CN111464099B - 单绕组无轴承磁通切换电机低转矩及悬浮力的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种单绕组无轴承磁通切换电机低转矩及悬浮力的直接控制方法，利用空间矢量调制方法，在双机电能量转换平面上输出满足要求的电压矢量，降低转矩及悬浮脉动。其分别在转矩控制平面和悬浮力控制平面实现二者的解耦控制，有效地增强了转子悬浮运行的平稳性；利用逆变器电压矢量直接实现电磁转矩和悬浮力的控制，加速了电磁转矩和悬浮力控制的动态响应；采用空间矢量调制方式，有效的降低了电磁转矩和悬浮力脉动。

Description

单绕组无轴承磁通切换电机低转矩及悬浮力的控制方法

技术领域

本发明属于无轴承磁通切换电机领域，尤其涉及一种单绕组无轴承磁通切换电机低转矩及悬浮力的直接控制方法。

背景技术

单绕组无轴承磁通切换电机利用空间对称绕组对气隙磁场进行相反方向调制，从而产生满足转子悬浮运行悬浮力。为了实现转子悬浮状态旋转运行，六相绕组中需要同时流过控制转子切向旋转的转矩电流分量和控制转子径向悬浮的悬浮电流分量，即利用一套绕组同时实现转子转矩和悬浮力控制。该方法有利于电机输出转矩能力的充分发挥，但同时也使得转矩和悬浮力控制相互耦合。

目前实现该种电机的转矩及悬浮力控制一般采用电流闭环控制，需要静止坐标系和旋转坐标系之间的坐标转换，控制算法计算量大，且逆变器输出电压通过电机电感转化为电流控制转矩和悬浮力，属于间接控制，存在滞后。降低了转矩及悬浮力的动态响应，降低了转子悬浮运行的稳定性。

单绕组无轴承磁通切换电机属于多相电机，可利用六相逆变器输出电压矢量分别在转矩及悬浮平面直接实现该种电机转矩和悬浮力的控制，能够解决电流闭环控制存在间接性、滞后性等问题。利用多相电机电压矢量的丰富性，基于开关表可实现多平面的控制要求。但基于开关表的实现方案并不能很好的满足控制要求，转矩及悬浮力脉动均较大。

发明内容

本发明针对六相单绕组无轴承磁通切换电机，提出一种单绕组无轴承磁通切换电机低转矩及悬浮力的直接控制方法。该方法利用空间矢量调制方法，在双机电能量转换平面上输出满足要求的电压矢量，降低转矩及悬浮脉动。

本发明具体采用以下技术方案：

一种单绕组无轴承磁通切换电机低转矩及悬浮力的直接控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：利用电流传感器及AD转换通道，检测出六相绕组电流i_A～i_F；利用转子位置角传感器及检测通道，检测出转子位置角θ_r；利用转子X和Y方向径向位移传感器及检测通道，检测出转子X和Y方向径向位移x、y；

步骤S2：将所述六相绕组电流i_A～i_F输入T6坐标变换计算模块，输出转矩平面电流i_αT、i_βT，悬浮平面电流i_αS,i_βS以及零序平面电流i₀₁,i₀₂：

其中T6矩阵为：

步骤S3：将所述转矩平面电流i_αT、i_βT，转子位置角θ_r输入磁链模型计算模块,得到转矩平面磁链ψ_αT,ψ_βT和转矩平面磁链幅值|ψ_sT|：

其中L_T是转矩平面电感值，ψ_fαT，ψ_fβT是永磁磁链矢量ψ_f在转矩平面静止坐标系上的投影，|ψ_f|为永磁磁链矢量幅值；这些电感值和永磁磁链幅值可通过查阅电机设计手册或通过电机有限元分析软件获得。

步骤S4：将电磁转矩误差ΔT_e、转矩角δ、转矩平面磁链幅值增量Δ|ψ_ST|、转矩平面磁链幅值|ψ_ST|输入转矩角变化量计算模块，得到转矩角变化量Δδ：

其中P_n为电机极对数；

步骤S5：将所述转矩角变化量Δδ、转矩平面磁链ψ_αT、ψ_βT、转矩平面磁链幅值给定值

转矩平面磁链幅值|ψ_ST|、同步角速度ω_r输入转矩平面磁链增量计算模块，得到转矩平面磁链增量Δψ_αT、Δψ_βT：

其中T_s为控制周期；

步骤S6：将所述悬浮平面电流i_αS,i_βS、悬浮力相位差

悬浮力系数K、转子位置角θ_r输入悬浮力计算模块，输出XY坐标系下的实际悬浮力值F_x和F_y：

步骤S7：将X方向径向位移给定值x^*减去X方向径向位移x，Y方向径向位移给定值y^*减去Y方向径向位移y；所得差值分别输入X方向径向位移PI控制器和Y方向径向位移PI控制器，输出期望悬浮力值

和F_y ^*：

其中k_p为PI控制器的比例放大系数，k_I为PI控制器的积分放大系数，t为时间；

步骤S8：将X方向的期望悬浮力值

减去实际悬浮力值F_x，Y方向的期望悬浮力值

减去实际悬浮力值F_y；输出悬浮力差值ΔF_x和ΔF_y：

步骤S9：将所述悬浮力差值ΔF_x和ΔF_y、悬浮力相位差

悬浮力系数K、转子位置角θ_r输入悬浮平面磁链增量计算模块，得到悬浮平面磁链增量Δψ_αS和Δψ_βS：

其中，L_S为电机悬浮平面电感值；

步骤S10：将所述转矩平面磁链增量Δψ_αT、Δψ_βT和悬浮平面磁链增量Δψ_αS、Δψ_βS，转矩平面电流i_αT、i_βT，悬浮平面电流i_αS、i_βS输入期望电压矢量计算模块，得到转矩平面期望电压矢量

转矩平面期望电压矢量幅值

转矩平面期望电压矢量角度θ_T，悬浮平面期望电压矢量

悬浮平面期望电压矢量幅值

悬浮平面期望电压矢量角度θ_S：

其中R_s为定子电阻值；

步骤S11：根据六相单绕组无轴承磁通切换电机的基本电压矢量分布，分别将转矩平面和悬浮平面以60°为单位各划分为6个扇区；将所述转矩平面期望电压矢量角度θ_T输入转矩平面扇区判断模块，得到转矩平面期望电压矢量扇区号k_T；将悬浮平面期望电压矢量角度θ_S输入悬浮平面扇区判断模块，得到悬浮平面期望电压矢量扇区号k_S；

