[发明专利]无轴承异步电机的定子磁链定向逆解耦控制系统

权利要求书

1.一种无轴承异步电机的定子磁链定向逆解耦控制系统，其特征在于，所述的定子磁链定向逆解耦控制系统包括无轴承异步电机定子磁链定向原系统、无轴承异步电机定子磁链定向逆系统以及四个调节器；所述四个调节器是一个转速调节器、一个磁链调节器及两个位移调节器，所述无轴承异步电机定子磁链定向逆系统串接在无轴承异步电机定子磁链定向原系统之前，并解耦为四个线性子系统：一个一阶转速子系统、一个一阶定子磁链子系统及α和β两个径向位移二阶子系统，该四个线性子系统分别对应连接所述四个调节器，该四个调节器又分别连接到无轴承异步电机定子磁链定向逆系统，构成闭环控制系统；其中，

所述无轴承异步电机定子磁链定向原系统的数学模型为：

，

式中，定义原系统的输入控制量为，系统状态变量为，系统输出变量为，是转子的质量，是由电机结构决定的磁悬浮力系数，是由电机结构和电机磁场强度决定的径向位移刚度系数， 是转矩系统在dq坐标系中的转子漏感，定义dq坐标系为转矩系统定子磁链定向坐标系，表示转矩绕组电压的d轴分量，为定子电阻， 为转矩绕组的磁极对数，J为转动惯量，T_L为负载转矩；

所述无轴承异步电机定子磁链定向逆系统的数学模型为：

，

式中，定义逆系统的输入量为。

2.根据权利要求1所述无轴承异步电机的定子磁链定向逆解耦控制系统，其特征在于，其中所述无轴承异步电机定子磁链定向原系统的构造方法是：

（1）定义αβ为静止两相对称坐标系、dq为转矩系统定子磁链定向同步旋转两相对称坐标系；

（2）根据二极悬浮控制四极无轴承异步电机的工作原理，得到基于定子磁链定向的转矩系统磁链方程是，转矩方程是： ，为定子磁链幅值，αβ坐标系下的定子磁链估计模型是： ， 其中，为定子磁链的d轴分量，为定子磁链幅值，为定子磁链相位角，、分别为转矩绕组电流的d、q轴分量，、分别为定子磁链的α、β轴分量，、分别为定子磁链电流的α、β轴分量，、分别为定子磁链电压的α、β轴分量；

（3）根据无轴承异步电机的工作原理，得到二极磁悬浮系统的可控径向电磁力模型：，F_α、F_β分别为静止α、β坐标轴向的可控径向悬浮力分量，i_s2d、i_s2q分别为悬浮控制电流的d、q轴分量，ψ_1d、ψ_1q分别为四极转矩系统气隙磁链的d、q轴分量，表达式为：；

（4）根据机械动力学原理，构造无轴承异步电机的转子旋转运动方程、径向磁悬浮运动方程： ，式中，、分别为转子发生径向偏心时在电机内部产生的α、β向单边电磁拉力，，，是由电机结构和电机磁场强度决定的径向位移刚度系数，ω为转子旋转角频率；

（5）定义原系统的输入控制量为，系统状态变量为，系统输出变量为，结合步骤（2）至（4）的公式可得出无轴承异步电机定子磁链定向原系统的数学模型：

。

3.根据权利要求1所述无轴承异步电机的定子磁链定向逆解耦控制系统，其特征在于，所述无轴承异步电机定子磁链定向逆系统的构造方法是：

采用Interactor算法，判定无轴承异步电机定子磁链定向原系统具有可逆性，定义逆系统的输入量为，根据隐函数定理，得出无轴承异步电机定子磁链定向逆系统的数学模型为：

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