[发明专利]一种分数阶双向耦合永磁同步电机的模拟电路

说明书

本发明涉及一种分数阶双向耦合永磁同步电机的模拟电路，属于永磁同步电机模拟电路实验领域。该电路由乘法器、放大器、直流电源、电阻和电容构成，具体包括：六个结构相同的分数阶积分电路、六个结构相同的反向比例运算放大电路、四个乘法器和六个积分漂移漏阻；六个积分电路用于映射积分双向耦合永磁同步电机的状态变量；六个反向比例运算放大电路的输出端分别与电源连接，对应的电压状态变量与双向耦合永磁同步发电机的状态变量有映射关系；积分漂移漏阻与单元电路并联，用来避免积分漂移造成的饱和截止现象；乘法器通过电阻与积分电路中放大器连接。本发明提高了表征双向耦合永磁同步电机状态行为的准确性。

技术领域

本发明属于永磁同步电机模拟电路实验领域，涉及一种分数阶双向耦合永磁同步电机的模拟电路。

背景技术

在过去几年中，作为现代高性能交流伺服系统之一，永磁同步电机具有高分辨率、调速范围宽、低速运行稳定等特点，因此它被广泛地应用在工业机器人、机床、车辆和泵送装置中。对于大惯性、大功率负载，单个/孤立永磁同步电机在固定条件下不能满足驱动力和输出功率的要求。因此，如何实现多永磁同步电机的同步控制以共同驱动负载已成为伺服系统研究领域的一大热点。同时，若永磁同步电机的系统参数处于动力学特性的不稳定区域，随着时间的推移，温度、磨损、内外扰动将会进一步产生有害的振动。此外，由于实际工况的多样性和苛刻条件，在保证高同步和跟踪能力的前提条件下，还需要满足给定的约束条件、降低通信速度的控制设计变得极其困难。

从物理水平构建电子电路是一种有效的方法，所设计的电路可以精确地扫描参数空间，并检查机电系统的非线性特性的对应值。鉴于此，它在实验验证和快速应用开发方面引起了大量的研究关注。Sabarathinam和Thamilmaran通过模拟电路实验建立了Duffing型系列MEMS谐振器的模型并且验证了它固有的混沌振荡行为。El-Sayed等应用电子电路来表征了一个4D系统。但是，这些研究并未涉及相邻系统的耦合和分数阶特性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种分数阶双向耦合永磁同步电机的模拟电路，考虑了相邻系统的耦合和分数阶特性，提高了表征双向耦合永磁同步电机状态行为的准确性。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种分数阶双向耦合永磁同步电机的模拟电路，由乘法器、放大器、直流电源、电阻和电容构成，具体包括：六个结构相同的分数阶积分电路(IC1～IC6)、六个结构相同的反向比例运算放大电路(IPOC1～IPOC6)、四个乘法器和六个积分漂移漏阻(R3、R8、R30、R44、R59和R72)；

六个积分电路用于映射积分双向耦合永磁同步电机的状态变量(x₁、x₂、x₃、y₁、y₂和y₃)；所述积分电路包括单元电路、放大器(U1A、U3A、U5A、U7A、U9A或U11A)和电阻(R14、R9、R34、R45、R60或R73)；所述单元电路由三组大小不同的并联式电阻电容串联而成；所述单元电路用于连接放大器(U1A、U3A、U5A、U7A、U9A或U11A)输入端负极和输出端；所述放大器(U1A、U3A、U5A、U7A、U9A或U11A)输入端正极通过电阻(R14、R9、R34、R45、R60或R73)接地；所述放大器(U1A、U3A、U5A、U7A、U9A或U11A)输入端负极接入电源；

所述反向比例运算放大电路的输入端负极与积分电路中放大器(U1A、U3A、U5A、U7A、U9A或U11A)的输出端连接；六个反向比例运算放大电路的输出端分别与电源连接，对应的电压状态变量为x1、x2、x3、y1、y2或y3，与双向耦合永磁同步发电机的状态变量x₁、x₂、x₃、y₁、y₂或y₃有映射关系；