摘    要：针对无轴承异步电机转子径向两自由度悬浮系统的相互耦合情况，采用神经网络逆系统方法进行了动态解耦控制研究。在介绍无轴承异步电机工作原理的基础上，建立了无轴承异步电机径向悬浮力的数学模型，对该模型进行可逆性分析，证明该系统可逆，应用神经网络逆系统方法将原来多变量、强耦合的非线性系统，动态解耦成2个位置彼此无耦合的线性子系统，并对解耦后的线性子系统进行了闭环设计：最后利用matlab/simulink工具箱对该控制系统作了仿真研究。仿真试验结果显示，神经网络逆系统方法可保证无轴承异步电机在径向两自由度上实现独立控制，且闭环系统具有良好的动、静态性能。

关键词：无轴承异步电机；径向位置；神经网络逆；解耦控制

中图分类号：tp 27    文献标识码：a

    利用磁轴承和电机结构的相似性，把磁轴承中的悬浮绕组叠绕在电机定子绕组上，使两种磁场合成一体，且能同时独立控制电机转子的悬浮和旋转。无轴承电机正是基于这一设想而提出的，无轴承电机的种类很多，有永磁型、感应型、磁阻型等，其中，结构简单、易于弱磁、可靠性高的无轴承异步电机尤其受到广泛的重视。

    由于无轴承电机的悬浮是定子上转矩绕组和悬浮绕组相互作用的结果，电机悬浮力和电磁转矩之间、悬浮力之间存在着复杂的非线性耦合关系，因此要实现电机高性能稳定运行并有较高的控制性能，必须对电机进行非线性解耦。文献[5]采用转子磁场定向控制策略对无轴承异步电机进行丁稳定悬浮控制研究，并取得了不错的效果，但是这种控制是一种稳态解耦控制，为了实现动态解耦，本文采用神经网络逆系统方法。对无轴承异步电机径向位置系统进行动态解耦控制。

    无轴承异步电机定子中复合叠绕着尸，对极的转矩绕组和p，对极的径向力绕组，两套绕组的极对数应满足以下关系：p1=p2±1。其中，p1为转矩绕组的极对数，p2为悬浮力绕组的极对数。且p1=2，由绕组nl1和nl2。构成，用来产生旋转磁场和电磁力矩；p2=1，由绕组nu和nv构成，用来产生径向悬浮力。在转矩绕组和悬浮控制绕组中分别通人电流i1，i2，则分别产生四极磁链ψ1和两极磁链ψ2。x，y代表互相垂直的转子位置控制坐标轴，如图1所示。

   

    在空载情况下，如转子需要沿z正方向的径向力，在径向力控制绕组中通入如图l所示的电流l2。从图l可得，由于在气隙右侧ψ1和ψ2同向，则气隙磁密增加，在气隙左侧ψ1和ψ2反向，则气隙磁密减少，从而产生沿x正方向的径向力fa。在悬浮控制绕组中通入反相电流，可产生沿x反方向的径向力。同理，沿y轴方向的径向力可以通过在悬浮控制绕组中通入与l2垂直的电流获得。

    为分析方便，通过c3/2和cr/s变换，将静止坐标系下的3相转换为旋转坐标系下的2相研究。在空载情况下，旋转坐标系的2相坐标相互垂直，转矩绕组和径向力绕组各自的互感为0。转矩绕组自感l1s和径向力绕组的自感l2s为常值，二者间的互感m12s与转子的径向偏移成比例，即

式中，r和l分别为转子半弪和转子轴向长度；μ0为空气磁导率；g 0为气隙长度；n1，和n2分别为转矩绕组和悬浮力绕组匝数。

    电机的电感矩阵rl]可表示如下。

式中α和β分别为转子在x和y方向上的径向偏移；m为转矩绕组和径向力绕组的互感系数；下标s表示定子侧的分量。

  根据能量转换关系，无轴承电机储存的磁能表达式为