的橢圓形磁路分割法推導等效磁路的氣隙磁導解析式,確定以磁導表示的繞組電感和磁鏈,建立了推力和法向力的數(shù)學模型。有限元分析結果驗證了所建數(shù)學模型的正確性,利用該模型分析了改變次級極寬和氣隙長度對電機推力和法向力的影響,半實物仿真實驗結果驗證了所建模型的有效性。

無軸承電機懸浮磁路控制的研究

提出了五自由度磁懸浮開關磁阻電動機通過使用有限元軟件ansoft來計算懸浮驅動電流的方法。介紹了一種五自由度磁懸浮開關磁阻電機結構,分析了三自由度磁軸承的工作原理和二自由度磁懸浮開關磁阻電動機的懸浮原理,接著采用ansoft軟件對磁懸浮開關磁阻電機進行有限元分析計算,得出懸浮驅動電流曲線,從而實現(xiàn)了通過有限元分析計算代替?zhèn)鹘y(tǒng)的以研究控制對象數(shù)學模型為主的研究方法。該方法對磁懸浮一類電動機的懸浮控制研究有一定的意義。

為了解決延時引起的磁軸承系統(tǒng)穩(wěn)定裕度下降問題,針對磁軸承開關功率放大器中存在的固有延時和可變延時進行了研究,提出了一種利用干擾觀測器(disturbanceobserver,dob)理論的時間延時補償方法。該方法將開關功率放大器中產生的延時作為擾動項等效到輸入端,并構造相應的干擾觀測器模型對擾動項進行估計,實現(xiàn)對磁軸承開關功率放大器的延時補償。仿真和實驗結果表明,干擾觀測器可以有效的降低超調,減小波形滯后失真,提高跟蹤性能,從而驗證此方法對于提高系統(tǒng)的動態(tài)響應速度是可行有效的。

介紹了單神經元自適應pid算法原理,提出了以單神經元自適應pid控制算法為核心的四相8/6極開關磁阻電機調速系統(tǒng)設計。以mcs80c196kc單片機作為控制器,對調速系統(tǒng)的硬件電路和軟件部分進行了設計,實現(xiàn)了單神經元pid自適應控制算法在開關磁阻電機調速中的應用。實驗證明,該控制算法有助于改善開關磁阻電機的調速性能。

為抑制開關磁阻電機(srm)轉矩脈動,從電機設計和控制的角度出發(fā)都需要快速、正確地獲取其磁鏈和轉矩模型。本文根據(jù)srm磁鏈隨角度、電流的變化特點,取6個特殊轉子位置處的磁鏈數(shù)據(jù),用七次多項式函數(shù)來建立srm磁鏈模型和轉矩模型,與有限元計算結果對比表明,所提方法具有快速和準確性。

丹佛斯磁懸浮壓縮機軸承原理及控制

電機用深溝球軸承徑向游隙及配合的選擇與分析

研究軸頸撓度和瓦塊表面熱彈變形對臥式水電機組徑向滑動軸承靜態(tài)潤滑性能的影響。推導考慮軸頸撓度和軸瓦熱彈變形后的油膜厚度表達式;用中心差分法結合ansys軟件聯(lián)立求解雷諾方程、能量方程、固體熱傳導方程、密度方程、黏度方程和軸瓦熱彈變形等,得到徑向滑動軸承的熱彈流潤滑(tehd)特性,并與不計入軸頸撓度及軸瓦熱彈變形的油膜動壓潤滑特性進行比較。結果表明:在考慮軸頸撓度和軸瓦瓦面熱彈變形的影響后,油膜壓力、溫度、厚度沿著軸承寬度中心線的對稱特性消失;油膜壓力峰值增大,峰值點位置由軸向中心區(qū)偏移至出口區(qū);油膜溫度峰值增大,最高溫度發(fā)生在出口區(qū);潤滑區(qū)內的最小油膜厚度大幅度減小,油膜最小厚度處于出口側邊界附近;軸承潤滑流量減小,損耗略有增大;軸承穩(wěn)態(tài)運行時,軸頸偏位角基本一致。