步骤S12：根据所述转矩平面期望电压矢量扇区号k_T，查转矩平面基本电压矢量分布图，选择其所在扇区相邻的两个矢量u_KT1和u_KT2；根据悬浮平面期望电压矢量扇区号k_S，查悬浮平面基本电压矢量分布图，选择其所在扇区相邻的两个矢量u_KS1和u_KS2；

步骤S13：将所述转矩平面期望电压矢量幅值

悬浮平面期望电压矢量幅值

控制周期T_s输入转矩平面作用时间和悬浮平面作用时间计算模块，得到转矩平面作用时间T_KT和悬浮平面作用时间T_KS：

步骤S14：将所述转矩平面期望电压矢量扇区号k_T、转矩平面期望电压矢量角度θ_T、转矩平面作用时间T_KT、转矩平面期望电压矢量幅值

直流母线电压U_DC输入转矩平面电压矢量作用时间计算模块，得到转矩平面基本电压矢量u_KT1和u_KT2的作用时间t_KT1和t_KT2：

步骤S15：将所述悬浮平面期望电压矢量扇区号k_S、悬浮平面期望电压矢量角度θ_S、悬浮平面作用时间T_KS、悬浮平面期望电压矢量幅值

直流母线电压U_DC输入悬浮平面电压矢量作用时间计算，得到悬浮平面基本电压矢量u_KS1和u_KS2作用时间t_KS1和t_KS2：

步骤S16：将转矩平面基本电压矢量u_KT1和u_KT2的作用时间t_KT1和t_KT2，悬浮平面基本电压矢量u_KS1和u_KS2作用时间t_KS1和t_KS2分别输入转矩平面零矢量作用时间计算模块、悬浮平面零矢量作用时间计算模块，得到转矩平面零矢量作用时间t_KT0，悬浮平面零矢量作用时间t_KS0：

t_KT0＝T_KT-t_KT1-t_KT2

t_KS0＝T_KS-t_KS1-t_KS2；

步骤S17：由冲量等效原则，将所述转矩平面基本电压矢量u_KT1和u_KT2的作用时间t_KT1和t_KT2、悬浮平面基本电压矢量u_KS1和u_KS2作用时间t_KS1和t_KS2、以及转矩平面零矢量作用时间t_KT0和悬浮平面零矢量作用时间t_KS0转化为连接电机的逆变桥臂上桥臂导通时间T_A～T_F，用以控制无轴承磁通切换电机转矩和悬浮平面，实现电机悬浮旋转。

优选地，步骤S4中所述电磁转矩误差ΔT_e、转矩角δ、转矩平面磁链幅值增量Δ|ψ_ST|计算方法如下：

步骤S41：将电磁转矩给定值

减去电机电磁转矩T_e，得到电磁转矩误差ΔT_e：

步骤S42：将转矩平面磁链ψ_αT、ψ_βT输入位置角计算模块，输出转矩平面磁链矢量ψ_ST＝ψ_αT+jψ_βT在转矩平面所处的位置角θ_ψST，再减去转子位置角θ_r，得到转矩角δ：

δ＝θ_ψST-θ_r；

步骤S43：将转矩平面磁链幅值给定值

减去转矩平面磁链幅值|ψ_ST|得到转矩平面磁链幅值增量Δ|ψ_ST|：

优选地，步骤S6中所述悬浮力相位差

悬浮力系数K计算方法如下：

步骤S61：将所述转矩平面电流i_αT，i_βT和转子位置角θ_r输入旋转变换模块，输出转矩平面q_T轴电流i_qT：

i_qT＝-sinθ_r×i_αT+cosθ_r×i_βT；

步骤S62；将所述转矩平面q_T轴电流i_qT输入悬浮力相位差计算模块，输出悬浮力相位差

其中，k_qT为单位正向悬浮电流与单位q_T轴电流气隙磁场相互作用产生的悬浮力基波幅值，k_PM为单位正向悬浮电流与永磁体产生的悬浮力基波幅值；

步骤S63：将所述转矩平面q_T轴电流i_qT输入悬浮力系数计算模块，输出悬浮力系数K：

优选地，步骤S11中所述转矩平面期望电压矢量扇区号k_T和悬浮平面期望电压矢量扇区号k_S具体计算方法如下：

其中，函数int()表示取整数含义，θ_T∈[0,2π)，θ_S∈[0,2π)。

优选地，实现该方法的硬件系统包括：分别连接无轴承磁通切换电机的六相逆变器、电机转子位置角检测电路和XY径向位移检测电路；六相绕组电流采样电路设置在所述无轴承磁通切换电机和六相逆变器之间；所述电机转子位置角检测电路经QEP测速模块连接中央控制器；所述六相逆变器经隔离驱动模块连接中央控制器，经滤波电容和整流器连接直流电源；直流母线电压采样电路连接六相逆变器；所述中央控制器分别连接上位机、可编程ASIC器件、故障检测模块和AD调理模块；所述故障检测模块连接可编程ASIC器件；所述故障检测模块和AD调理模块采集电压、电流、位移传感器信号。

优选地，所述六相逆变器的直流母线电压采用直流电源；所述六相逆变器的开关管采用IGBT或MOSFET，中央控制器采用DSP或单片机；所述六相绕组电流采样电路采用霍尔电流传感器与运算放大器构成，或采用绕组串功率电阻后接差分运算放大器构成；所述直流母线电压采样电路采用霍尔电压传感器与运算放大器构成，或采用并联电阻分压后接由运算放大器构成的电压跟随器构成；所述电机转子位置角检测电路采用旋转编码器后接电平转换电路构成，或采用旋转变压器后接解码电路构成；所述XY径向位移检测电路采用电涡流传感器后接运算放大器构成，或采用线性光耦后接运算放大器构成；所述可编程ASIC器件采用CPLD或FPGA；所述故障检测模块和AD调理模块均由采用运算放大器构成；将电压、电流信号经过AD调理电路及故障检测模块分别输入中央控制器的A/D采样模块和可编程ASIC器件；转子位移信号经过AD调理电路进行电平转换后输入中央控制器的A/D采样模块；所述位置角检测电路输出的脉冲信号通过QEP测速模块输入中央控制器；所述中央控制器执行步骤S1-步骤S17，输出逆变桥臂开关信号，经由隔离驱动模块控制六相逆变器中的功率开关管的开关动作。

