无轴承永磁同步电机数控伺服系统与控制方法技术方案

本发明专利技术适用于密封泵、高速或超高速数控机床、工业机器人、航空航天、生命科学等众多特殊电气传动领域。其特征在于将三自由度径向－轴向混合磁轴承、二自由度无轴承永磁同步电机构成５自由度无轴承永磁同步电机数控伺服系统样机本体；采用３个独立的ＰＩＤ线性控制器进行独立控制，通过调整位置ＰＩＤ控制器的控制参数，实现混合磁轴承稳定工作。通过霍尔传感器检测转子磁场的大小，采用基于转子磁场的定向控制策略进行动态解耦控制，通过调整位置控制环中２个ＰＩ控制器参数和２个ＰＩＤ控制器的参数，能保证无轴承电机径向悬浮系统具有良好的动静态性能；通过调整转速控制环中３个ＰＩ控制器参数，确保转速具有良好的响应性能。

【技术实现步骤摘要】
无轴承永磁同步电机数控伺服系统与控制方法
本专利技术是无轴承永磁同步电机数控伺服控制系统结构与控制方法，适用于密封泵、高速或超高速数控机床、工业机器人、航空航天、生命科学等众多特殊电气传动领域，特别是无接触、无需润滑及无磨损等特点，用于真空技术、纯净洁室及无菌车间以及腐蚀性介质或非常纯净介质的传输等特殊场合，属于电力传动控制设备的

技术介绍
传统的五自由度无轴承永磁电机(除旋转自由度外)，由2个二自由度无轴承永磁同步电机单元，1个轴向磁轴承构成。电机机械结构相当复杂、转子轴向很长，电机临界转速受到很大限制，特别是控制系统比较庞大，2个二自由度无轴承永磁电机单元需要4个三相逆变驱动电路，轴向磁轴承需要1路开关功率放大器，并且2个二自由度无轴承电机单元要考虑很好协调控制，控制系统过于复杂，很难在实际中得到应用。为了从本质上简化五自由度无轴承永磁同步电机机械结构和控制的复杂性，实现悬浮转子的高速旋转与控制，需要采用新的机械结构与控制方法，研制结构紧凑、控制简单的无轴承永磁同步电机数控伺服系统结构与控制方法。国内外没有相关的专利和文献。
技术实现思路
本专利技术的目的是改变传统五自由本文档来自技高网...

【技术保护点】
无轴承永磁同步电机数控伺服系统，其特征在于无轴承永磁同步电机本体是由在缸筒内套中二自由度无轴承永磁同步电机（２１）和三自由度径向－轴向混合磁轴承（２２）构成；右端的三自由度径向－轴向混合磁轴承（２２）由径向辅助轴承（１）固定在后端盖 （４）中；轴向位移传感器探头（２）固定在后端盖（４）上，处于转轴（３）的中心上，检测转轴（３）的轴向位移；磁轴承的４个径向位移传感器探头（２）固定在传感器支架（１１）上，传感器支架（１１）固定在紧靠磁轴承的侧面；磁轴承转子铁芯（５）同转轴（３）固定在一起，由硅钢片材料叠压而成；磁轴承的轴向定子（６）包围径向定子（９）和环形永磁体（８），环形永磁体（８...

【技术特征摘要】
1、无轴承永磁同步电机数控伺服系统，其特征在于无轴承永磁同步电机本体是由在缸筒内套中二自由度无轴承永磁同步电机(21)和三自由度径向-轴向混合磁轴承(22)构成；右端的三自由度径向-轴向混合磁轴承(22)由径向辅助轴承(1)固定在后端盖(4)中；轴向位移传感器探头(2)固定在后端盖(4)上，处于转轴(3)的中心上，检测转轴(3)的轴向位移；磁轴承的4个径向位移传感器探头(2)固定在传感器支架(11)上，传感器支架(11)固定在紧靠磁轴承的侧面；磁轴承转子铁芯(5)同转轴(3)固定在一起，由硅钢片材料叠压而成；磁轴承的轴向定子(6)包围径向定子(9)和环形永磁体(8)，环形永磁体(8)安装在磁轴承径向定子(9)和磁轴承的轴向定子(6)之间；磁轴承径向控制线圈(10)分别绕在径向定子(9)的沿圆周均匀分布的四个磁极上，相对的2个磁极上的线圈相串联为一个径向自由度的控制线圈，提供径向控制磁通；磁轴承的轴向控制线圈(7)在磁轴承轴向定子内侧，均匀分布的磁轴承径向定子(9)和永磁体(8)两侧，2个线圈串联；左端的二自由度无轴承永磁同步电机(21)中，无轴承永磁同步电机转子(14)表面装有永磁材料钕铁硼做成极对数为2的永磁体，永磁体外面用钢筒固定，电机转子(14)装在转轴(3)上；无轴承永磁同步电机的定子(13)，套用标准永磁同步电机的定子，定子槽中叠压2套绕组，两套绕组的极对数为±1的关系；无轴承永磁同步电机的4个径向位移传感器探头(2)安装在靠近前端盖(18)的传感器支架(11)上，采用差动测量径向二自由度的位移，传感器支架(11)固定在无轴承永磁同步电机(21)的左端；设有测量转速的4个霍尔传感器(15)固定在传感器支架(11)；前端盖中装有辅助轴承(19)作为无轴承永磁同步电机的辅助支承轴承。2、根据权利要求1所述的无轴承永磁同步电机数控伺服系统，其特征在于三自由度径向-轴向混合磁轴承(22)的控制系统由线性闭环控制器(30)、开关功率放大器(40)、三自由度径向-轴向磁轴承(22)、位移传感器(50)依次相连构成。3、根据权利要求1所述无轴承永磁同步电机数控伺服系统，其特征在于二自由度无轴承永磁同步电机(21)的控制系统由径向位置控制子系统和速度控制子系统构成，位置子系统内环由电流闭环控制器(70)、坐标变换(81，82)、电压型三相逆变器(91)、电流传感器(101)等构成；外环由位置闭环控制器(60)、内环、二自由度无轴承永磁同步电机(21)、位移传感器(54、55)构成。速度环子系统由电流内环和速度外环构成，电流内环由电流闭环控制器(74)、坐标变换(83，84)、电压型三相逆变器(92)、电流传感器(102)等构成，外环由速度闭环控制器(63)、电流内环、二自由度无轴承永磁同步电机(21)、霍尔传感器(15)等构成。4、根据权利要求1所述的无轴承永磁同步电机数控伺服系统，其特征在于测量转速的4个霍尔传感器(15)固定在传感器支架(11)上，接近电机转子，通过测量转子的磁场大小，来间接测量电机的转速；也可以采用光电编码器安装在转轴的一端来测量电机的转速。5、根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱熀秋，孙玉坤，刘贤兴，高国琴，陈志刚，陈保进，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]