高速高精无轴承同步磁阻电机支持向量机逆动态解耦控制

无轴承同步磁阻电机悬浮力与电磁转矩是一种多变量、非线性和强耦合的数学关系，且随工作状况的变化而明显改变。项目针对这种高速高精运行对象的特点和要求，为了解决基本模型变化大、控制速度高且模型的逆难以直接求取的难题，采用最小二乘支持向量机来辨识对象的逆模型，并通过模糊规则修正逆模型。为此，项目通过对复合转子悬浮运行机理分析，研究电机定转子结构和运行控制方式；研究基本模型随气隙磁场、转子偏心位移、转速等的变化关系，获取修正基本模型的约束条件；研究悬浮力和电磁转矩运动方程的可逆性与最小二乘支持向量机来辨识模型逆的理论和方法；突出高速性、鲁棒性，结合转子动力学特性，设计系统的闭环控制器；基于数字信号处理器和可编程逻辑器件，开发控制系统硬件和软件，研制无轴承同步磁阻电机高速实时数字控制系统。.这项研究是无轴承同步磁阻电机进入工程应用的关键内容，对解决很多难以实现和完善的高速电气传动控制问题具有重大意义。

针对高速高精无轴承同步磁阻电机运行特点和要求，提出了一种无轴承同步磁阻电机新型结构，研究了电机运行和控制方式、定转子结构与主要参数，并应用有限元分析和MATLAB软件进行了多参数协同优化设计，形成了无轴承同步磁阻电机设计理论和方法；建立了五自由度悬浮转子悬浮力及电磁转矩数学模型，研究基本模型随气隙磁场、转子偏心位移、转速等的变化关系，获取修正基本模型的约束条件，进而建立了无轴承同步磁阻电机状态方程；在对无轴承同步磁阻电机的状态方程进行可逆性分析的基础上，提出采用最小二乘支持向量机逆系统理论来辨识对象的逆模型，并且通过模糊规则修正逆模型，得出无轴承同步磁阻电机支持向量机逆结构和离线训练方法，解决了无轴承同步磁阻电机基本模型变化大、控制速度高且模型的逆难以直接求取难题。根据逆系统方法的原理，将复杂的无轴承同步磁阻电机非线性多变量强耦合系统解耦成6个单输入单输出伪线性系统，结合转子动力学特性，并应用线性系统理论设计了闭环鲁棒控制器，实现了多变量之间动态解耦控制。根据控制系统高速度高精度要求，基于数字信号处理器和可编程逻辑器件，开发了控制系统软硬件，研究了无轴承同步磁阻电机控制系统的位移信号检测、功率逆变器、DSP数字控制器等硬件，构建了高速实时数字控制系统，通过空载和负载性能试验，结合控制算法，优化系统结构和参数。试验结果表明，研制的无轴承同步磁阻电机及其数字控制系统具有较好的动态和静态性能。项目理论与实际联系紧密，学科交叉性强，在理论与方法上均有重大创新。获江苏省科学技术一等奖1项和教育部技术发明二等奖1项；在国内外核心期刊上发表论文30篇，重要学术会议上发表论文18篇，其中三大检索35篇；申请和授权发明专利23项，实用新型专利2项。