与现有技术相比，本发明及其优选方案有以下有益效果：

(1)分别在转矩控制平面和悬浮力控制平面实现二者的解耦控制，有效地增强了转子悬浮运行的平稳性；

(2)利用逆变器电压矢量直接实现电磁转矩和悬浮力的控制，加速了电磁转矩和悬浮力控制的动态响应；

(3)采用空间矢量调制方式，有效的降低了电磁转矩和悬浮力脉动。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

图1是本发明实施例单绕组无轴承磁通切换电机低转矩及悬浮力直接控制系统框图；

图2是本发明实施例SVPWM调制模块框图；

图3是本发明实施例六相单绕组无轴承磁通切换电机横截面示意图；

图4是本发明实施例六相单绕组无轴承磁通切换电机转矩平面基本电压矢量分布图；

图5是本发明实施例六相单绕组无轴承磁通切换电机悬浮平面基本电压矢量分布图；

图6是本发明实施例驱动系统硬件结构示意图；

图7是本发明实施例转矩平面坐标系定义示意图；

图8是本发明实施例悬浮平面坐标系定义示意图；

图9是本发明实施例转矩平面磁链增量示意图；

图10是本发明实施例悬浮平面磁链增量示意图；

图11是本发明实施例六相单绕组无轴承磁通切换电机完整电压矢量分布图(转矩平面电压矢量u_αT+ju_βT分布)；

图12是本发明实施例六相单绕组无轴承磁通切换电机完整电压矢量分布图(悬浮平面电压矢量u_αS+ju_βS分布)；

图13是本发明实施例电压矢量合成图。

具体实施方式

为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明如下：

本实施例所提的单绕组无轴承磁通切换电机低转矩及悬浮力直接控制系统框图如图1所示。由六相逆变器、无轴承磁通切换电机、磁链模型、转矩模型、位置角计算模块、转矩角变化量计算模块、转矩平面磁链增量计算模块、悬浮力系数计算模块、悬浮力相位差计算模块、悬浮力计算模块、悬浮平面磁链增量计算模块、X方向径向位移PI控制器、Y方向径向位移PI控制器、期望电压矢量计算模块、SVPWM调制模块等环节构成。

其中，电机的转子位置角θ_r通过转子位置角传感器及检测通道获得。电机转子X和Y方向径向位移x、y通过转子X和Y方向径向位移传感器及检测通道获得。定子六相绕组电流i_A～i_F通过电流传感器及检测通道获得。将自然坐标系下的定子六相绕组电流i_A～i_F送入T6坐标变换模块，输出转矩平面电流i_αT、i_βT，悬浮平面电流i_αS、i_βS；把转矩平面电流i_αT、i_βT送入磁链模型计算模块，输出转矩平面磁链ψ_αT、ψ_βT及其对应的幅值|ψ_ST|；转矩平面磁链幅值给定值

减去转矩平面磁链幅值|ψ_ST|得到转矩平面磁链幅值增量Δ|ψ_ST|。把转矩平面磁链ψ_αT、ψ_βT送入位置角计算模块，输出转矩平面磁链矢量ψ_ST＝ψ_αT+jψ_βT在转矩平面所处的位置角θ_ψST，再减去转子位置角θ_r，得到转矩角δ。把转矩平面磁链ψ_αT、ψ_βT,转矩平面电流i_αT、i_βT送入转矩模型计算模块，得到电机电磁转矩T_e。电磁转矩给定值

减去电机电磁转矩T_e，得到电磁转矩误差ΔT_e。将电磁转矩误差ΔT_e、转矩角δ、转矩平面磁链幅值增量Δ|ψ_ST|、转矩平面磁链幅值|ψ_ST|送入转矩角变化量计算模块，得到转矩角变化量Δδ；把转矩角变化量Δδ、转矩平面磁链ψ_αT、ψ_βT，转矩平面磁链幅值给定值

转矩平面磁链幅值|ψ_ST|送入转矩平面磁链增量计算模块，得到转矩平面磁链增量Δψ_αT、Δψ_βT；将X方向径向位移给定值x^*减去X方向径向位移x，得到的差值送入X方向径向位移PI控制器，输出X方向期望悬浮力值

将Y方向径向位移给定值y^*减去Y方向径向位移y，得到的差值送入Y方向径向位移PI控制器，输出Y方向期望悬浮力值

将悬浮平面电流i_αT、i_βT和转子位置角θ_r送入旋转变换模块，输出转矩平面旋转坐标系下q_T轴电流i_qT，再将该值送入悬浮力相位差

计算模块，输出悬浮力相位差

将转矩平面旋转坐标系下q_T轴电流i_qT送入悬浮力系数K计算模块，输出悬浮力系数K。把转子位置角θ_r，悬浮力相位差

悬浮力系数K以及悬浮平面电流i_αS、i_βS送入悬浮力计算模块，输出XY坐标系下的悬浮力F_x和F_y。

其中XY坐标系定义见图3，X轴线与A1线圈轴线重合。将期望悬浮力值

和

分别减去实际悬浮力值F_x和F_y，得到的差值送入悬浮平面磁链增量计算模块，输出悬浮平面磁链增量Δψ_αS、Δψ_βS；将转矩平面磁链增量Δψ_αT、Δψ_βT和悬浮平面磁链增量Δψ_αS、Δψ_βS送入期望电压矢量计算模块，并经SVPWM调制模块输出逆变器各上桥臂导通时间T_A～T_F以控制电机。

其中期望电压矢量计算模块和SVPWM调制模块框图如图2所示。将转矩平面磁链增量Δψ_αT、Δψ_βT和悬浮平面磁链增量Δψ_αS、Δψ_βS，转矩平面电流i_αT、i_βT，悬浮平面电流i_αS、i_βS，控制周期T_s，定子电阻值R_s送入期望电压矢量计算模块。得到转矩平面期望电压矢量

转矩平面期望电压矢量幅值

转矩平面期望电压矢量角度θ_T，悬浮平面期望电压矢量

悬浮平面期望电压矢量幅值

悬浮平面期望电压矢量角度θ_S；将转矩平面期望电压矢量幅值

悬浮平面期望电压矢量幅值

和控制周期T_s送入转矩平面作用时间和悬浮平面作用时间计算模块，得到转矩平面作用时间T_KT和悬浮平面作用时间T_KS。将转矩平面期望电压矢量角度θ_T送入转矩平面扇区判断，得到转矩平面期望电压矢量扇区号k_T，其中转矩平面电压矢量扇区划分如图4所示,将悬浮平面期望电压矢量角度θ_S送入悬浮平面扇区判断，得到悬浮平面期望电压矢量扇区号k_S，其中悬浮平面电压矢量扇区划分如图5所示；将转矩平面期望电压矢量扇区号k_T、转矩平面期望电压矢量角度θ_T、转矩平面作用时间T_KT、转矩平面期望电压矢量幅值

