本發(fā)明涉及一種混合磁軸承開關磁阻電機及其控制方法，屬于磁懸浮開關磁阻電機及其控制技術領域。

背景技術：

無軸承開關磁阻電機是20世紀90年代發(fā)展起來的一種新型磁懸浮電機。無軸承開關磁阻電機因集旋轉與懸浮兩功能于一體，不僅可有效解決高速運行時軸承摩擦帶來的損耗和發(fā)熱等問題，還能進一步發(fā)揮開關磁阻電機的高速適應性，從而強化其在航空航天、飛輪儲能、艦船等高速領域的應用基礎。

隨著研究的不斷深入，人們逐漸認識到，能否解決轉矩和懸浮力有效輸出區(qū)域間的制約，懸浮與旋轉兩功能是否能解耦控制、以及高速時懸浮控制精度好壞，對bsrm高速性能是否能得到充分發(fā)揮起著至關重要的作用。

為此，nasa學者morrison提出了一種混合磁軸承開關磁阻電機，該電機由定子為8極凸極結構，而轉子則采用復合結構，由一個圓柱轉子和8極凸極轉子構成。四個處于水平和豎直的繞組恒導通產(chǎn)生懸浮力，另外四個繞組兩兩連接為兩相，輪流導通產(chǎn)生轉矩。由于圓柱轉子可產(chǎn)生較大的懸浮力，故該電機的徑向負載能力得到顯著提升，同時其具有全轉子位置均具有懸浮軸承的能力。

然而，由于磁軸承與開關磁阻電機共用一個定子，兩相電樞繞組與四個懸浮繞組間存在較強的磁耦合，懸浮力數(shù)學模型復雜；另外，四個懸浮繞組相當于傳統(tǒng)8/6極開關磁阻電機的另外兩相，且產(chǎn)生的轉矩方向始終相反，轉矩脈動大，限制了啟動性能，該電機的啟動能力與傳統(tǒng)兩相電機相似，存在啟動死區(qū)；受其結構限制，該電機不能實現(xiàn)轉矩和懸浮力的解耦控制，高速懸浮的精確控制較為困難。為此，改善啟動性能、降低其耦合強度、實現(xiàn)解耦控制是該類電機的重點研究方向之一。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提出一種結構簡單、啟動性能較好、磁耦合強度弱、懸浮控制簡單且可實現(xiàn)轉矩和懸浮力解耦控制的混合磁軸承開關磁阻電機及其控制方法。

本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術方案：

一種混合磁軸承開關磁阻電機，包括磁阻電機定子、磁阻電機轉子、磁軸承定子、磁軸承轉子、轉矩線圈、懸浮線圈和轉軸；

所述磁阻電機定子與磁軸承定子串聯(lián)緊密布置，所述磁阻電機轉子與磁軸承轉子串聯(lián)緊密布置；所述磁阻電機轉子布置在磁阻電機定子內(nèi)，所述磁軸承轉子布置在磁軸承定子內(nèi)，所述磁阻電機轉子和磁軸承轉子套在轉軸上；

所述磁阻電機定子為凸極結構，齒數(shù)為12，所有磁阻電機定子齒均勻分布，齒與齒相隔30°；所述磁阻電機轉子為凸極結構，齒數(shù)為8，所有磁阻電機轉子齒均勻分布，齒與齒相隔45°；所述磁阻電機定子的極弧角與磁阻電機轉子的極弧角相等，極弧角均為15°；

所述磁軸承定子為凸極結構，齒數(shù)為4，所有磁軸承定子齒均勻分布，齒與齒相隔90°，所述磁軸承轉子為圓柱結構；

所述4個磁軸承定子與4個磁阻電機定子對齊，且串聯(lián)緊密布置，共構成4個懸浮力定子，其中2個相隔180°的懸浮力定子位于水平方向，剩余2個相隔180°的懸浮力定子位于豎直方向；

