性能和抗干扰能力。
【附图说明】
[0011] 图1是本发明考虑定子电流动态的无轴承异步电机定子磁链定向逆系统解耦原 理图。
[0012] 图2是本发明考虑电流动态的无轴承异步电机定子定向逆闭环控制系统。
【具体实施方式】
[0013]为使本发明的内容更明显易懂，以下结合具体实施例，对本发明进行详细描述。
[0014] 本发明的核心思想是： 1)无轴承异步电机是一个多变量、非线性、强耦合的复杂对象，其中存在复杂的非线性 电磁耦合关系；而逆系统法正是适用于多变量、复杂非线性系统的有效动态解耦方法。
[0015] 2)无轴承异步电机转矩系统的定子磁链，可根据其定子电压、电流和定子电阻参 数等实时计算得到，而且不受易变转子电阻参数的影响。因此，采用定子磁链定向控制，可 有效避免转子参数对电机磁链计算精度的影响，从而避免转子参数对电机控制性能的影 响。
[0016] 3)在建立系统数学模型时，选取定子电压为转矩原系统输入控制量，其定子电流 动态微分方程即可被引入无轴承异步电机原系统和逆系统动态数学模型，从而转矩原系统 的d、q轴间原有的交叉耦合可通过逆系统方法自然得到解耦，可省略掉原磁场定向控制系 统中的定子电流闭环控制环节，使系统结构得到简化。
[0017] 4)在考虑定子电流动态特性对转矩系统定子磁链定向控制的基础上，推导出的无 轴承异步电机系统整体逆系统模型中不再含有难以预测的负载转矩变量，可以省略掉逆系 统实现时的负载转矩在线辨识环节，进一步简化系统结构。
[0018] 5)通过逆系统解耦，可把非线性、强耦合、多变量的无轴承异步电机系统动态解耦 为转速、磁链、两个径向位移分量等四个伪线性子系统；在此基础上为各子系统配置合适的 闭环调节控制器，即可实现无轴承异步电动机的高性能运行控制。
[0019] 基于上述理论基础，本发明设计的考虑电流动态的无轴承异步电机定子定向逆闭 环控制系统包括：考虑定子电流动态的无轴承异步电机定子磁链定向原系统（以下简称原 系统)、考虑定子电流动态的无轴承异步电机定子磁链定向逆系统（以下简称逆系统）以及 四个调节器；所述四个调节器是两个位移调节器、一个磁链调节器及一个转速调节器，所述 逆系统串接在原系统之前，使逆系统和原系统组成的无轴承异步电机系统被动态解耦为四 个线性子系统和0两个径向位移量的二阶线性子系统、一个定子磁链-阶线 性子系统、一个转速《的二阶线性子系统，该四个线性子系统分别对应连接所述四个调节 器，该四个调节器分别对应连接到定子磁链定向原系统的输出端和定子磁链定向逆系统的 输入端，构成逆解耦闭环控制系统。具体包括如下步骤： 步骤一、建立考虑定子电流动态的定子磁链定向无轴承电机系统数学模型 (1)定义a0为静止两相对称坐标系、dq为转矩系统定子磁链定向同步旋转两相对称 坐标系。忽略二极悬浮磁场对四极转矩磁场的影响，考虑电机内部定子电流动态微分方程， 结合定子磁链定向控制的静态与动态约束条件，可得到考虑定子电流动态的定子磁链定向 转矩系统动态数学模型为：
式（1)、（2)中，为转矩绕组定子电流的t/、7轴分M，为转矩系统定子磁链， ?为转子旋转角频率，是同步角频率，为而坐标系中等效两相转矩绕组的激磁电 感，"为而坐标系中的等效两相转矩绕组的自感，自.为而坐标系中的 等效两相转子绕组自电感，:_破#:趙_:，名_:、1?分别为转矩系统在而坐标系中的定、 转子漏感，为转矩绕组定子电阻，^^为转矩绕组转子电阻，:没为负载转矩，；fi为转矩 绕组的磁极对数，/为转动惯量，参数
[0020] (2)在悬浮控制电流解耦计算过程中，要用到转矩系统的气隙磁链信息。沿d、q坐 标轴向的两个气隙磁链分量可通过转矩系统气隙磁链与定子磁链之间的关系实时辨识得 到：