直流母线电压U_DC送入转矩平面电压矢量作用时间计算模块，得到转矩平面电压矢量作用时间t_KT1和t_KT2。将悬浮平面期望电压矢量扇区号k_S、悬浮平面期望电压矢量角度θ_S、悬浮平面作用时间T_KS、悬浮平面期望电压矢量幅值

直流母线电压U_DC送入悬浮平面电压矢量作用时间计算模块，得到悬浮平面电压矢量作用时间t_KS1和t_KS2；将转矩平面电压矢量作用时间t_KT1和t_KT2送入转矩平面零矢量作用时间计算模块，得到转矩平面零矢量作用时间t_KT0。将悬浮平面电压矢量作用时间t_KS1和t_KS2送入悬浮平面零矢量作用时间计算模块，得到悬浮平面零矢量作用时间t_KS0；根据转矩平面期望电压矢量扇区号k_T，查转矩平面基本电压矢量分布图，如图4所示，选择转矩平面基本电压矢量u_KT1和u_KT2。根据悬浮平面期望电压矢量扇区号k_S，查悬浮平面基本电压矢量分布图，如图5所示，选择悬浮平面基本电压矢量u_KS1和u_KS2；将转矩平面基本电压矢量u_KT1和u_KT2、转矩平面零矢量作用时间t_KT0、转矩平面电压矢量作用时间t_KT1和t_KT2、悬浮平面基本电压矢量u_KS1和u_KS2、悬浮平面零矢量作用时间t_KS0、悬浮平面电压矢量作用时间t_KS1和t_KS2送入逆变桥臂占空比合成，根据伏秒乘积等效原则，输出逆变器各上桥臂导通时间T_A～T_F，用以控制无轴承磁通切换电机转矩和悬浮平面，实现电机悬浮旋转。

电机结构如图3所示，电机12个U型铁芯，每个U型铁芯之间夹一个沿切向充磁的永磁体，充磁方向交替相反，转子有10个齿。定子每相绕组串联绕在空间相互垂直的定子齿上，构成6相对称绕组。其中A相和D相绕组空间对称、B相和E相绕组空间对称、C相和F相绕组空间对称，六相绕组轴线空间上互差60°机械角。若需要调节电机转速，则利用转速闭环控制输出转矩给定值

本发明的实施例驱动系统硬件结构如图6所示。包括：整流器、滤波电容、直流母线电压采样电路、六相逆变器、无轴承磁通切换电机、六相绕组电流采样电路、电机转子位置角检测电路、XY径向位移检测电路、隔离驱动、中央控制器、上位机等。其中六相逆变器直流母线电压也可以采用合适的直流电源提供。六相逆变器的开关管可采用IGBT或MOSFET，中央控制器采用DSP或单片机。电流采样电路采用霍尔电流传感器与运算放大器相结合方式构成，也可以采用绕组串功率电阻后接差分运算放大器相结合方式构成。采用霍尔方案可以有效实现控制回路与主回路的电气隔离，采用绕组串功率电阻方案可以降低驱动系统成本。直流母线电压采样电路采用霍尔电压传感器与运算放大器相结合方式构成，也可以采用并联电阻分压后接由运算放大器构成的电压跟随器相结合方式构成。转子位置角检测电路可以采用旋转编码器后接电平转换电路构成，也可以采用旋转变压器后接解码电路构成，其中前者成本较低，但位置角采样精度受编码器线数限制，而后者成本较高，但位置角采样精度较高。XY径向位移检测电路采用电涡流传感器后接运算放大器相结合方式构成，也可以采用线性光耦后接运算放大器相结合方式构成。可编程ASIC器件可以采用CPLD或FPGA。故障检测模块和AD调理模块均可采用运算放大器构成。将电压、电流信号经过AD调理电路及故障检测模块分别送到中央控制器的A/D采样模块和可编程ASIC器件。转子位移信号经过AD调理电路进行电平转换后送至中央控制器的A/D采样模块。位置角检测电路输出的脉冲信号通过QEP测速模块送至中央控制器。根据取得的信号和本发明的直接控制方法，输出逆变桥臂开关信号，经由隔离驱动去控制逆变器中的功率开关管的开关动作。

图7、图8为无轴承磁通切换电机的坐标系定义。其中图7为转矩平面坐标系定义，图8为悬浮平面坐标系定义。

如图7所示，A～F为电机六相绕组轴线。根据A相中耦合永磁磁链正最大位置判断得A相绕组轴线处于图3中转子齿中心线逆时针超前A1线圈轴线9°机械角处。六相绕组轴线空间上互差60°机械角。α_Tβ_T为转矩平面静止坐标系，d_Tq_T为旋转坐标系。其中α_T轴与A相绕组轴线重合。d_T轴与永磁体在六相绕组轴线中耦合合成磁链矢量ψ_f方向重合，与α_T轴沿逆时针方向夹角表示为转子位置角θ_r。转矩平面磁链矢量ψ_ST＝ψ_αT+jψ_βT。转矩平面电流矢量i_ST＝i_αT+ji_βT。转矩角δ为转矩平面磁链矢量ψ_ST和永磁磁链矢量ψ_f的夹角。

悬浮平面坐标系定义如图8所示。XY为水平-垂直直角坐标系，X轴与图二中的A1线圈轴线方向一致，与A相绕组主线相差9°机械角。α_Sβ_S为悬浮平面静止坐标系，d_Sq_S为旋转坐标系。α_S轴和d_S轴之间的夹角为

其中

为悬浮力相位差。悬浮平面磁链矢量ψ_SS＝ψ_αS+jψ_βS。悬浮平面电流矢量i_SS＝i_αS+ji_βS。虚拟磁链矢量

其中K为悬浮力系数。悬浮角γ为悬浮平面磁链矢量ψ_SS和虚拟磁链矢量ψ的夹角。

利用T6恒功率矩阵，由六相绕组电流i_A～i_F得到转矩平面电流i_αT、i_βT，悬浮平面电流i_αS、i_βS，零序平面电流i₀₁、i₀₂。

其中，T6恒功率矩阵为:

转矩平面磁链ψ_αT,ψ_βT为：

其中L_T是转矩平面电感值，ψ_fαT，ψ_fβT是永磁磁链矢量ψ_f在转矩平面静止坐标系上的投影

其中θ_r为转子位置角。|ψ_f|为永磁磁链矢量幅值。转矩平面电感值L_T和永磁磁链矢量幅值|ψ_f|可通过电机有限元分析软件获得。

电机电磁转矩为：

T_e＝p_n(ψ_αTi_βT-ψ_βTi_αT) (4)

