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无轴承无刷直流电机是一种新型电机,是由无刷直流电机引入悬浮绕组,不仅具有无轴承电机特点,同时也具备了无刷直流电机的优点,具有高转速、高效率、运行寿命长、高功率密度、无摩擦、无需润滑、无污染、免维护等优点,应用前景广阔。本文在分析无轴承无刷直流电机的研究现状的基础上建立了无轴承无刷直流电机的数学模型,根据独立控制理论,进行了无轴承无刷直流电机的仿真研究,并进一步研究了基于自适应控制系统辨识的智能控制的方法,提高了无轴承无刷直流电机的运行效果,最后建立数字系统。主要研究工作如下:
(1)根据无轴承无刷直流电机的悬浮机理,建立无轴承无刷直流电机的转矩部分和悬浮部分的数学模型。并进行了悬浮绕组和转矩绕组之问的耦合性分析,分析了悬浮部分和转矩部分独立控制的方法,为控制系统的设计奠定理论基础。
(2)根据悬浮部分和转矩部分独立的控制思想,设计了无轴承无刷直流电机控制系统,悬浮部分根据所推导出来的数学模型,通过非线性补偿控制,实现了系统的稳定性。转矩部分则通过反电动势确定转子位置,并通过转子位置的反馈计算出实时电流反馈给电流滞环比较器形成电流闭环,并加入速度闭环控制实现双闭环控制。仿真结果验证了控制方法的可行性。
(3)采用对角回归神经网络(DRNN)模型,设计了基于DRNN神经网络控制器的无轴承无刷直流电机自适应控制系统,构建了Matlab仿真模型实现动态实时的控制,提高了系统的鲁棒性。
(4)采用TMS320F2812DSP设计了无轴承无刷直流电机数字控制系统,通过软硬件设计,构建了无轴承无刷直流电机的数字实验平台。