(3) 同时，忽略转子偏心引起的两套绕组之间的互感耦合影响，根据无轴承异步电机的工 作原理，可推导出二极磁悬浮系统的可控径向电磁力模型：
(4) 式中，分别为沿坐标轴向的气隙磁链分量；分别为沿轴坐标 轴向的悬浮绕组定子电流分量；是由电机结构决定的磁悬浮力系数，其表达式为：
(5) 式中，揭为气隙磁导率，i、r分别为定子铁心长度和定子内半径；尤心为三相对称悬 浮绕组的单相激磁电感；:f_:L分别为三相四极整矩集中转矩绕组、三相二极整矩集中悬 浮绕组的每相有效串联匝数。
[0021] (3)根据动力学原理，可得转子径向悬浮运动方程为：
(6) 式中，?为转子的质量；篇、#为不平衡单边电磁拉力分量，其数值随转子位移量而变 化，其计算表达式为：
其中，I#是由电机结构和电机磁场强度决定的径向位移刚度系数。
[0022] 需要说明的是，本发明的公式及字母较多，为突出本发明的重点，本发明公式的字 母含义并未一一释义，未释义的字母均有固定的参数含义，是本领域技术人员知悉的。
[0023] 步骤二、建立考虑定子电流动态的无轴承异步电机定子磁链定向原系统的状态空 间动态数学模型 (1) 选取原系统四极转矩系统的输入变量为：
(2) 结合（1)式和（4)式，并考虑不平衡转子单边电磁拉力分量随径向位移变化的影 响，整理得到考虑定子电流动态的无轴承异步电机定子磁链定向原系统状态空间方程：
(7) 步骤三、建立考虑定子电流动态的无轴承异步电机定子磁链定向逆系统的状态空间动 态数学模型 (1)通过Interactor算法分析（7)式所述系统是可逆的 对输出量逐次对时间求导，直至输出量某阶导数中显含输入变量， 求导结果为：
根据（8) ~ (12)式，可得无轴承异步电机系统的Jacobi矩阵：
(13) 式中，機，为四极转矩系统的4由转子磁链。在正常运转过程中，沿定子磁链 定向幽标轴方向的转矩系统气隙磁链分量截#、转子磁链分量終_:都不等于零，故有 繼。因此，Jacobi矩阵是满秩的。系统的相对阶为自_.T 化雜，且有
根据逆系统定理，由（7)式所描述的原系统是可逆的。
[0024] (2)建立逆系统的状态空间动态数学模型 取逆系统输入变量为心并代入（8)~（11)式，整理可得 考虑定子电流动态的无轴承异步电机定子磁链定向逆系统状态空间方程：
式（14)给出的逆系统动态模型的特点在于：其中不再含有难以预测的负载转矩变量ft，从而为简化无轴承异步电机解耦控制系统结构提供了便利。
[0025] 步骤四、通过逆系统方法对定子磁链定向无轴承异步电机系统进行动态解耦 如图1所示，是本发明考虑定子电流动态的无轴承异步电机定子磁链定向逆系统解耦 原理图。按图1所示连接方式，把基于（14)式构造出的逆系统串接在（7)式所述的原系统 之前，把具有多变量、非线性、强耦性的无轴承异步电机解耦为四个线性子系统：a和0两 个径向位移量的二阶线性子系统、一个定子磁链的一阶线性子系统、一个转速《的二 阶线性子系统。
[0026] 步骤五、构建考虑电流动态的无轴承异步电机定子定向逆闭环控制系统 考虑到无轴承异步电机结构的复杂性以及其他各种因素，经逆系统方法解耦而成的各 线性子系统并理想的线性子系统，而是伪线性子系统，需要给各子系统配置合适的闭环调 节器。如图2所示，是本发明考虑电流动态的无轴承异步电机定子定向逆闭环控制系统结 构图。由图2,为提高系统的动态控制性能和抗干扰能力，结合现代控制理论对解耦后的各 伪线性子系统分别进行闭环综合设计，分别设计两个径向位移调节器、一个磁链调节器和 一个转速调节器； 根据解耦后的两个位移分量子系统和转速子系统的特点，选取"超前滞后调节器"进行 位移、转速的调节控