其中，p_n为电机极数。

利用转子位置角θ_r，将转矩平面电流i_αT、i_βT，转矩平面磁链ψ_αT、ψ_βT，电磁转矩T_e旋转变换至转矩平面旋转坐标系d_Tq_T。得到旋转坐标系d_Tq_T下的电流i_dT、i_dT，磁链ψ_dT、ψ_qT和电磁转矩T_e：

其中L_d为电机转矩平面d_T轴电感，L_q为电机转矩平面q_T轴电感

T_e＝p_n(ψ_dTi_qT-ψ_qTi_dT) (7)

由图7可以得到转矩平面磁链矢量ψ_ST和旋转坐标系d_Tq_T下的磁链ψ_dT、ψ_qT的关系：

ψ_ST＝ψ_dT+jψ_dT (8)

其中，|ψ_ST|为转矩平面磁链幅值，转矩角δ为转矩平面磁链矢量ψ_ST与d_T轴之间的夹角。

将式(9)代入(7)中，得到变形后的电磁转矩：

T_e＝P_n|ψ_ST|(i_qTcosδ-i_dTsinδ) (10)

再将式(6)和式(9)代入式(10)中，用磁链代替电流得到：

由直接转矩控制理论可知，保持转矩控制平面定子磁链幅值|ψ_ST|恒定，控制转矩角δ，即可控制电磁转矩的大小。

根据电机产生的悬浮力原理可得XY坐标系下的悬浮力F_x、F_y方程:

K为悬浮力系数：

为悬浮力相位差：

其中，k_qT为单位正向悬浮电流与单位q_T轴电流气隙磁场相互作用产生的悬浮力基波幅值，k_PM为单位正向悬浮电流与永磁体产生的悬浮力基波幅值。二者皆可通过电机有限元分析软件获得。

将(12)式展开可得到：

由前文对悬浮平面坐标系定义可知虚拟磁链矢量ψ，悬浮平面电流矢量i_S，悬浮平面磁链矢量ψ_SS为：

i_S＝i_αS+ji_βS (17)

ψ_SS＝L₂·i_S (18)

其中，L₂为悬浮平面电感值。

将(16)(17)(18)代入(15)式可得：

通过控制悬浮平面磁链幅值|ψ_SS|大小以及悬浮角γ即可控制悬浮力的大小和方向。

为了实现低转矩及悬浮力直接控制，采用基于空间矢量调制的直接控制策略。其基本思路是根据转矩及悬浮力控制的需要，求出在一个周期内电机实际需要的期望电压矢量，利用平行四边形矢量相加原则，将两个及以上的基本电压矢量各工作一定时间来合成所需要的一定大小和方向的电压矢量，精确地补偿转矩和磁链增量。

上述思路的第一个关键是空间期望电压矢量的计算模块。图9为转矩平面磁链增量示意图。ψ_ST为当前转矩平面磁链矢量，Δψ_ST为转矩平面磁链增量矢量，

为期望转矩平面磁链矢量。

从图中可以看出：

进一步可得到在转矩平面磁链增量Δψ_αT、Δψ_βT为：

将

带入(21)式可得：

式中，ω_r为同步角速度，T_s为控制周期，转矩平面磁链幅值给定值

为定值。转矩角变化量Δδ可通过电磁转矩求得。

实际控制中，控制方式属于离散控制，控制周期为T_s，则将式(23)离散化可得：

由式(24)可求得转矩角变化量Δδ为：

当转矩平面产生式(22)所述的磁链增量时，系统所加转矩平面期望电压矢量

为：

图10为悬浮平面磁链增量示意图。其中F为当前悬浮力矢量，F^*为期望悬浮力矢量，悬浮力矢量差ΔF＝F^*-F。ψ_SS为当前悬浮平面磁链矢量，

为期望悬浮平面磁链矢量。悬浮磁链矢量差

当前悬浮平面磁链矢量ψ_SS与α_S轴夹角为γ+u，其中

当前悬浮力矢量F在悬浮平面α_Sβ_S坐标系下的分量为：

其中，

期望悬浮力矢量F^*在悬浮平面α_Sβ_S坐标系下的分量为：

悬浮力矢量差ΔF在悬浮平面α_Sβ_S坐标系下的分量为：

当前悬浮磁链矢量ψ_SS在悬浮平面α_Sβ_S坐标系下的分量为：

期望悬浮磁链矢量

在悬浮平面α_Sβ_S坐标系下的分量为：

悬浮磁链矢量差Δψ_SS在悬浮平面α_Sβ_S坐标系下的分量为：

将式(29)代入式(32)可得：

式中，

当悬浮平面产生式(33)所述的磁链增量时，系统所加悬浮平面期望电压矢量

为：

在求出转矩和悬浮平面期望电压矢量后，基于空间矢量调制的直接控制策略的第二个关键是生成六相逆变桥臂的开关信号，用以驱动六相逆变桥臂，实现电机的悬浮旋转。

在α_Tβ_Tα_Sβ_S0102轴系中，六相相电压如下式：

则可计算得到：

根据式(36)可得到转矩平面和悬浮平面完整电压矢量分布如图11、图12所示。

为在一个控制周期T_S内实现对两个平面磁链的精确控制，在一个周期内进一步分时段控制不同的平面。每个平面的作用时间由期望电压矢量幅值按比例求取：

在转矩平面控制时间T_KT内，从六相单绕组无轴承磁通切换电机的64个电压矢量中选取2个及以上电压矢量合成转矩平面期望电压矢量

这几个电压矢量在悬浮平面的合成矢量为零矢量。同理，在悬浮平面控制时间T_KS内，选取数个电压矢量合成悬浮平面期望电压矢量

在悬浮平面的合成矢量为零矢量。基于上述原则，从六相单绕组无轴承磁通切换电机的完整电压矢量分布图中，选取符合要求的电压矢量构成图4、图5所示的基本电压矢量分布图。从图4、图5中可以看出，所选取的电压矢量在转矩平面内为有效电压矢量时，在悬浮平面内为零矢量；在悬浮平面内为有效电压矢量时，在转矩平面内为零矢量。