所述4個懸浮力定子上均繞有1個懸浮線圈，共4個懸浮線圈，組成a相繞組；磁阻電機定子剩余的8個齒上均1個轉矩線圈，共8個；

所述4個相隔90°的轉矩線圈串聯(lián)，構成b相轉矩繞組；剩余4個相隔90°的轉矩線圈串聯(lián)，構成c相轉矩繞組；b相轉矩繞組與c相轉矩繞組在空間上相差30°；所述4個懸浮線圈獨立控制，其中繞在水平正方向懸浮力定子上的懸浮線圈為水平正方向懸浮繞組，繞在水平負方向懸浮力定子上的懸浮線圈為水平負方向懸浮繞組，繞在豎直正方向懸浮力定子上的懸浮線圈為豎直正方向懸浮繞組，繞在豎直負方向懸浮力定子上的懸浮線圈為豎直負方向懸浮繞組。

a相4個懸浮繞組恒導通產(chǎn)生懸浮力，并產(chǎn)生半個轉子周期產(chǎn)生正轉矩，再剩余半個轉子周期產(chǎn)生負轉矩；b相和c相轉矩繞組輪流勵磁導通，產(chǎn)生轉矩；通過獨立控制a相4個懸浮繞組電流的大小，以調節(jié)懸浮力，且懸浮繞組電流在一個轉子周期內(nèi)產(chǎn)生的正負轉矩對稱相等，平均轉矩為零，故平均轉矩與懸浮力解耦；通過控制b、c兩相轉矩繞組電流的大小，以調節(jié)輸出轉矩，轉矩繞組電流僅作為懸浮繞組電流計算的一個中間變量，與懸浮控制無關，且轉矩繞組電流僅與輸出轉矩相關，故轉矩控制與懸浮控制相互獨立；包括如下步驟：

步驟a，采集磁阻電機轉子實時位置角θ，判別各相勵磁狀態(tài)；

步驟a-1，定義θ＝0時的磁阻電機轉子位置為懸浮力定子齒與磁阻電機轉子齒對齊的位置，一個磁阻電機轉子周期角為45°，a相4個懸浮繞組恒導通，且每個懸浮力控制的導通區(qū)間均為[-22.5°，22.5°]，令θ＝0時4個懸浮繞組開始勵磁導通；

步驟a-2，當θ＝θonb時，開通b相轉矩繞組功率電路的功率開關，b相開始勵磁導通，當θ＝θoffb時，關斷b相轉矩繞組功率電路的功率開關，b相結束勵磁；其中，θonb和θoffb分別b相轉矩繞組功率電路的開通角和關斷角，二者均與轉速相關，θonb的取值范圍為[-7.5°，0]，b相轉矩繞組的導通角為(θoffb-θonb)，其取值范圍為[15°，20°]；

步驟a-3，當θ＝θonc時，開通c相轉矩繞組功率電路的功率開關，c相開始勵磁導通，當θ＝θoffc時，關斷c相轉矩繞組功率電路的功率開關，c相結束勵磁；其中，θonc和θoffc分別c相轉矩繞組功率電路的開通角和關斷角，θonc＝θonb+15°，θoffc＝θoffb+15°；

步驟b，獲取x軸方向給定懸浮力和y軸方向給定懸浮力具體步驟如下：

步驟b-1，獲取轉子在x軸和y軸方向的實時位移信號α和β，其中，x軸與所述水平方向懸浮力定子齒中心線重合，y軸與所述豎直方向懸浮力定子齒中心線重合，x軸與y軸在空間上相差90°；

步驟b-2，將實時位移信號α和β分別與給定的參考位移信號α^*和β^*相減，分別得到x軸方向和y軸方向的實時位移信號差δα和δβ，將所述實時位移信號差δα和δβ經(jīng)過比例積分微分控制器，得到所述相x軸方向給定懸浮力和y軸方向給定懸浮力

步驟c，調節(jié)轉矩，具體步驟如下：

步驟c-1，采集磁阻電機轉子實時轉速，計算得到磁阻電機轉子角速度ω；

步驟c-2，磁阻電機轉子角速度ω與設定的參考角速度ω^*相減，得到轉速差δω；

步驟c-3，所述轉速差δω，通過比例積分控制器，獲得轉矩繞組電流參考值im^*；

步驟c-4，利用電流斬波控制方法，以轉矩繞組的實際電流im跟蹤轉矩繞組電流參考值im^*，進而實時調節(jié)轉矩繞組電流im，進而達到調節(jié)轉矩的目的；

