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磁悬浮开关磁阻电机(BSRM)是一个集磁悬浮技术和开关磁阻电机于一体的强耦合复杂非线性系统,使得传统的电机控制方法很难实现高性能的控制。为此,论文在国家自然科学基金(61074019)资助下,着重研究了磁悬浮开关磁阻电机的高性能解耦控制方法。
首先,介绍了磁悬浮开关磁阻电机的工作原理,推导了气隙磁导,进而建立了电机的电感数学模型。根据机电转换原理推导了悬浮力和转矩的数学模型。该电机的数学模型主要工作范围为-15°≤θ≤-7.5°,且从中可以看出悬浮力和旋转力之间的强耦合关系。
其次,简单阐述了逆系统的概念,给出了逆系统线性化解耦的方法,针对逆系统解耦在工程实际中难以获得精确数学模型和解析逆的障碍,提出了最小二乘支持向量机(LS-SVM)逆解耦方法,该方法将LS-SVM和逆系统相结合,用LS-SVM来逼近非线性系统的逆模型,给出了多输入多输出非线性系统LS-SVM逆解耦的具体步骤。
再次,将LS-SVM逆解耦方法运用到磁悬浮开关磁阻电机的解耦控制中,分析了磁悬浮开关磁阻电机数学模型的可逆性,采集输入输出数据,建立用于训练和测试LS-SVM逆模型的数据样本集。并利用粒子群优化算法对LS-SVM的超参数进行自动寻优,用LS-SVM的通用逼近性和预测推广能力进行BSRM逆模型的构建,给出了具体的建模步骤。设计了BSRM的线性闭环控制器,形成伪线性复合控制系统。通过仿真研究,表明了该方法成功的实现了BSRM悬浮力和旋转力的解耦。
最后,以TMS320F28335DSP为核心设计了磁悬浮开关磁阻电机的数字控制系统。详细介绍了硬件系统的关键部分,包括功率变换电路、径向位移检测电路、转速检测电路、电流检测电路,写出了部分软件流程图。