确定完工作平面作用时间以及基本电压矢量后，进一步的需要确定各电压矢量的具体作用时间。现以转矩平面第一扇区为例作具体说明。当转矩平面期望电压矢量

位于第一扇区时，如图13所示的电压矢量合成图。

由伏秒平衡原理可知

其中，u_KT1和u_KT2分别对应期望电压矢量所在扇区两侧的基本电压矢量。由图12所示的几何关系可得：

进一步推广至转矩平面其他扇区可得：

同理可得合成悬浮平面期望电压矢量的两个有效电压矢量工作时间：

转矩平面和悬浮平面零电压矢量工作时间为：

根据冲量等效原则，可将两个平面内的各电压矢量作用时间直接转化为各相导通PWM波总的作用时间，进而控制电机实现转子的悬浮旋转。

本实施例具体的工作过程包括如下步骤：

(1)利用电流传感器及AD转换通道，检测出六相绕组电流i_A～i_F；利用转子位置角传感器及检测通道，检测出转子位置角θ_r；利用转子X和Y方向径向位移传感器及检测通道，检测出转子X和Y方向径向位移x、y。

(2)把六相绕组电流i_A～i_F送入T6坐标变换计算模块，输出转矩平面电流i_αT、i_βT，悬浮平面电流i_αS,i_βS以及零序平面电流i₀₁,i₀₂。

其中T6矩阵为：

(3)把转矩平面电流i_αT、i_βT，转子位置角θ_r送入磁链模型计算模块,得到转矩平面磁链ψ_αT,ψ_βT和转矩平面磁链幅值|ψ_sT|：

其中L_T是转矩平面电感值，ψ_fαT，ψ_fβT是永磁磁链矢量ψ_f在转矩平面静止坐标系上的投影，|ψ_f|为永磁磁链矢量幅值。这些电感值和永磁磁链幅值可通过查阅电机设计手册或通过电机有限元分析软件获得。

(4)把电磁转矩误差ΔT_e、转矩角δ、转矩平面磁链幅值增量Δ|ψ_ST|、转矩平面磁链幅值|ψ_ST|送入转矩角变化量计算模块，得到转矩角变化量Δδ：

其中P_n为电机极对数。

(5)把转矩角变化量Δδ、转矩平面磁链ψ_αT、ψ_βT、转矩平面磁链幅值给定值

转矩平面磁链幅值|ψ_ST|、同步角速度ω_r送入转矩平面磁链增量计算模块，得到转矩平面磁链增量Δψ_αT、Δψ_βT：

其中T_s为控制周期。

(6)把悬浮平面电流i_αS,i_βS、悬浮力相位差

悬浮力系数K、转子位置角θ_r送入悬浮力计算模块，输出XY坐标系下的实际悬浮力值F_x和F_y：

(7)把X方向径向位移给定值x^*减去X方向径向位移x，Y方向径向位移给定值y^*减去Y方向径向位移y。所得差值分别送入X方向径向位移PI控制器和Y方向径向位移PI控制器，输出期望悬浮力值

和F_y ^*：

其中k_p为PI控制器的比例放大系数，k_I为PI控制器的积分放大系数

(8)把X方向的期望悬浮力值

减去实际悬浮力值F_x，Y方向的期望悬浮力值

减去实际悬浮力值F_y。输出悬浮力差值ΔF_x和ΔF_y：

(9)把悬浮力差值ΔF_x和ΔF_y、悬浮力相位差

悬浮力系数K、转子位置角θ_r送入悬浮平面磁链增量计算模块，得到悬浮平面磁链增量Δψ_αS和Δψ_βS：

其中，L_S为电机悬浮平面电感值，该值可通过电机有限元分析软件获得。

(10)将转矩平面磁链增量Δψ_αT、Δψ_βT和悬浮平面磁链增量Δψ_αS、Δψ_βS，转矩平面电流i_αT、i_βT，悬浮平面电流i_αS、i_βS送入期望电压矢量计算模块。得到转矩平面期望电压矢量

转矩平面期望电压矢量幅值

转矩平面期望电压矢量角度θ_T，悬浮平面期望电压矢量

悬浮平面期望电压矢量幅值

悬浮平面期望电压矢量角度θ_S：

其中T_s为控制周期，R_s为定子电阻值。

(11)根据六相单绕组无轴承磁通切换电机基本电压矢量分布，分别将转矩平面和悬浮平面以60°为单位各划分为6个扇区，如图4、图5所示。将转矩平面期望电压矢量角度θ_T送入转矩平面扇区判断，得到转矩平面期望电压矢量扇区号k_T；将悬浮平面期望电压矢量角度θ_S送入悬浮平面扇区判断，得到悬浮平面期望电压矢量扇区号k_S。

(12)根据转矩平面期望电压矢量扇区号k_T，查转矩平面基本电压矢量分布图，选择其所在扇区相邻的两个矢量u_KT1和u_KT2；根据悬浮平面期望电压矢量扇区号k_S，查悬浮平面基本电压矢量分布图，选择其所在扇区相邻的两个矢量u_KS1和u_KS2；

(13)把转矩平面期望电压矢量幅值

悬浮平面期望电压矢量幅值

控制周期T_s送入转矩平面作用时间和悬浮平面作用时间计算模块，得到转矩平面作用时间T_KT和悬浮平面作用时间T_KS：

(14)将转矩平面期望电压矢量扇区号k_T、转矩平面期望电压矢量角度θ_T、转矩平面作用时间T_KT、转矩平面期望电压矢量幅值

直流母线电压U_DC送入转矩平面电压矢量作用时间计算模块，得到转矩平面基本电压矢量u_KT1和u_KT2的作用时间t_KT1和t_KT2：

(15)将悬浮平面期望电压矢量扇区号k_S、悬浮平面期望电压矢量角度θ_S、悬浮平面作用时间T_KS、悬浮平面期望电压矢量幅值

直流母线电压U_DC送入悬浮平面电压矢量作用时间计算模块，得到悬浮平面基本电压矢量u_KS1和u_KS2作用时间t_KS1和t_KS2：

(16)转矩平面基本电压矢量u_KT1和u_KT2的作用时间t_KT1和t_KT2，悬浮平面基本电压矢量u_KS1和u_KS2作用时间t_KS1和t_KS2分别送入转矩平面零矢量作用时间、悬浮平面零矢量作用时间计算模块，得到转矩平面零矢量作用时间t_KT0，悬浮平面零矢量作用时间t_KS0：

t_KT0＝T_KT-t_KT1-t_KT2

t_KS0＝T_KS-t_KS1-t_KS2；

(17)由冲量等效原则，将转矩平面基本电压矢量u_KT1和u_KT2的作用时间t_KT1和t_KT2、悬浮平面基本电压矢量u_KS1和u_KS2作用时间t_KS1和t_KS2、以及转矩平面零矢量作用时间t_KT0和悬浮平面零矢量作用时间t_KS0转化为逆变桥臂上桥臂导通时间T_A～T_F，用以控制无轴承磁通切换电机转矩和悬浮平面，实现电机悬浮旋转。