步驟d，調節(jié)懸浮力，具體步驟如下：

步驟d-1，根據(jù)所述懸浮力和轉矩繞組電流參考值im^*，以及電流計算公式和可解算得到x軸方向懸浮繞組電流差的參考值和y軸方向懸浮繞組電流差的參考值

其中，ki為第i懸浮區(qū)間的懸浮力系數(shù)，第1懸浮區(qū)間為θ∈[-22.5°，-15°]，第2懸浮區(qū)間為θ∈[-15°，0]，第3懸浮區(qū)間為θ∈[0，-15°]，第4懸浮區(qū)間為θ∈[15°，22.5°]，每個區(qū)間的懸浮力系數(shù)分別為：

式中，μ0為真空磁導率，l1為磁軸承的軸向長度，r1為磁軸承轉子的半徑，αs為磁軸承定子的極弧角，單位為度，δ1為磁軸承的單邊氣隙長度，ns為懸浮繞組匝數(shù)，l2為開關磁阻電機的軸向長度，r2為開關磁阻電機轉子的半徑，δ1為開關磁阻電機的單邊氣隙長度，開關磁阻電機定、轉子極弧角度均為15°；

步驟d-2，根據(jù)所述和以及電流計算公式和解算得到四個懸浮繞組電流的參考值和

步驟d-3，利用電流斬波控制方法，讓四個懸浮繞組的實際電流is1、is2、is3和is4分別跟蹤其參考值和從而實時調節(jié)每個懸浮區(qū)間內(nèi)的懸浮力，進而實現(xiàn)每個轉子周期的懸浮運行。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提出了一種混合磁軸承開關磁阻電機及其控制方法，采用本發(fā)明的技術方案，能夠達到如下技術效果：

(1)可實現(xiàn)平均轉矩和懸浮力的解耦控制；

(2)控制簡單，啟動性能較好；

(3)結構簡單，功率系統(tǒng)成本低。

附圖說明

圖1是混合磁軸承開關磁阻電機的三維結構示意圖。

圖2是本發(fā)明中開關磁阻電機的b和c相繞組示意圖。

圖3是本發(fā)明中磁軸承的a相4個懸浮繞組示意圖。

圖4是懸浮繞組和轉矩繞組的電感和電流波形示意圖。

圖5是混合磁軸承開關磁阻電機的系統(tǒng)框圖。

圖6是本發(fā)明控制方法中的各懸浮繞組電流計算方法框圖。

附圖標記說明：圖1至圖6中，1是磁阻電機定子，2是磁阻電機轉子，3是磁軸承定子，4是磁軸承轉子，5是轉矩線圈，6是懸浮線圈，7是轉軸，8、9、10分別x、y、z軸方向坐標軸的正方向，11為b相轉矩繞組的流入電流ib+，12為b相轉矩繞組的流出電流ib-，13為c相轉矩繞組的流入電流ic+，14為c相轉矩繞組的流出電流ic-，15為x軸正方向懸浮繞組的流入電流is1+，16為x軸正方向懸浮繞組的流入出流is1-，17為y軸正方向懸浮繞組的流入電流is2+，18為y軸正方向懸浮繞組的流出電流is2-，19為x軸負方向懸浮繞組的流入電流is3+，20為x軸負方向懸浮繞組的流出電流is3-，21為y軸負方向懸浮繞組的流入電流is4+，22為y軸負方向懸浮繞組的流出電流is4-，23、24、25、26分別為氣隙1、氣隙2、氣隙3和氣隙4，27、28、29分別為懸浮繞組、b相轉矩繞組和c相轉矩繞組的電感曲線，30、31、32分別為懸浮繞組、b相轉矩繞組和c相轉矩繞組的電流曲線，fα，fβ為x、y軸方向的懸浮力，fα*，fβ*為懸浮力的參考值，α、β分別為轉子在x、y軸方向上的偏心位移，α*、β*分別為轉子在x、y軸方向上偏心位移的參考值，θ為轉子位置角，θon、θoff分別為開通和關斷角，θonb、θoffb分別b相轉矩繞組的為開通和關斷角，θonc、θoffc分別c相轉矩繞組的為開通和關斷角。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發(fā)明一種混合磁軸承開關磁阻電機及其控制方法的技術方案進行詳細說明：

