竖直无轴承电机原理与位置控制系统

本书系统介绍了竖直无 轴承电机转子姿态控制问题 ，主要包括竖直无轴承电机 转子运动姿态的数学描述、 竖直转子的动力学特性、基 于陀螺效应的竖直转子姿态 控制算法设计、基于L1自适 应控制的转子姿态控制算法 改进等内容。 本书可作为电气工程、 机械工程、控制科学与工程 等学科研究无轴承电机及其 控制的参考书，也可供从事 相关研究的高校教师、研究 生和工程技术人员阅读参考 。

刘思嘉，2009年毕业于清华大学，获得学士学位；2017年毕业于北京交通大学，获得博士学位；2014-2015年获国家留学基金委资助赴美国伊利诺伊大学香槟分校联合培养。2017年起在北京信息科技大学自动化学院工作。从事直线电机、磁悬浮轴承、控制理论等方面的研究，在Applied Science、中国电机工程学报等国内外期刊及国际会议发表论文10余篇，其中SCI/EI检索4篇。

第1章 无轴承电机概述 1.1 历史概述 1.2 无轴承电机的原理和研究现状 1.2.1 磁悬浮轴承 1.2.2 无轴承电机的基本原理 1.2.3 无轴承电机的研究现状 1.3 基于直线感应电机解耦的无轴承电机 1.3.1 竖直无轴承电机 1.3.2 基于多直线电机的竖直无轴承电机 1.4 本书的主要内容 第2章 竖直转子定位系统的结构和驱动机理 2.1 定位控制系统的组成结构及数学模型 2.1.1 卡尔丹角与转子姿态描述 2.1.2 竖直转子的数学建模 2.1.3 转子定位系统的状态方程 2.1.4 含有不确定性的转子 2.1.5 执行器 2.1.6 位移传感器 2.2 共用转子的多弧形直线感应电机的驱动分析 2.2.1 多直线感应电机系统的基本原理 2.2.2 多直线感应电机系统的特殊性 2.3 多直线感应电机驱动仿真与实验 2.3.1 多直线感应电机系统驱动的有限元仿真 2.3.2 多直线感应电机系统的驱动实验 2.4 本章小结 第3章 弧形直线感应电机不均匀气隙磁场分析 3.1 问题的提出 3.2 气隙不均匀时的磁场解析公式 3.2.1 均匀气隙的弧形直线感应电机气隙磁感应强度分布 3.2.2 不均匀气隙的表达式 3.3 不均匀气隙时的气隙磁场仿真 3.3.12 D有限元建模 3.3.23 D有限元建模 3.4 解析与有限元计算结果对比 3.4.1 涡流场结果对比 3.4.2 瞬态场结果对比 3.5 解析公式的改进 3.5.1 改进的思路和方法 3.5.2 涡流场改进效果对比 3.5.3 瞬态场改进效果对比 3.6 本章小结 第4章 直线感应电机的法向力和切向力解耦 4.1 单个直线感应电机的数学模型 4.1.1 不考虑端部效应时的电机状态方程 4.1.2 端部效应的影响分析 4.2 法向力与切向力的解耦算法 4.3 直线感应电机法向力与切向力解耦仿真 4.4 本章小结 第5章 基于陀螺效应的竖直转子定位控制算法 5.1 竖直转子的动力学特性分析 5.2 基于陀螺效应的定位控制算法 5.2.1 极点配置方法在定位控制问题中的局限 5.2.2 基于陀螺效应的转子定位控制算法 5.2.3 转子定位控制策略的仿真 5.3 转子定位控制系统仿真 5.3.1 转子定位控制系统仿真模型的组成 5.3.2 转子定位控制系统仿真结果 5.4 本章小结 第6章 竖直转子的L1自适应定位控制 6.1 自适应控制与L1自适应控制 6.1.1 自适应控制简介 6.1.2 L1自适应控制理论简介 6.2 数学基础 6.2.1 向量范数 6.2.2 矩阵诱导范数 6.2.3 L空间和L范数 6.2.4 传递函数的L1范数 6.2.5 凸集和凸集上的投影算子 6.3 具有不确定性的竖直转子定位系统描述 6.4 基于L1自适应控制理论的转子定位控制研究 6.4.1 系统的基本转化 6.4.2 状态预测器 6.4.3 L1自适应控制算法 6.5 L1自适应控制系统的性能分析 6.5.1 系统误差和参数误差的有界性 6.5.2 系统的BIBS稳定性 6.5.3 自适应系统性能与自适应增益的关系 6.6 L1自适应控制系统的仿真 6.6.1 自适应控制系统的仿真 6.6.2 基于自适应控制的转子定位控制系统的仿真 6.7 本章小结 第7章 起动时的转子定位控制 7.1 问题的提出 7.2 可反馈线性化条件的验证 7.3 反馈线性化的实现 7.4 基于反馈线性化的转子定位控制的仿真 7.5 本章小结 第8章 转子定位控制策略的模拟实验 8.1 实验装置 8.2 实验方案 8.3 实验准备 8.3.1 电磁铁的参数测定 8.3.2 功率放大电路 8.4 实验结果 8.4.1 基于陀螺效应的转子定位控制实验结果 8.4.2 基于L1自适应控制的转子定位控制实验结果 8.5 本章小结 第9章 总结与展望 9.1 总结 9.2 展望 附录A 转子转动惯量的理论计算 参考文献