上述步骤(4)中所需的电磁转矩误差ΔT_e、转矩角δ、转矩平面磁链幅值增量Δ|ψ_ST|计算方法如下：

(4.1)电磁转矩给定值

减去电机电磁转矩T_e，得到电磁转矩误差ΔT_e：

(4.2)把转矩平面磁链ψ_αT、ψ_βT送入位置角计算模块，输出转矩平面磁链矢量ψ_ST＝ψ_αT+jψ_βT在转矩平面所处的位置角θ_ψST，再减去转子位置角θ_r，得到转矩角δ：

δ＝θ_ψST-θ_r

(4.3)把转矩平面磁链幅值给定值

减去转矩平面磁链幅值|ψ_ST|得到转矩平面磁链幅值增量Δ|ψ_ST|：

上述步骤(6)中所需的悬浮力相位差

悬浮力系数K计算方法如下：

(6.1)把转矩平面电流i_αT，i_βT和转子位置角θ_r送入旋转变换模块，输出转矩平面q_T轴电流i_qT：

i_qT＝-sinθ_r×i_αT+cosθ_r×i_βT

(6.2)把转矩平面q_T轴电流i_qT送入悬浮力相位差计算模块，输出悬浮力相位差

其中，k_qT为单位正向悬浮电流与单位q_T轴电流气隙磁场相互作用产生的悬浮力基波幅值，k_PM为单位正向悬浮电流与永磁体产生的悬浮力基波幅值。二者皆可通过电机有限元分析软件获得

(6.3)把转矩平面q_T轴电流i_qT送入悬浮力系数计算模块，输出悬浮力系数K：

上述步骤(9)中所需的悬浮力相位差

悬浮力系数K计算方法与步骤(6.1)(6.2)(6.3)相同。

上述步骤(11)中转矩平面期望电压矢量扇区号k_T和悬浮平面期望电压矢量扇区号k_S具体计算方法如下：

其中，函数int()表示取整数含义，θ_T∈[0,2π)，θ_S∈[0,2π)。

本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的单绕组无轴承磁通切换电机低转矩及悬浮力的直接控制方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种单绕组无轴承磁通切换电机低转矩及悬浮力的直接控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：利用电流传感器及AD转换通道，检测出六相绕组电流i_A～i_F；利用转子位置角传感器及检测通道，检测出转子位置角θ_r；利用转子X和Y方向径向位移传感器及检测通道，检测出转子X和Y方向径向位移x、y；

步骤S2：将所述六相绕组电流i_A～i_F输入T6坐标变换计算模块，输出转矩平面电流i_αT、i_βT，悬浮平面电流i_αS,i_βS以及零序平面电流i₀₁,i₀₂：

其中T6矩阵为：

步骤S3：将所述转矩平面电流i_αT、i_βT，转子位置角θ_r输入磁链模型计算模块,得到转矩平面磁链ψ_αT,ψ_βT和转矩平面磁链幅值|ψ_sT|：

其中L_T是转矩平面电感值，ψ_fαT，ψ_fβT是永磁磁链矢量ψ_f在转矩平面静止坐标系上的投影，|ψ_f|为永磁磁链矢量幅值；

步骤S4：将电磁转矩误差ΔT_e、转矩角δ、转矩平面磁链幅值增量Δ|ψ_ST|、转矩平面磁链幅值|ψ_ST|输入转矩角变化量计算模块，得到转矩角变化量Δδ：

其中P_n为电机极对数；

步骤S5：将所述转矩角变化量Δδ、转矩平面磁链ψ_αT、ψ_βT、转矩平面磁链幅值给定值

转矩平面磁链幅值|ψ_ST|、同步角速度ω_r输入转矩平面磁链增量计算模块，得到转矩平面磁链增量Δψ_αT、Δψ_βT：

其中T_s为控制周期；

步骤S6：将所述悬浮平面电流i_αS,i_βS、悬浮力相位差

悬浮力系数K、转子位置角θ_r输入悬浮力计算模块，输出XY坐标系下的实际悬浮力值F_x和F_y：

步骤S7：将X方向径向位移给定值x^*减去X方向径向位移x，Y方向径向位移给定值y^*减去Y方向径向位移y；所得差值分别输入X方向径向位移PI控制器和Y方向径向位移PI控制器，输出期望悬浮力值

和

其中k_p为PI控制器的比例放大系数，k_I为PI控制器的积分放大系数，t为时间；

步骤S8：将X方向的期望悬浮力值

减去实际悬浮力值F_x，Y方向的期望悬浮力值

减去实际悬浮力值F_y；输出悬浮力差值ΔF_x和ΔF_y：

步骤S9：将所述悬浮力差值ΔF_x和ΔF_y、悬浮力相位差

悬浮力系数K、转子位置角θ_r输入悬浮平面磁链增量计算模块，得到悬浮平面磁链增量Δψ_αS和Δψ_βS：

其中，L_S为电机悬浮平面电感值；

步骤S10：将所述转矩平面磁链增量Δψ_αT、Δψ_βT和悬浮平面磁链增量Δψ_αS、Δψ_βS，转矩平面电流i_αT、i_βT，悬浮平面电流i_αS、i_βS输入期望电压矢量计算模块，得到转矩平面期望电压矢量

转矩平面期望电压矢量幅值

转矩平面期望电压矢量角度θ_T，悬浮平面期望电压矢量

悬浮平面期望电压矢量幅值

悬浮平面期望电压矢量角度θ_S：

其中R_s为定子电阻值；

步骤S11：根据六相单绕组无轴承磁通切换电机的基本电压矢量分布，分别将转矩平面和悬浮平面以60°为单位各划分为6个扇区；将所述转矩平面期望电压矢量角度θ_T输入转矩平面扇区判断模块，得到转矩平面期望电压矢量扇区号k_T；将悬浮平面期望电压矢量角度θ_S输入悬浮平面扇区判断模块，得到悬浮平面期望电压矢量扇区号k_S；

步骤S12：根据所述转矩平面期望电压矢量扇区号k_T，查转矩平面基本电压矢量分布图，选择其所在扇区相邻的两个矢量u_KT1和u_KT2；根据悬浮平面期望电压矢量扇区号k_S，查悬浮平面基本电压矢量分布图，选择其所在扇区相邻的两个矢量u_KS1和u_KS2；

