[实用新型]一种五自由度无轴承同步磁阻电机解耦控制器

说明书

技术领域

    本实用新型涉及一种五自由度无轴承同步磁阻电机解耦控制器，适用于高速及超高速电气传动领域。无轴承同步磁阻电机在机床主轴、涡轮分子泵、离心机、压缩机、机电贮能、航空航天等特殊电气传动领域具有广泛的应用前景, 属于电气传动控制设备的技术领域。

背景技术

与传统无轴承电机相比，同步磁阻电机具有诸多优势：转子上省略了永磁体，也无励磁绕组，结构简单，运行可靠，成本低，还因其可以实现很高的凸极比，从而同时具有高转矩密度、快速动态响应、低转矩脉动、低损耗、高功率因数等优点，更加适合高速及高精度应用领域。将无轴承技术及磁轴承技术应用于同步磁阻电机，即利用磁场力将转子悬浮于空中，使转子和定子之间无任何机械接触，使无轴承同步磁阻电机不仅具有同步磁阻电机的优点，又具有无润滑、寿命长、无摩擦、无机械噪声等优势，满足了众多场合需要高速或超高速电气传动的要求，在高速电气传动等特殊应用场所有着独特优势。

五自由度无轴承同步磁阻电机是一个非线性、强耦合的多输入多输出系统，对其进行动态解耦控制是实现无轴承同步磁阻电机稳定可靠工作的关键。如果采用分散控制方法对系统进行控制，则忽略了系统各个变量之间的耦合作用，无法满足高速高精度运转的要求，必须对系统进行解耦，分别独立控制磁轴承的径向悬浮力、轴向悬浮力、电机的径向悬浮力以及电磁转矩。

常用的解耦控制方法中，矢量控制只能实现转矩和悬浮力的静态解耦控制，其动态响应性能还不能令人满意；微分几何方法虽然可以实现系统的动态解耦，但是需要将问题变换到几何域中来讨论，并且使用的数学工具相当复杂、抽象；逆系统方法可以实现系统的动态解耦，但是需要知道被控对象的精确数学模型，难以应用于工程实践中；神经网络逆解耦控制能够在解析逆难以求得的情况下实现系统的动态解耦，但神经网络在理论和设计方法上还存在学习速度慢、训练时间长，理想的样本提取困难，网络结构不易优化等难以克服的缺陷。

专利申请号为201010117622.4、名称为：无轴承同步磁阻电机支持向量机逆系统复合控制器，采用支持向量机逆系统复合控制器对二自由度无轴承同步磁阻电机进行解耦控制，其针对的控制对象是二自由度无轴承同步磁阻电机，但对由二自由度无轴承同步磁阻电机和三自由度主动磁轴承构成的结构更为复杂的五自由度无轴承同步磁阻电机却无法进行解耦控制，五自由度无轴承同步磁阻电机不仅电机的结构更为复杂，而且由于在建立系统运动方程时，将转子看作刚体并且考虑系统的各自由度之间的耦合问题和系统的陀螺效应，使得其数学模型、控制方法、解耦难度与二自由度无轴承同步磁阻电机存在本质区别。

发明内容

本实用新型的目的是为克服上述现有技术的缺陷而提供一种基于最小二乘支持向量机的五自由度无轴承同步磁阻电机解耦控制器，既可实现磁轴承的径向悬浮力、轴向悬浮力、电机径向悬浮力和电磁转矩之间的解耦控制，又可获得良好的各项控制性能指标，如转子径向位置动、静态调节特性及转矩、速度调节性能。

本实用新型五自由度无轴承同步磁阻电机解耦控制器采用的技术方案是：五自由度无轴承同步磁阻电机包括三自由度主动磁轴承a、二自由度无轴承同步磁阻电机b和转子e，五自由度无轴承同步磁阻电机解耦控制器由伪线性系统及串接之前的线性闭环控制器组成，伪线性系统由复合被控对象及串接之前的支持向量机α阶逆系统组成，复合被控对象由三个扩展的电流滞环PWM逆变器及开关功率放大器与五自由度无轴承同步磁阻电机共同组成，第一扩展的电流滞环PWM逆变器和开关功率放大器分别串接三自由度主动磁轴承a之前，第二、第三扩展的电流滞环PWM逆变器分别串接二自由度无轴承同步磁阻电机b之前；支持向量机α阶逆系统由5个支持向量机2阶系统和一个支持向量机1阶系统加11个积分器组成，线性闭环控制器由五个转子位置控制器及一个转速控制器组成。

本实用新型的有益效果在于：