[發(fā)明專利]考慮電流動態(tài)的無軸承異步電機(jī)定子磁鏈定向逆解耦方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510461981.4
• 申請日: 2015-07-31
• 公開（公告）號: CN105071729A
• 公開（公告）日: 2015-11-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 卜文紹;祖從林;何方舟;肖雋亞;李曉強(qiáng);喬巖茹;葉宇程;王曉紅;王國強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 河南科技大學(xué)
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/12
• 代理公司: 洛陽公信知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 41120
• 代理人: 羅民健

1.一種考慮電流動態(tài)的無軸承異步電機(jī)定子磁鏈定向逆解耦方法，其特征在于，該逆解耦方法是將定子磁鏈定向逆系統(tǒng)串接在定子磁鏈定向原系統(tǒng)之前，使無軸承異步電機(jī)系統(tǒng)動態(tài)解耦為四個(gè)線性子系統(tǒng)：α和β兩個(gè)徑向位移量的二階線性子系統(tǒng)、一個(gè)定子磁鏈的一階線性子系統(tǒng)、一個(gè)轉(zhuǎn)速ω的二階線性子系統(tǒng)，定子磁鏈定向原系統(tǒng)的輸出量包括徑向位移量α和β、定子磁鏈、及轉(zhuǎn)速ω，徑向位移量α和β的二階導(dǎo)數(shù)和、定子磁鏈的一階導(dǎo)數(shù)、及轉(zhuǎn)速的二階導(dǎo)數(shù)作為定子磁鏈定向逆系統(tǒng)的輸入量，定子磁鏈定向逆系統(tǒng)的輸出量作為定子磁鏈定向原系統(tǒng)的輸入量，分別為懸浮繞組的d軸電流分量和q軸電流分量、轉(zhuǎn)矩繞組的d軸電壓分量和q軸電壓分量，其中，

所述定子磁鏈定向原系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型為：

，

式中，定義原系統(tǒng)的輸入量為，系統(tǒng)狀態(tài)變量為，系統(tǒng)輸出變量為，、分別為轉(zhuǎn)矩繞組定子電流的d、q軸分量，、分別為懸浮繞組定子電流的d、q軸分量，為轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)定子磁鏈，ω為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角頻率，是由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的磁懸浮力系數(shù)，m為轉(zhuǎn)子質(zhì)量，、分別為轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)在dq坐標(biāo)系中的定、轉(zhuǎn)子漏感，為電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的徑向位移剛度系數(shù)，，，，為轉(zhuǎn)矩繞組定子電阻，為轉(zhuǎn)矩繞組轉(zhuǎn)子電阻，為dq坐標(biāo)系中的等效兩相轉(zhuǎn)矩繞組的自感，為dq坐標(biāo)系中的等效兩相轉(zhuǎn)子繞組自電感，為轉(zhuǎn)矩繞組的磁極對數(shù)，J為轉(zhuǎn)動慣量，為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；

所述定子磁鏈定向逆系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型為：

，

式中，取逆系統(tǒng)的輸入量為。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述考慮電流動態(tài)的無軸承異步電機(jī)定子磁鏈定向逆解耦方法，其特征在于，其中所述定子磁鏈定向原系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是由如下方法得到的：

（1）定義αβ為靜止兩相對稱坐標(biāo)系、dq為轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)定子磁鏈定向同步旋轉(zhuǎn)兩相對稱坐標(biāo)系，

（2）根據(jù)電機(jī)內(nèi)部定子電流動態(tài)微分方程和定子磁鏈定向控制的靜態(tài)與動態(tài)約束條件，可得考慮定子電流動態(tài)的定子磁鏈定向轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學(xué)模型為：

，

（3）根據(jù)無軸承異步電機(jī)的工作原理，得到二極磁懸浮系統(tǒng)的可控徑向電磁力模型：

，

、分別為靜止α、β坐標(biāo)軸向的可控徑向懸浮力分量，、分別為沿d、q坐標(biāo)軸向的氣隙磁鏈分量，其表達(dá)式為：

，

（4）根據(jù)動力學(xué)原理，構(gòu)造轉(zhuǎn)子徑向懸浮運(yùn)動方程為：

，

式中，m為轉(zhuǎn)子的質(zhì)量，、分別為轉(zhuǎn)子發(fā)生徑向偏心時(shí)在電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的α、β向不平衡轉(zhuǎn)子單邊電磁拉力，，，是由電機(jī)結(jié)構(gòu)和電機(jī)磁場強(qiáng)度決定的徑向位移剛度系數(shù)；

（5）選取四極轉(zhuǎn)矩繞組電壓為輸入變量，定義原系統(tǒng)的輸入變量u、狀態(tài)變量x、輸出變量y分別為：

，

，

，

結(jié)合步驟（2）至（4）的公式可得出兼顧考慮不平衡轉(zhuǎn)子單邊電磁拉力影響和轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)定子電流動態(tài)特性的無軸承異步電機(jī)定子磁鏈定向原系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型：

。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述考慮電流動態(tài)的無軸承異步電機(jī)定子磁鏈定向逆解耦方法，其特征在于，其中所述定子磁鏈定向逆系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是由如下方法得到的：

通過Interactor算法分析可知，所述定子磁鏈定向原系統(tǒng)是可逆的，對輸出量逐次對時(shí)間求導(dǎo)，得到：

，

取逆系統(tǒng)輸入變量為，則考慮定子電流動態(tài)特性的無軸承異步電機(jī)定子磁鏈定向逆系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型為：

。