磁懸浮異步電機的自抗擾控制的研究

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摘要 磁懸浮電機是一種集旋轉與自懸浮功能于一體的新型磁懸浮電機，其潛在的應用價值和復雜的運行控制己成為目前高速交流傳動領域一個新的研究方向。磁懸浮異步電動機以其結構簡單、可靠性高，成為研究最早、最多的磁懸浮電機類型。
磁懸浮異步電動機是一個多變量、非線性、強耦合的復雜系統(tǒng)，本文以磁懸浮異步電動機的 非線性解耦控制為研究重點。在深入分析磁懸浮異步電動機懸浮機理的基礎上，建立了電機的數(shù)學模型。針對磁懸浮異步電動機電磁轉矩和徑向懸浮力之間的耦合特性，研究了轉矩繞組轉子磁場定向矢量控制策略。應用MATLAB/simulink建立了控制系統(tǒng)仿真模型，仿真結果表明，該方法基本實現(xiàn)了磁懸浮異步電動機電磁轉矩和懸浮力之間的解耦，且具有較好的調速和懸浮特性。
最后，基于TMS320LF2812DSP對磁懸浮異步電動機系統(tǒng)建立了全數(shù)字控制實驗平臺，采用轉矩繞組轉子磁場定向控制策略，設計了主要的硬件系統(tǒng)，給出了各個功能模塊的流程圖。

關鍵詞 磁懸浮異步電動機 轉子磁場定向控制 解耦控制 數(shù)字控制系統(tǒng)


Reserch of Active Disturbance Rejection Controller on Bearingless Induction Motor
Abrstract The bearingless motor which combinesdrive windings with magnetic levitation bearings is a new type of motor. The research on the bearingless motor has become a focus at present in the domain of AC drive with high speed due to its potential value and complexo peration control. With the advantage of simple strueture and high reliability，the bearingless induction motor has been studied earlier and more than other types.
The bearingless induction motor is a nonlinear system with multivariable and significant coupling.This dissertation focus on the linearization deeoupling control of bearingless induetion motor.The mathematical model of bearingless induetion motor is proposed based on the analyses of magnetic suspension principle.As the bearingless induction motor is a strongly coupled，complex and nonlinear system，the decoupling control of electromagnet torque and radial levitation force is the base of the stable operation of the motor. Firstly,the rotor flux-orientation controller is proposed.The control system model of the above is established in MATLAB/SIMULINK and the results hows nice statistic and dymamie charaeteresties.
Finally，based on the principle of rotor flux oriented control，the digital control system is designed using DSP(TMS320F2812).The main hardware systems and the flowcharts of eaeh funetional bloek are presented.

Key words bearingless induction motor Flux-orientation decoupling control Digital control system

目錄
第一章 緒論 1
1.1磁懸浮電機概述 1
1.1.1磁懸浮電機的研究背景 1
1.1.2磁懸浮電機的發(fā)展概況 2
1.1.3磁懸浮電機的工業(yè)應用 3
1. 2磁懸浮電機的研究方向 4
1.3非線性解耦控制理論的發(fā)展 5
1.4課題研究意義和本文內容安排 7
1.4.1課題研究意義 7
1.4.2本文的內容安排 7
第二章 磁懸浮異步電動機數(shù)學模型 9
2.1磁懸浮異步電動機的工作原理 9
2.2磁懸浮異步電動機懸浮力推導 11
2.2.1洛侖茲力 11
2.2.2麥克斯韋力 12
2.3磁懸浮異步電動機的數(shù)學模型 14
2.3.1旋轉模型基本方程 14
2.3.2徑向懸浮力數(shù)學模型 15
2.3.3運動方程模型 16
第三章 磁懸浮異步電動機的磁場定向控制策略 17
3.1磁場定向控制基本概念 17
3.2磁懸浮異步電機轉矩繞組轉子磁場定向控制 17
3.3磁懸浮異步電機轉子磁場定向控制系統(tǒng)的建模 19
第四章 自抗擾控制器在磁懸浮異步電機控制系統(tǒng)中的應用 20
4.1自抗擾控制器的結構和數(shù)學模型 21
4.1.1跟蹤微分器(TD) 22
4.1.2擴張狀態(tài)觀測器（ESO） 23
4.1.3非線性狀態(tài)誤差反饋(NLSEF) 26
4.2自抗擾控制器在磁懸浮異步電機控制系統(tǒng)中的應用 27
4.2.1基于ESO的轉子磁鏈辨識模塊 27
4.2.2無速度技術實現(xiàn)模塊 31
4.2.3速度轉矩ADRC控制器 32
4.3自抗擾控制器控制系統(tǒng)設計和仿真 32
第五章 磁懸浮異步電動機數(shù)字控制系統(tǒng)實現(xiàn) 37
5.1TMS320F2812數(shù)字控制系統(tǒng) 37
5.2數(shù)字控制系統(tǒng)的硬件構成 38
5.2.1主電路及其驅動 38
5.2.2電流檢測電路 39
5.2.3位移及速度檢測電路 40
5.2.4故障輸出保護電路 41
5.3數(shù)字控制系統(tǒng)軟件構成 43
5.3.1主程序構成及程序流程圖 43
5.3.2中斷子程序構成及程序流程圖 44
第六章 總結與展望 47
6.1 本文的主要工作和創(chuàng)新點 47
6.2 需要進一步研究的工作 47
致謝 49
參考文獻 50