无轴承异步电机支持向量机软测量及运行控制研究

无轴承异步电机存在径向力、转矩和磁链多变量动态解耦，转子径向位移和转速精确检测等技术难题，严重制约着其高速精密运行。项目针对无轴承异步电机基本模型变化大、控制实时性要求高、模型解析逆难以求取等问题，结合逆系统方法与具有学习和逼近能力的支持向量机理论，提出高速无轴承异步电机支持向量机逆解耦控制，研究系统可逆性及支持向量机逆构造与在线调整的理论与方法，并针对高速精密性能要求，设计系统闭环鲁棒控制器；考虑电机高速运行过程中绕组电流随温升、磁饱和、转子偏心及负载等变化复杂，采用支持向量机软测量方法建立转子位移和转速与绕组电流之间的软测量模型，研究无位移和无速度传感器运行技术；设计数字信号处理器与大规模逻辑器件的复合数字控制系统硬件和软件，研究控制算法分解、规划及在大规模逻辑器件中的实现技术。项目理论与技术结合，是无轴承异步电机进入工程应用研究的关键内容，对难以解决的高速电气传动问题具有重要意义。

项目以BIM(Bearingless Induction Motor)高速度、高精度、高可靠、低成本运行为目标，在BIM数学模型、可实现结构及其参数优化设计、径向力电磁分析、非线性解耦控制、转子径向位移和转速信息软测量、数字控制系统实现等方面开展了研究工作，取得了多项创新性成果。在研究期限内，课题组获江苏省科学技术一等奖1项、教育部技术发明二等奖1项、中国石油和化学工业联合会技术发明二等奖1项；发表论文28篇，其中SCI检索10篇(包含1篇一区，1篇二区)，EI检索21篇(含SCI检索)；申请发明专利17项，其中授权7项。主要研究内容与创新成果概略如下：.1．分析了BIM转子所受洛伦兹力和麦克斯韦力，并进行数学推导；在分析比较不同BIM可实现结构形式基础上，设计了实验用BIM系统机械结构，并优化其参数，外协加工了实验样机。.2．建立BIM数学模型，并提出采用有限元瞬态法，通过详细分析不同情况BIM电磁场分布和径向力计算值，验证BIM悬浮机理以及径向力数学模型正确性和精确度，为BIM进一步的精确悬浮解耦控制奠定了基础。.3. 提出了基于最小二乘支持向量机(LSSVM)逆的BIM动态解耦控制方法，实现了BIM径向力和电磁转矩之间、以及径向力之间的非线性动态解耦控制。.4. 提出了基于自适应模糊神经网络推理系统(ANFIS)的控制新策略。基于ANFIS控制原理，完成了控制器设计，控制变量和隶属函数的选取、通过PID控制对输入输出数据的采集、根据选定的误差准则修正隶属函数参数。.5．提出了基于 LSSVM左逆的转速软测量策略，并应用该策略构建无速度传感器矢量控制系统仿真平台，结果表明该策略能在BIM宽速范围内准确观测出转子速度，实现其在无速度传感器方式下的稳定悬浮运行。.6．提出了基于改进反电动势法的无位置传感器控制。该方法在反电动势法基础上，加入低通滤波器减小径向力绕组磁链的观测误差，同时对低通滤波器引起的相位和幅值偏差进行补偿，获得改进后的径向力绕组磁链观测模型，根据磁链-位移方程最终获取转子径向偏移，实现转子径向位移自检测。.7．提出了基于空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)算法的BIM矢量控制策略，并且对BIM转矩绕组和径向力绕组分别增加电流内环，改善了系统的控制性能。构建了以数字信号处理器为核心的BIM数字驱动控制系统硬件和软件系统，并开展了详细的实验研究。