如圖1所示，是混合磁軸承開關磁阻電機的三維結構示意圖，其中，1是磁阻電機定子，2是磁阻電機轉子，3是磁軸承定子，4是磁軸承轉子，5是轉矩線圈，6是懸浮線圈，7是轉軸。

一種混合磁軸承開關磁阻電機，包括磁阻電機定子、磁阻電機轉子、磁軸承定子、磁軸承轉子、轉矩線圈、懸浮線圈和轉軸；

所述磁阻電機定子與磁軸承定子串聯(lián)緊密布置，所述磁阻電機轉子與磁軸承轉子串聯(lián)緊密布置；所述磁阻電機轉子布置在磁阻電機定子內(nèi)，所述磁軸承轉子布置在磁軸承定子內(nèi)，所述磁阻電機轉子和磁軸承轉子套在轉軸上；

所述磁阻電機定子為凸極結構，齒數(shù)為12，所有磁阻電機定子齒均勻分布，齒與齒相隔30°；所述磁阻電機轉子為凸極結構，齒數(shù)為8，所有磁阻電機轉子齒均勻分布，齒與齒相隔45°；所述磁阻電機定子的極弧角與磁阻電機轉子的極弧角相等，均為15°；

所述磁軸承定子為凸極結構，齒數(shù)為4，所有磁軸承定子齒均勻分布，齒與齒相隔90°，所述磁軸承轉子為圓柱結構；

所述4個磁軸承定子與4個磁阻電機定子對齊，且串聯(lián)緊密布置，共構成4個懸浮力定子，其中2個相隔180°的懸浮力定子位于水平方向，剩余2個相隔180°的懸浮力定子位于豎直方向；

所述4個懸浮力定子上均繞有1個懸浮線圈，共4個，構成a相繞組；磁阻電機定子剩余的8個齒上均1個轉矩線圈，共8個；

所述4個相隔90°的轉矩線圈串聯(lián)，構成b相轉矩繞組，剩余4個相隔90°的轉矩線圈串聯(lián)，構成c相轉矩繞組，b相轉矩繞組與c相轉矩繞組在空間上相差30°；所述4個懸浮線圈獨立控制，其中繞在水平正方向懸浮力定子上的懸浮繞組為水平正方向懸浮繞組，繞在水平負方向懸浮力定子上的懸浮繞組為水平負方向懸浮繞組，繞在豎直正方向懸浮力定子上的懸浮繞組為豎直正方向懸浮繞組，繞在豎直負方向懸浮力定子上的懸浮繞組為豎直負方向懸浮繞組。

如圖2所示，是本發(fā)明中開關磁阻電機的b和c相繞組示意圖。b相和c相轉矩繞組均由空間上相隔90°的四個繞組串聯(lián)而成，二者在位置上與懸浮繞組相差30°和-30°。b相和c相的四個磁極均呈nsns分布。

如圖3所示，是本發(fā)明中磁軸承的a相4個懸浮繞組示意圖。每個懸浮繞組橫跨一個磁軸承定子和與之對齊的磁阻電機定子，即繞在懸浮力定子上，四個懸浮繞組單獨為一套繞組，獨立控制，且進行不對稱勵磁，在磁軸承內(nèi)僅產(chǎn)生懸浮力，在開關磁阻電機內(nèi)不僅產(chǎn)生懸浮力，還產(chǎn)生轉矩。四個懸浮繞組產(chǎn)生的磁場極性呈nsns分布。

當x軸正方向懸浮繞組電流is1大于x軸正方向懸浮繞組電流is3時，氣隙1(標號23)處的氣隙磁密大于氣隙3(標號25)處的氣隙磁密，將產(chǎn)生一個x軸正方向的懸浮力；反之，is1<is3時，將產(chǎn)生一個x軸負方向的懸浮力。

