无轴承无刷直流电机悬浮力控制策略及数字系统研究

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无轴承无刷直流电机(Bearingless BLDCM)是一种采用了无轴承技术的无刷直流电机,作为新型电机,其结合了无轴承电机和无刷直流电机的优点,具有高转速、无摩擦、无需励磁、高功率密度等多重优势,是高速电气传动领域中的重大突破,在医疗卫生、真空技术、飞轮储能、航空航天等新能源领域具有广泛的应用前景。  论文在江苏省“青蓝工程”创新团队和江苏省“333工程”专项科研基金的资助下,以无轴承无刷直流电机为研究对象,重点展开了无轴承无刷直流电机基础理论和实验设计研究,对其运行原理、悬浮力控制策略及数字控制系统等方面进行了较为深入地研究,具体内容如下:  首先,论文针对无轴承无刷直流电机进行了系统性综述,主要包括对其研究背景、发展现状、发展趋势及其关键技术问题进行概述。  其次,在介绍无刷直流电机运行机理和分析了无轴承电机悬浮力产生原理的基础之上,采用磁场定向法推导出无轴承无刷直流电机悬浮力公式,并在此基础之上建立了无轴承无刷直流电机转矩和悬浮力部分的数学模型。  再次,论文针对无轴承无刷直流电机传统悬浮力控制方法的不足,提出一种悬浮力新型控制策略,利用三相悬浮力绕组同时导通的控制方法,来实现转子稳定悬浮,详细叙述了新型电机绕组结构和悬浮力产生的机理,并根据新型控制方法设计了相对应的控制系统。最后为了验证该悬浮力新型控制策略的正确性,采用Ansoft有限元仿真软件建立二维电磁场仿真模型,运用有限元分析(FEM)方法对其内部的磁场分布和转子径向悬浮力进行了分析,然后再利用Matlab/Simulink构建无轴承无刷直流电机控制系统仿真模型进行仿真试验。实验结果表明,采用本文提出的悬浮力新型控制策略的控制系统能够实现无轴承无刷直流电机转子的稳定悬浮,因此该悬浮力新型控制策略的可行性得到了验证。  最后,基于上述对无轴承无刷直流电机结构、数学建模及控制策略的研究基础之上,构建以TMS320F2812数字信号处理器为核心的无轴承无刷直流电机数字控制系统,主要包括硬件设计和软件设计,并介绍了各个组成部分的具体实现方法,为以后试验平台的搭建奠定了基础。
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