摘    要：针对无轴承异步电机多变量、非线性和强耦合的特点，采用基于逆系统理沦的控制方法对其进行解耦控制。首先简要介绍了无轴承异步电机的基本原理，推导出电机旋转部分和径向悬浮力的数学模型：然后对转矩绕组采用非线性逆解耦控制  而径向悬浮控制所需的转矩绕组气隙磁链值可以在逆解耦控制的基础上通过系统辨识获取，从而实现转子的稳定悬浮。最后进行系统综合和仿真研究。研究表明，非线性逆解耦控制方法不仅能实现无轴承异步电机悬浮力和旋转力之间的解耦，而且能实现电机转速和转子磁链之间的动态解耦。
    关键词：无轴承异步电机；非线性逆解耦：悬浮力
1  引  言
无轴承电机具有无摩擦、无润滑、无机械噪声、高速和超高速运行等优点。在能源交通、航空航天、机械工业及机器人等高科技领域具有巨大的应用前景。无轴承异步电机作为无轴承电机中的一种新型电机，具有结构简单、可靠性高和易于弱磁等特点，是研究最早、最多的无轴承电机类型。
    无轴承异步电机转子的悬浮是其定子上转矩绕组和悬浮控制绕组2种磁场相互作用的结果，实现电机电磁转矩和悬浮力控制的解耦是无轴承电机运行的基本要求。文献[415]对无轴承异步电机采用基于转矩控制绕组气隙磁场定向的控制策略，实现了对转矩和气隙磁链的分别控制，但是气隙磁链仍然受转矩电流影响，并没有实现真正意义上的解耦控制。而且气隙磁场定向控制不仅算法复杂，还存在同有的****转矩限制。文献[6_7]采用无轴承异步电机转子磁场定向控制方法，能做到转矩电流与励磁电流之问的解耦。但是其本质上属稳态解耦控制，只有当转子磁链达到稳态并保持恒定时才能实现电磁转矩和转子磁链之间的解耦，而不能实现动态解耦。
    逆系统方法的实质是应用反馈线性化的方法来使得多变量、非线性、强耦合的系统解耦线性化。其基本思想是，对于给定的系统，先用对象的模型生成一种可用反馈方法实现的“逆系统”，将对象补偿成具有线性传递关系的且已解耦的“伪线性系统”；再用线性系统的理论来完成伪线性系统的综合。
    逆系统方法不必将问题引入到几何域中，因此具有物理概念清晰直观，数学分析简单明了等优点，便于工程应用上推广应用。    本文基于逆系统理论，对无轴承异步电机的转矩绕组进行控制，并通过转子磁链和定子电流值来辨识径向悬浮控制所需的转矩绕组作用的气隙磁链值，从而达到实现转子稳定悬浮的要求。
    2无轴承异步电机的基本原理和数学模
1)无轴承异步电机的基本原理  无轴承异步电机是在普通异步电机的定子槽中加人一套绕组(称为悬浮控制绕组)。这样无轴承异步电机就有2套绕组，即转矩绕组(极对数P1，电角频率ω1)和悬浮控制绕组(极对数P2，电角频率ω2)，结构示意图，如图1所示。
    电机2套绕组的相互作用产生不均衡的气隙磁场，从而产生作用在转子上的径向悬浮力。研究认为，当2套绕组满足p2=p1±1，ω2=ω1时，径向悬浮力可以通过转子径向位移的负反馈来实施控制，从而实现转子稳定的悬浮。
    在转矩绕组和悬浮控制绕组中分别通入电流I1，I2，则分别产生两极磁链ψ1，和四极磁链ψ2。在空载情况下，如转子需要沿y正方向的径向力，在径向力控制绕组中通电流，1。由于在气隙上ψ1．和ψ2同向，则气隙磁密增加，在气隙下侧ψ1和ψ2反向，则气隙磁密减少，从而产生沿y正方向的径向力F。在悬浮控制绕组中通人反相电流，可产生沿y反方向的径向力。
    同理，沿x轴方向的径向力可以通过在悬浮控制绕组中通人与I2垂直的电流获得。无轴承异步电机的转矩同普通异步电机一样，是基于洛仑兹力产生的。
    2)无轴承异步电机的数学模型①电机旋转部分的数学模型无轴承异步电机转子电压方程、转矩方程及磁链方程如下：
    式中，F2x，Fxy为在x，y方向施加的外部干扰力；x，y表示在x，y方向上的偏心位移；，为转动惯量；TL为负载转矩。
    3无轴承异步电机的非线性逆解耦控制1)系统可逆性分析转矩绕组部分的微分方程描述．
5结语
本文介绍了无轴承异步电机的原理，在推导出其数学模型的基础之上，运用非线性逆控制方法，对无轴承异步电机进行解耦。从仿真试验结果可以得到以下结论：
    无轴承异步电机非线性逆控制能实现电机悬浮力和旋转力之问的解耦；无轴承异步电机非线性逆控制系统具有很好的调速性能和悬浮性能；无轴承异步电机非线性逆控制能实现电机转速和磁链之间的动态解耦。

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