當y軸正方向懸浮繞組電流is2大于y軸正方向懸浮繞組電流is4時，氣隙2(標號24)處的氣隙磁密大于氣隙4(標號26)處的氣隙磁密，將產(chǎn)生一個y軸正方向的懸浮力；反之，is2<is4時，將產(chǎn)生一個y軸負方向的懸浮力。

因此，合理控制四個懸浮繞組電流的大小，即可產(chǎn)生所需的懸浮力，以實現(xiàn)轉子的兩自由度的懸浮。

如圖4所示，是懸浮繞組和轉矩繞組的電感和電流波形示意圖。圖中，標號27、28、29分別為懸浮繞組、b相轉矩繞組和c相轉矩繞組的電感曲線，標號30、31、32分別為懸浮繞組、b相轉矩繞組和c相轉矩繞組的電流曲線。由于懸浮繞組采用恒導通控制方式，懸浮繞組電流是一個連續(xù)且呈周期性變化的曲線，周期角為45°，在對齊位置(θ＝0)，懸浮繞組電流最小，在不對齊位置(θ＝22.5°或-22.5°)，懸浮繞組電流最大。由于在不對齊位置附近[-22.5°,-15°]和[15°,22.5°]，開關磁阻電機的磁阻基本恒定，此區(qū)間內(nèi)的懸浮力也基本恒定，與轉子位置角無關，故懸浮繞組電流也基本為恒值。

兩相轉矩繞組電流被控制位方波形式，為周期性變化規(guī)律，周期角也為45°，且二者的開關角相差15°。

另外，在[-22.5°，0]內(nèi)懸浮繞組電流產(chǎn)生正轉矩，在[0，22.5°]內(nèi)懸浮繞組電流產(chǎn)生負轉矩，由于[-22.5°，0]和[0，22.5°]兩個區(qū)間內(nèi)的懸浮電流對稱相等，故兩區(qū)間內(nèi)產(chǎn)生的正負轉矩恰好相等，平均轉矩為零，進而可實現(xiàn)平均轉矩與懸浮力的解耦控制。

如圖5所示，是磁軸承開關磁阻電機的系統(tǒng)框圖?？刂七^程為：將位移誤差信號進行pid調節(jié)，獲得給定懸浮力fα*，fβ*，之后經(jīng)過懸浮電流控制器，獲得各懸浮繞組電流的參考值，利用電流斬波控制方法，讓各懸浮繞組實際電流跟蹤各自的參考值，以產(chǎn)生所需的懸浮力。

檢測電機轉子位置信息，經(jīng)計算得到實際轉速ω，獲得每相轉矩繞組的開通角θon和關斷角θoff，將轉速誤差信號進行pi調節(jié)，獲得b相和c相轉矩繞組電流的參考值，利用電流斬波控制讓兩相實際電流跟蹤每相繞組電流的參考值，而動態(tài)調節(jié)輸出轉矩。

如圖6所示，是本發(fā)明控制方法中的各懸浮繞組電流計算方法框圖。由于隨著轉子位置角θ的變化，各懸浮繞組電流產(chǎn)生的懸浮也隨之變化，另外一個轉子位置角的周期為45°，故只需推導出一個周期內(nèi)的懸浮力公式即可。

