[发明专利]一种适用于五自由度磁悬浮系统的固定分工控制方法

说明书

本发明公开了一种适用于五自由度磁悬浮系统的固定分工控制方法，该方法通过控制两台电机导通相的电流，将绕组电流重构分解为偏置电流和调浮电流，对系统的两个偏置电流进行固定分工控制，1#电机的偏置电流i_1m主控系统的转矩，2#电机的偏置电流i_2m主控系统的轴向力，在一个控制周期内，每台电机各自未控的变量由主控该变量的电机根据系统总转矩和总轴向力的要求在下一个控制周期补偿。1#电机未控的轴向力、2#电机未控的转矩在相邻的两个控制周期的值认为相等；径向悬浮力通过调浮电流来调节；从而实现对系统转矩、径向力、轴向力的协调控制，同时实现了转子的五自由度悬浮和转矩输出。

技术领域

本发明涉及一种适用于五自由度磁悬浮系统的固定分工控制方法，具体涉及一种由两台锥形无轴承开关磁阻电机构成的五自由度磁悬浮系统的控制方法，属于开关磁阻电机技术领域。

背景技术

随着多电/全电飞机、混合动力汽车及分布式发电系统的发展，适用于高速、高功率密度等场合的电机需求增加。传统电机因轴承和转轴之间的摩擦随转速升高而加大，存在轴承的使用寿命大幅度缩短，系统的可靠性降低等问题。为减小摩擦，气浮、液浮轴承应运而生，但由于气压、液压系统的存在，系统体积、重量也大大增加。于是，人们又提出采用磁悬浮轴承的解决方案，通过对额外增加的磁悬浮定子绕组电流进行控制，使得磁悬浮轴承转子悬浮，因而需要增加一套磁轴承定转子系统，增加了系统的轴向长度，电机临界转速的提高又受到了限制。基于电机和磁轴承结构的相似性，在电机原来结构的基础上增加一套悬浮绕组，便可同时实现转子旋转和悬浮的功能，无轴承技术由此产生。

无轴承电机集悬浮和旋转功能于一体，能够实现转子的两自由度运动，而在具有多维驱动能力需求的场合，如离心压缩机、数控机床电主轴等领域，为满足其工作需求，必须对转子的五个自由度进行主动控制。为此，无轴承电机通常配置磁轴承来构成五自由度悬浮系统，然而磁轴承只起到支撑作用，不输出功率，因而采用磁轴承会增加系统消耗，降低系统效率，同时也会增加系统轴向长度，限制转子临界转速。针对这些缺陷，锥形无轴承电机应运而生。锥形无轴承电机由于自身结构优势，在产生径向悬浮力和转矩的同时，还能够产生转子轴向运动所需轴向力。采用双台锥形无轴承电机构成磁悬浮系统，便可实现转子五自由度运动，同时缩短了系统轴向长度，提高了系统整体效率和功率密度，具有集成度高、系统损耗小的优点。

开关磁阻电机采用双凸极结构，仅定子铁芯上含有一套集中绕组，因此具有结构简单、工作可靠、低成本、耐高温、高容错性和高速适应性等特点，在航空航天、军事、民用等领域得到了广泛地应用。

将锥形无轴承电机与开关磁阻电机相结合，提出双台锥形无轴承开关磁阻电机构成的五自由度磁悬浮系统，在实现转子五自由度运动的同时，适应高速的需求，是一种新型的高集成度、高功率密度、高可靠性的高速电机。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种适用于五自由度磁悬浮系统的固定分工控制方法，实现转子五自由度运动，缩短系统轴向长度，提高转子临界转速，提高系统功率密度。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种适用于五自由度磁悬浮系统的固定分工控制方法，包括如下步骤：

步骤1，采用双相三状态的导通方式，依据电机各相的电感曲线选择导通相，选择电感曲线处于上升区的一相绕组导通，提供转矩和悬浮力，选择电感曲线处于上平顶区的一相绕组导通，提供悬浮力；

步骤2，对导通相电流进行等效分解，即将导通相电流分成偏置电流和调浮电流，偏置电流控制转矩或轴向力，调浮电流控制径向力；