步骤S13：将所述转矩平面期望电压矢量幅值

悬浮平面期望电压矢量幅值

控制周期T_s输入转矩平面作用时间和悬浮平面作用时间计算模块，得到转矩平面作用时间T_KT和悬浮平面作用时间T_KS：

步骤S14：将所述转矩平面期望电压矢量扇区号k_T、转矩平面期望电压矢量角度θ_T、转矩平面作用时间T_KT、转矩平面期望电压矢量幅值

直流母线电压U_DC输入转矩平面电压矢量作用时间计算模块，得到转矩平面基本电压矢量u_KT1和u_KT2的作用时间t_KT1和t_KT2：

步骤S15：将所述悬浮平面期望电压矢量扇区号k_S、悬浮平面期望电压矢量角度θ_S、悬浮平面作用时间T_KS、悬浮平面期望电压矢量幅值

直流母线电压U_DC输入悬浮平面电压矢量作用时间计算，得到悬浮平面基本电压矢量u_KS1和u_KS2作用时间t_KS1和t_KS2：

步骤S16：将转矩平面基本电压矢量u_KT1和u_KT2的作用时间t_KT1和t_KT2，悬浮平面基本电压矢量u_KS1和u_KS2作用时间t_KS1和t_KS2分别输入转矩平面零矢量作用时间计算模块、悬浮平面零矢量作用时间计算模块，得到转矩平面零矢量作用时间t_KT0，悬浮平面零矢量作用时间t_KS0：

t_KT0＝T_KT-t_KT1-t_KT2

t_KS0＝T_KS-t_KS1-t_KS2；

步骤S17：由冲量等效原则，将所述转矩平面基本电压矢量u_KT1和u_KT2的作用时间t_KT1和t_KT2、悬浮平面基本电压矢量u_KS1和u_KS2作用时间t_KS1和t_KS2、以及转矩平面零矢量作用时间t_KT0和悬浮平面零矢量作用时间t_KS0转化为连接电机的逆变桥臂上桥臂导通时间T_A～T_F，用以控制无轴承磁通切换电机转矩和悬浮平面，实现电机悬浮旋转。

2.根据权利要求1所述的单绕组无轴承磁通切换电机低转矩及悬浮力的直接控制方法，其特征在于：

步骤S4中所述电磁转矩误差ΔT_e、转矩角δ、转矩平面磁链幅值增量Δ|ψ_ST|计算方法如下：

步骤S41：将电磁转矩给定值

减去电机电磁转矩T_e，得到电磁转矩误差ΔT_e：

步骤S42：将转矩平面磁链ψ_αT、ψ_βT输入位置角计算模块，输出转矩平面磁链矢量ψ_ST＝ψ_αT+jψ_βT在转矩平面所处的位置角

再减去转子位置角θ_r，得到转矩角δ：

步骤S43：将转矩平面磁链幅值给定值

减去转矩平面磁链幅值|ψ_ST|得到转矩平面磁链幅值增量Δ|ψ_ST|：

3.根据权利要求1所述的单绕组无轴承磁通切换电机低转矩及悬浮力的直接控制方法，其特征在于：

步骤S6中所述悬浮力相位差

悬浮力系数K计算方法如下：

步骤S61：将所述转矩平面电流i_αT，i_βT和转子位置角θ_r输入旋转变换模块，输出转矩平面q_T轴电流i_qT：

i_qT＝-sinθ_r×i_αT+cosθ_r×i_βT；

步骤S62；将所述转矩平面q_T轴电流i_qT输入悬浮力相位差计算模块，输出悬浮力相位差

其中，k_qT为单位正向悬浮电流与单位q_T轴电流气隙磁场相互作用产生的悬浮力基波幅值，k_PM为单位正向悬浮电流与永磁体产生的悬浮力基波幅值；

步骤S63：将所述转矩平面q_T轴电流i_qT输入悬浮力系数计算模块，输出悬浮力系数K：

4.根据权利要求1所述的单绕组无轴承磁通切换电机低转矩及悬浮力的直接控制方法，其特征在于：

步骤S11中所述转矩平面期望电压矢量扇区号k_T和悬浮平面期望电压矢量扇区号k_S具体计算方法如下：

其中，函数int()表示取整数含义，θ_T∈[0,2π)，θ_S∈[0,2π)。

5.根据权利要求1所述的单绕组无轴承磁通切换电机低转矩及悬浮力的直接控制方法，其特征在于：实现该方法的硬件系统包括：分别连接无轴承磁通切换电机的六相逆变器、电机转子位置角检测电路和XY径向位移检测电路；六相绕组电流采样电路设置在所述无轴承磁通切换电机和六相逆变器之间；所述电机转子位置角检测电路经QEP测速模块连接中央控制器；所述六相逆变器经隔离驱动模块连接中央控制器，经滤波电容和整流器连接直流电源；直流母线电压采样电路连接六相逆变器；所述中央控制器分别连接上位机、可编程ASIC器件、故障检测模块和AD调理模块；所述故障检测模块连接可编程ASIC器件；所述故障检测模块和AD调理模块采集电压、电流、位移传感器信号。

6.根据权利要求5所述的单绕组无轴承磁通切换电机低转矩及悬浮力的直接控制方法，其特征在于：所述六相逆变器的直流母线电压采用直流电源；所述六相逆变器的开关管采用IGBT或MOSFET，中央控制器采用DSP或单片机；所述六相绕组电流采样电路采用霍尔电流传感器与运算放大器构成，或采用绕组串功率电阻后接差分运算放大器构成；所述直流母线电压采样电路采用霍尔电压传感器与运算放大器构成，或采用并联电阻分压后接由运算放大器构成的电压跟随器构成；所述电机转子位置角检测电路采用旋转编码器后接电平转换电路构成，或采用旋转变压器后接解码电路构成；所述XY径向位移检测电路采用电涡流传感器后接运算放大器构成，或采用线性光耦后接运算放大器构成；所述可编程ASIC器件采用CPLD或FPGA；所述故障检测模块和AD调理模块均由运算放大器构成；将电压、电流信号经过AD调理电路及故障检测模块分别输入中央控制器的A/D采样模块和可编程ASIC器件；转子位移信号经过AD调理电路进行电平转换后输入中央控制器的A/D采样模块；所述位置角检测电路输出的脉冲信号通过QEP测速模块输入中央控制器；所述中央控制器执行步骤S1-步骤S17，输出逆变桥臂开关信号，经由隔离驱动模块控制六相逆变器中的功率开关管的开关动作。

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