1、當轉子處于第1區(qū)間時，即θ∈[-22.5°,-15°]，x和y軸方向懸浮力fα和fβ的表達式為：

其中，k1為懸浮力系數(shù)，其表達式為：

式中，μ0為真空磁導率，l1為磁軸承的軸向長度，r1為磁軸承轉子的半徑，αs為磁軸承定子的極弧角度，δ1為磁軸承的單邊氣隙長度，ns為懸浮繞組匝數(shù)。

2、當轉子處于第2區(qū)間時，即θ∈[-15°,0]，x和y軸方向懸浮力fα和fβ的表達式為：

其中，k2為懸浮力系數(shù)，其表達式為：

式中，l2為開關磁阻電機的軸向長度，r2為開關磁阻電機轉子的半徑，δ1為開關磁阻電機的單邊氣隙長度，此時開關磁阻電機定、轉子極弧角度均為15°。

3、當轉子處于第3區(qū)間時，即θ∈[0,15°]，x和y軸方向懸浮力fα和fβ的表達式為：

其中，k3為懸浮力系數(shù)，其表達式為：

4、當轉子處于第4區(qū)間時，即θ∈[15°,22.5°]，x和y軸方向懸浮力fα和fβ的表達式為：

其中，k4為懸浮力系數(shù)，其表達式為：

當兩個徑向懸浮力已知時，需引入兩個約束方程，才能求解四個電流變量，令：

其中，im為b、c相轉矩繞組電流值，δis1為水平方向兩懸浮繞組電流之差，δis2為豎直方向兩懸浮繞組電流之差。

則上述懸浮力公式變?yōu)椋?/p>

fα＝kiimδis1(14)

fβ＝kiimδis2(15)

式中，ki為第i區(qū)間的懸浮力系數(shù)。

控制中，兩個徑向位移經(jīng)pid調節(jié)后，可得到兩個方向懸浮力的參考值和而轉速經(jīng)pi調節(jié)后，可得到b和c相轉矩繞組電流的參考值因此，基于公式(14)和(15)，可以得到兩個方向懸浮繞組電流之差的參考值和即：

進一步更根據(jù)式(13)、(16)和(17)，可解算出四個懸浮繞組電流的參考值和即：

上述分析顯示，轉矩繞組電流僅作為懸浮電流計算的一個中間變量，其具體數(shù)值僅由速度閉環(huán)中的pi調節(jié)決定，即僅取決于實時的輸出轉矩；而在懸浮繞組電流整個計算過程中，未考慮懸浮繞組電流對輸出轉矩的影響，懸浮電流對輸出轉矩的影響僅通過速度閉合的pi調節(jié)來彌補。故轉矩控制和懸浮力控制相互解耦，另外，一個轉子周期內(nèi)，懸浮繞組電流產(chǎn)生的轉矩為零，即平均轉矩為零，因此平均轉矩與懸浮力也相互解耦。

需要指出的是，由于懸浮力和轉矩正負僅隨懸浮繞組電流大小和轉子位置角變化而變化，因此四個懸浮繞組電流和兩個轉矩繞組電流的方向在控制時均不發(fā)生變化，故只需采用單電流方向的功率變換器即可，為此可明顯減少功率開關管的數(shù)量，進而降低功率變換器的成本。

所述的一種混合磁軸承開關磁阻電機的控制方法，a相4個懸浮繞組恒導通產(chǎn)生懸浮力，并產(chǎn)生半個轉子周期產(chǎn)生正轉矩，再剩余半個轉子周期產(chǎn)生負轉矩；b相和c相轉矩繞組輪流勵磁導通，產(chǎn)生轉矩；通過獨立控制a相4個懸浮繞組電流的大小，以調節(jié)懸浮力，且懸浮繞組電流在一個轉子周期內(nèi)產(chǎn)生的正負轉矩對稱相等，平均轉矩為零，故平均轉矩與懸浮力解耦；通過控制b、c兩相轉矩繞組電流的大小，以調節(jié)輸出轉矩，轉矩繞組電流僅作為懸浮繞組電流計算的一個中間變量，與懸浮控制無關，且轉矩繞組電流僅與輸出轉矩相關，故轉矩控制與懸浮控制相互獨立；包括如下步驟：

步驟a，采集轉子實時位置角θ，判別各相勵磁狀態(tài)；

步驟a-1，定義θ＝0時的轉子位置為懸浮力定子齒與磁阻電機轉子齒對齊的位置，一個轉子周期角為45°，a相4個懸浮繞組恒導通，且每個懸浮力控制的導通區(qū)間均為[-22.5°，22.5°]，令θ＝0時4個懸浮繞組開始勵磁導通；

步驟a-2，當θ＝θonb時，開通b相轉矩繞組功率電路的功率開關，b相開始勵磁導通，當θ＝θoffb時，關斷b相轉矩繞組功率電路的功率開關，b相結束勵磁；其中，θonb和θoffb分別b相轉矩繞組功率電路的開通角和關斷角，二者均與轉速相關，θonb的取值范圍為[-7.5°，0]，b相轉矩繞組的導通角為(θoffb-θonb)，其取值范圍為[15°，20°]；

