平面开关磁阻电机的无位置传感器动子位置辨识与控制

By directly conversing electromagnetic energy to mechanical energy without any other mechanical transmission part, planar switched reluctance motor can actualize planar motion with near-zero transmission and thus provides a new solution for feed drive system used in high-performance machines. The motor has a great perspective in the field of high-end equipment which requires vacuum clean, ultra-high-low temperature, high speed, high accuracy etc. However, the usage of position sensor severely impedes the performance of this type of high-quality motor with strong fault tolerance and applicability. Therefore, this research on planar switched reluctance motor without position sensor has considerable academic significance and application value. This proposal focuses on the accurate identification and the control strategy of the mover’s position in planar switched reluctance motor without position sensor. The deep integration of electromagnetic theory and intelligent information processing theory for the motor will be explored. The relationship among the physical parameters, the model parameters and the mover’s position for the motor will be revealed. A new method to identify the mover’s position will be innovated. The stability mechanism and control law of the closed-loop control motor system will be invesitigated. The corresponding servo control method for the motor system will be proposed. The new principle of soft sensing and the corresponding error compensation mechanism for acquiring the mover’s position will be developed and verified experimentally. Overall, this research will establish a new theory and new method to promote the development of planar direct-drive technology and high-end equipment.

平面开关磁阻电机利用电磁能直接驱动实现平面近零传动，在真空洁净、超高低温等极端环境以及大行程、高精度要求的高端装备领域极具发展前景，位置传感器的采用严重阻碍了这一特种高品质电机强容错能力和强适应能力的表现，探索无位置传感器的平面开关磁阻电机理论具有重大的学术意义与应用价值。项目拟解决无位置传感器平面开关磁阻电机的动子位置精准辨识与控制关键科学问题；探索平面开关磁阻电机的电磁理论与智能信息处理理论的深度融合机理，揭示电机各物理参数、模型参数与动子位置的关联演变规律，提出无位置传感器动子位置精准辨识新方法；探索基于动子位置精准辨识的无位置传感器平面开关磁阻电机系统的闭环控制稳定机理与控制规律，提出其伺服控制方法；研究动子位置辨识的软测量新原理和误差补偿机制并实验验证。创立平面开关磁阻电机无位置传感器的动子位置辨识理论与控制技术，为发展平面直驱新技术和高端装备提供新原理和新方法。

平面开关磁阻电机利用电磁能直接驱动实现平面近零传动，在真空洁净、超高低温等极端环境以及大行程、高精度要求的高端装备领域极具发展前景，位置传感器的采用严重阻碍了这一特种高品质电机强容错能力和强适应能力的表现，研究无位置传感器的平面开关磁阻电机理论具有重大的学术意义与应用价值。项目研究了平面开关磁阻电机的电磁理论与智能信息处理理论的融合方法，揭示了电机各物理参数、模型参数与动子位置的关联演变规律；创新性提出了基于附加动子块的平面开关磁阻电机动子位置检测新方法及不平衡霍尔传感器输出信号补偿方法；创新性提出了计及铁损的电压注入式平面开关磁阻电机动子位置精准辨识新方法；获取了动子位置的软测量和误差补偿模型；研究了基于动子位置精准辨识的无位置传感器平面开关磁阻电机系统的闭环控制稳定机理与控制规律，提出了其伺服控制新方法；研制了实验样机，实验显示初始相对位置检测平均绝对误差小于0.159 mm和伺服控制位置跟踪平均绝对误差小于0.5 mm，解决了平面开关磁阻电机无位置传感器动子位置的精准辨识与控制关键科技问题；项目已与某企业在合作实施成果的转化与应用。项目完成了48篇学术论文，分别发表在IEEE Transactions on Industrial Electronics、IEEE Transactions on Magnetics等高水平期刊上，其中，25篇论文被SCI检索；完成22项专利，其中，授权和申请了17项发明专利；培养了19名电机控制方向高科技人才。项目创立了平面开关磁阻电机无位置传感器的动子位置辨识理论与控制技术，为我国平面直驱新技术和高端装备的发展提供了新原理和新方法，应用前景广阔。