[发明专利]考虑电流动态的无轴承异步电机定子磁链定向逆解耦方法

权利要求书

1.一种考虑电流动态的无轴承异步电机定子磁链定向逆解耦方法，其特征在于，该逆解耦方法是将定子磁链定向逆系统串接在定子磁链定向原系统之前，使无轴承异步电机系统动态解耦为四个线性子系统：α和β两个径向位移量的二阶线性子系统、一个定子磁链的一阶线性子系统、一个转速ω的二阶线性子系统，定子磁链定向原系统的输出量包括径向位移量α和β、定子磁链、及转速ω，径向位移量α和β的二阶导数和、定子磁链的一阶导数、及转速的二阶导数作为定子磁链定向逆系统的输入量，定子磁链定向逆系统的输出量作为定子磁链定向原系统的输入量，分别为悬浮绕组的d轴电流分量和q轴电流分量、转矩绕组的d轴电压分量和q轴电压分量，其中，

所述定子磁链定向原系统的动态数学模型为：

，

式中，定义原系统的输入量为，系统状态变量为，系统输出变量为，、分别为转矩绕组定子电流的d、q轴分量，、分别为悬浮绕组定子电流的d、q轴分量，为转矩系统定子磁链，ω为转子旋转角频率，是由电机结构决定的磁悬浮力系数，m为转子质量，、分别为转矩系统在dq坐标系中的定、转子漏感，为电机结构决定的径向位移刚度系数，，，，为转矩绕组定子电阻，为转矩绕组转子电阻，为dq坐标系中的等效两相转矩绕组的自感，为dq坐标系中的等效两相转子绕组自电感，为转矩绕组的磁极对数，J为转动惯量，为负载转矩；

所述定子磁链定向逆系统的动态数学模型为：

，

式中，取逆系统的输入量为。

2.根据权利要求1所述考虑电流动态的无轴承异步电机定子磁链定向逆解耦方法，其特征在于，其中所述定子磁链定向原系统的数学模型是由如下方法得到的：

（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）根据电机内部定子电流动态微分方程和定子磁链定向控制的静态与动态约束条件，可得考虑定子电流动态的定子磁链定向转矩系统动态数学模型为：

，

（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：

，

、分别为静止α、β坐标轴向的可控径向悬浮力分量，、分别为沿d、q坐标轴向的气隙磁链分量，其表达式为：

，

（4）根据动力学原理，构造转子径向悬浮运动方程为：

，

式中，m为转子的质量，、分别为转子发生径向偏心时在电机内部产生的α、β向不平衡转子单边电磁拉力，，，是由电机结构和电机磁场强度决定的径向位移刚度系数；

（5）选取四极转矩绕组电压为输入变量，定义原系统的输入变量u、状态变量x、输出变量y分别为：

，

，

，

结合步骤（2）至（4）的公式可得出兼顾考虑不平衡转子单边电磁拉力影响和转矩系统定子电流动态特性的无轴承异步电机定子磁链定向原系统的动态数学模型：

。

3.根据权利要求1所述考虑电流动态的无轴承异步电机定子磁链定向逆解耦方法，其特征在于，其中所述定子磁链定向逆系统的数学模型是由如下方法得到的：

通过Interactor算法分析可知，所述定子磁链定向原系统是可逆的，对输出量逐次对时间求导，得到：

，

取逆系统输入变量为，则考虑定子电流动态特性的无轴承异步电机定子磁链定向逆系统的动态数学模型为：

。