步驟a-3，當θ＝θonc時，開通c相轉矩繞組功率電路的功率開關，c相開始勵磁導通，當θ＝θoffc時，關斷c相轉矩繞組功率電路的功率開關，c相結束勵磁；其中，θonc和θoffc分別c相轉矩繞組功率電路的開通角和關斷角，θonc＝θonb+15°，θoffc＝θoffb+15°；

步驟b，獲取x軸方向給定懸浮力和y軸方向給定懸浮力具體步驟如下：

步驟b-1，獲取轉子在x軸和y軸方向的實時位移信號α和β，其中，x軸與所述水平方向懸浮力定子齒中心線重合，y軸與所述豎直方向懸浮力定子齒中心線重合，x軸與y軸在空間上相差90°；

步驟b-2，將實時位移信號α和β分別與給定的參考位移信號α^*和β^*相減，分別得到x軸方向和y軸方向的實時位移信號差δα和δβ，將所述實時位移信號差δα和δβ經(jīng)過比例積分微分控制器，得到所述相x軸方向給定懸浮力和y軸方向給定懸浮力

步驟c，調節(jié)轉矩，具體步驟如下：

步驟c-1，采集轉子實時轉速，計算得到轉子角速度ω；

步驟c-2，轉子角速度ω與設定的參考角速度ω^*相減，得到轉速差δω；

步驟c-3，所述轉速差δω，通過比例積分控制器，獲得轉矩繞組電流參考值im^*；

步驟c-4，利用電流斬波控制方法，以轉矩繞組的實際電流im跟蹤轉矩繞組電流參考值im^*，進而實時調節(jié)轉矩繞組電流im，進而達到調節(jié)轉矩的目的；

步驟d，調節(jié)懸浮力，具體步驟如下：

步驟d-1，根據(jù)所述懸浮力和轉矩繞組電流參考值im^*，以及電流計算公式和可解算得到x軸方向懸浮繞組電流差的參考值和y軸方向懸浮繞組電流差的參考值

其中，ki為第i懸浮區(qū)間的懸浮力系數(shù)，第1懸浮區(qū)間為θ∈[-22.5°，-15°]，第2懸浮區(qū)間為θ∈[-15°，0]，第3懸浮區(qū)間為θ∈[0，-15°]，第4懸浮區(qū)間為θ∈[15°，22.5°]，每個區(qū)間的懸浮力系數(shù)分別為：

式中，μ0為真空磁導率，l1為磁軸承的軸向長度，r1為磁軸承轉子的半徑，αs為磁軸承定子的極弧角，單位為度，δ1為磁軸承的單邊氣隙長度，ns為懸浮繞組匝數(shù)，l2為開關磁阻電機的軸向長度，r2為開關磁阻電機轉子的半徑，δ1為開關磁阻電機的單邊氣隙長度，開關磁阻電機定、轉子極弧角度均為15°；

步驟d-2，根據(jù)所述和以及電流計算公式和解算得到四個懸浮繞組電流的參考值和

步驟d-3，利用電流斬波控制方法，讓四個懸浮繞組的實際電流is1、is2、is3和is4分別跟蹤其參考值和從而實時調節(jié)每個懸浮區(qū)間內(nèi)的懸浮力，進而實現(xiàn)每個轉子周期的懸浮運行。

綜上所述，本發(fā)明結構簡單，懸浮控制實施方便，功率系統(tǒng)成本低，且可實現(xiàn)平均轉矩與懸浮力的解耦控制，以及轉矩與懸浮力的獨立控制。

對該技術領域的普通技術人員而言，根據(jù)以上實施類型可以很容易聯(lián)想其他的優(yōu)點和變形。因此，本發(fā)明并不局限于上述具體實例，其僅僅作為例子對本發(fā)明的一種形態(tài)進行詳細、示范性的說明。在不背離本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)，本領域普通技術人員根據(jù)上述具體實例通過各種等同替換所得到的技術方案，均應包含在本發(fā)明的權利要求范圍及其等同范圍之內(nèi)。