无轴承异步电动机解耦控制方法综述
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二 Ｚ 鱼 三 轴承
２ ０ １ ３ 年１ ０ 期
ＣＮ４ １一 ｌ １ ４ ８ ／ ＴＨ Ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ２ ０１ ３， Ｎｏ ． １ ０
无 轴 承 异 步 电动 机 解耦 控 制 方 法 综 述
李可， 孙 晓 东， 杨泽斌
（ 江苏大 学 电气信息工程学院 ， 江苏 镇江 ２ １ ２ ０ １ ３ ）
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磁轴承具 有无接触 、 无 润滑、 无磨损 等优点 ， 已在 航 空航 天 、 高速机械设备 、 化工 、 飞 轮 储 能 及
医学 等领 域 得 到广泛 应 用 。但 由 于磁 轴 承结 构 复 杂、 成本 高 、 轴 向利 用 率 低 ， 限 制 了 磁 轴 承 支 承 电 动 机 的高速 化 与微 型 化 ， 同 时也 限 制 了其 输 出功 率ｕ Ｊ 。利 用 电动 机 与 磁 轴 承结 构 的相 似 性 ， 在 异 步 电动机 的定 子 中嵌 入 １套 悬 浮 力 控 制 绕 组 ， 电动机 的转 矩 由 电动机 转矩 绕组 产生 ， ２套 绕 组 的
步 电动机 解 耦 控 制 方 法 进 行 详 细分 析 和 总 结 ， 以 期 为无轴 承 异步 电动 机控 制 技 术 的发 展 与 应用 提 供 有益 的借 鉴 。
基 金 项 目： 国 家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目 （ ６ １ １ ０ ４ ０ １ ６ ，
中图分类号 ： Ｔ Ｍ３ ４ ６ 文献标志码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ０ ０ ０— ３ ７ ６ ２ （ ２ ０ １ ３ ） １ ０— ０ ０ ５ ９－ ０ ５
Ｓｕ ｒ ｖ ｅ ｙ ｏ ｎ Ｄｅ ｃ ｏ ｕ ｐｌ ｉ ｎ ｇ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ｓ ｆ ｏ ｒ Ｂｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ ｓ ｓ Ｉ ｎｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ
下 文在 阐述无 轴 承异 步 电动 机 悬 浮原 理 与数 学 模 型 的基础 上 ， 对迄今 为止 出现 的 国 内 、 外 无 轴承 异
气隙磁场相互作用 同时产生转矩 和悬 浮力 ， 实现
电动机 转子 的悬 浮 运 行 控 制 ， 从 而 形 成 无 轴 承 异
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２—１ ２— ０ ６ ； 修 回 日期 ： ２ ０ １ ３— ０ ３—１ １
Ａ ｂｓ ｔ ｒ ａｃ ｔ：Ｔｈｅ ｓ ｕ ｓ ｐ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｐｒ ｉ ｎ ｃｉ ｐ ｌ ｅ ａ ｎｄ ｍａ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｏｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎｇ ｌ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｄｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ａ ｒ ｅ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ．Ｔｈ ｅ ｄ ｅ —
步 电动机
。
无轴 承异 步 电 动 机 是 一 个 多 变 量 、 强耦 合 的
非线性控制对象 ， 其转矩 与悬 浮力之间及径 向二
自由度悬 浮 力 之 间 存 在 严 重 的交 叉 耦 合 ， 要 想 获
得理 想 的悬 浮 运 行 性 能 ， 需 首 先 解Hale Waihona Puke Baidu决 的 问 题 之 一
就是 对无 轴 承 异 步 电动 机 进 行 非 线 性 解 耦 控 制 。
摘要 ： 介绍 了无轴承异 步电动机的悬浮原理与数学模 型 ， 总结 了近 年来 国 内、 外无轴 承异步 电动机 解耦控 制方
法， 讨论 了这些方法 的优点 和局限性 ， 并展 望了无轴承异步 电动机解耦控制 技术 的研究方 向和发展趋势 。 关键词 ： 无轴承 电动机 ； 异步 电动机 ； 解耦控制
二 Ｚ 鱼 三 轴承
２ ０ １ ３ 年１ ０ 期
ＣＮ４ １一 ｌ １ ４ ８ ／ ＴＨ Ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ２ ０１ ３， Ｎｏ ． １ ０
无 轴 承 异 步 电动 机 解耦 控 制 方 法 综 述
李可， 孙 晓 东， 杨泽斌
（ 江苏大 学 电气信息工程学院 ， 江苏 镇江 ２ １ ２ ０ １ ３ ）
ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ａ ｒ ｅ ｓ ｕ ｍｍａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ｓ ａ ｔ ｈ ｏ ｍｅ ａ ｎ ｄ ａ ｂ ｒ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｒ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｙ ｅ ａ ｒ ｓ ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｌ ｉ ｍｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｒｅ ａ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｄ ．Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ｒｃ ａ ｈ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｒｅ ｔ ｎ ｄ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｃ ｏ ｕ — ｐ ｌ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｒｅ ａ ｐ ｒ ｏ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｏｒ ｆ ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ｓ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ ｓ ｓ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ； ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ； ｄ ｅ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ
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磁轴承具 有无接触 、 无 润滑、 无磨损 等优点 ， 已在 航 空航 天 、 高速机械设备 、 化工 、 飞 轮 储 能 及
医学 等领 域 得 到广泛 应 用 。但 由 于磁 轴 承结 构 复 杂、 成本 高 、 轴 向利 用 率 低 ， 限 制 了 磁 轴 承 支 承 电 动 机 的高速 化 与微 型 化 ， 同 时也 限 制 了其 输 出功 率ｕ Ｊ 。利 用 电动 机 与 磁 轴 承结 构 的相 似 性 ， 在 异 步 电动机 的定 子 中嵌 入 １套 悬 浮 力 控 制 绕 组 ， 电动机 的转 矩 由 电动机 转矩 绕组 产生 ， ２套 绕 组 的
步 电动机 解 耦 控 制 方 法 进 行 详 细分 析 和 总 结 ， 以 期 为无轴 承 异步 电动 机控 制 技 术 的发 展 与 应用 提 供 有益 的借 鉴 。
基 金 项 目： 国 家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目 （ ６ １ １ ０ ４ ０ １ ６ ，
中图分类号 ： Ｔ Ｍ３ ４ ６ 文献标志码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ０ ０ ０— ３ ７ ６ ２ （ ２ ０ １ ３ ） １ ０— ０ ０ ５ ９－ ０ ５
Ｓｕ ｒ ｖ ｅ ｙ ｏ ｎ Ｄｅ ｃ ｏ ｕ ｐｌ ｉ ｎ ｇ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ｓ ｆ ｏ ｒ Ｂｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ ｓ ｓ Ｉ ｎｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ
下 文在 阐述无 轴 承异 步 电动 机 悬 浮原 理 与数 学 模 型 的基础 上 ， 对迄今 为止 出现 的 国 内 、 外 无 轴承 异
气隙磁场相互作用 同时产生转矩 和悬 浮力 ， 实现
电动机 转子 的悬 浮 运 行 控 制 ， 从 而 形 成 无 轴 承 异
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２—１ ２— ０ ６ ； 修 回 日期 ： ２ ０ １ ３— ０ ３—１ １
Ａ ｂｓ ｔ ｒ ａｃ ｔ：Ｔｈｅ ｓ ｕ ｓ ｐ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｐｒ ｉ ｎ ｃｉ ｐ ｌ ｅ ａ ｎｄ ｍａ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｏｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎｇ ｌ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｄｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ａ ｒ ｅ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ．Ｔｈ ｅ ｄ ｅ —
步 电动机
。
无轴 承异 步 电 动 机 是 一 个 多 变 量 、 强耦 合 的
非线性控制对象 ， 其转矩 与悬 浮力之间及径 向二
自由度悬 浮 力 之 间 存 在 严 重 的交 叉 耦 合 ， 要 想 获
得理 想 的悬 浮 运 行 性 能 ， 需 首 先 解Hale Waihona Puke Baidu决 的 问 题 之 一
就是 对无 轴 承 异 步 电动 机 进 行 非 线 性 解 耦 控 制 。
摘要 ： 介绍 了无轴承异 步电动机的悬浮原理与数学模 型 ， 总结 了近 年来 国 内、 外无轴 承异步 电动机 解耦控 制方
法， 讨论 了这些方法 的优点 和局限性 ， 并展 望了无轴承异步 电动机解耦控制 技术 的研究方 向和发展趋势 。 关键词 ： 无轴承 电动机 ； 异步 电动机 ； 解耦控制