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无轴承永磁同步电机(Bearingless Permanent Magnet Synchronous Motor,BPMSM)具有体积小、效率高、可靠性高等优点,非常适用于飞轮电池系统中。使用BPMSM的飞轮电池与使用传统电机和机械轴承的飞轮电池相比体积小、效率高、飞轮能达到的最高转速更高。本文在国家自然科学基金(51305170)与“江苏省六大人才高峰”项目(2015-XNYQC-003)支持下,主要展开了BPMSM悬浮力建模、性能分析、磁链非线性建模、数字控制系统设计等方面的研究,具体研究内容如下:1、介绍了BPMSM的工作原理,并采用麦克斯韦应力张量法推导了BPMSM的悬浮力数学模型。然后建立了表贴式无轴承永磁同步电机(Surface BPMSM,SBPMSM)与内置式无轴承永磁同步电机(Interior BPMSM,IBPMSM)有限元模型对悬浮力数学模型进行验证,其中SBPMSM和IBPMSM具有相同的定子、绕组、永磁体气隙磁密基波幅值。仿真结果显示IBPMSM产生的悬浮力与悬浮力数学模型误差较小,在悬浮电流相同情况下,IBPMSM能产生比SBPMSM更大的悬浮力。最后对SBPMSM和IBPMSM磁链、电感、转矩等进行对比分析,结果显示SBPMSM与IBPMSM相比磁链谐波与齿槽转矩较小。2、BPMSM磁链、转子角度、转矩绕组电流与悬浮绕组电流之间具有强耦合非线性的关系,采用最小二乘支持向量机算法(Least Squares Support Vector Machine,LSSVM)建立的磁链模型精度难以满足要求。采用加权最小二乘支持向量机算法(Adaptive Weighted LSSVM,AWLSSVM)建立了磁链与转子角度、转矩绕组电流、悬浮绕组电流之间非线性模型,该算法能够消除(或减弱)粗差的影响,建立的磁链模型精度更高,然后利用Matlab软件对磁链模型进行验证,结果显示该方法建立的磁链模型精确度较高。3、采用空间电压矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM),实现对BPMSM转矩系统与悬浮系统的双闭环高精度控制。基于TMS320F2812控制芯片,开发了BPMSM高性能数字控制系统。其中数字控制系统的硬件部分包括了电源电路、电流反馈系统、光电编码接口电路、位移接口电路、死区保护电路等的设计;软件部分主要包括了主程序设计流程、转子初始位置判断、转子位置与转速的计算等。4、基于上述数字控制系统平台,展开了BPMSM系统的实验研究。主要实验内容包括四组位移传感器的安装与调试、SVPWM原理验证、BPMSM的静态悬浮特性验证与动态悬浮特性验证。实验结果表明BPMSM在两种情况下均正常稳定工作,产生稳定的悬浮力,该实验验证了BPMSM的可行性,为以后的研究提供了参考价值。