一种无轴承永磁电机的悬浮力控制方法
阅读说明：本技术 一种无轴承永磁电机的悬浮力控制方法 (Suspension force control method of bearingless permanent magnet motor ) 是由 王宇 张艺 郝雯娟 于 2021-01-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种无轴承永磁电机的悬浮力控制方法,分别考虑x、y方向径向负载力突加和突减情况下的悬浮力控制方法,在负载力突变的过程中,以实现悬浮力、位移速度、位移的动态轨迹最优为目标,按照逆变器所能提供的最快变化率来控制悬浮力的线性增加或者线性减小,并且合理设计悬浮力的线性增加和悬浮力的线性减小的区域和组合,使得动态过程中位移速度只存在一次超调、位移无超调即可收敛,使得调节次数最小,减小了动态时间,解决了现有直接悬浮力控制算法不能保证负载力突变的过程中转子位移和转子位移加速度两者的动态轨迹最优的问题。(The invention discloses a suspension force control method of a bearingless permanent magnet motor, which respectively considers suspension force control methods under the conditions of sudden increase and sudden decrease of radial load forces in x and y directions, and in the process of sudden change of the load force, the linear increase or linear decrease of the suspension force is controlled according to the fastest change rate which can be provided by an inverter, and the regions and combinations of the linear increase of the suspension force and the linear decrease of the suspension force are reasonably designed, so that the displacement speed in the dynamic process can be converged only by once overshoot and the displacement can not be overshot, the adjustment times are minimized, the dynamic time is reduced, and the problem that the dynamic trajectory of the rotor displacement and the rotor displacement acceleration in the process of sudden change of the load force cannot be ensured by the existing direct suspension force control algorithm is solved.)
技术领域
本发明涉及无轴承永磁电机控制技术领域，主要涉及一种无轴承永磁电机的悬浮力控制方法。
背景技术
无轴承电机是根据磁轴承与电机产生电磁力原理的相似性，把磁轴承中产生径向力的绕组安装在电机定子上，通过解耦控制实现对电机转矩和径向悬浮力的独立控制。无轴承电机具有磁悬浮磁轴承所有优点，需要免维修、长寿命运行，无菌、无污染以及有毒有害液体或气体的传输是无轴承电机典型应用场合。
无轴承电机的控制分为转矩控制和悬浮力控制。为了提高悬浮力控制的动态性能，专利CN200810155789.2提出了一种永磁型无轴承电机直接悬浮力控制方法，在保持转矩绕组合成气隙磁链恒定的同时,通过适当选择逆变器的开关状态来控制悬浮绕组定子磁链空间矢量的幅值与方向，控制无轴承永磁同步电机悬浮力的大小和方向，对悬浮力采用闭环控制，进一步对转矩控制绕组和悬浮力绕组解耦，该发明是一种对悬浮力控制准确性高，动态响应快，受电机参数影响小的控制方法。
然而，上述直接悬浮力控制方法只是实现了实际悬浮力可以快速精准地跟踪上给定悬浮力。在负载力突变的过程中，给定悬浮力地轨迹由位移环控制器决定，位移环控制器采用的是基于不完全微分的线性PID控制器，它不能保证负载力突变的过程中给定悬浮力轨迹地最优，从而不能保证负载力突变的过程中转子位移和转子位移加速度两者的动态轨迹最优。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种无轴承永磁电机的悬浮力控制方法，解决了现有直接悬浮力控制方法中给定悬浮力轨迹受线性控制器影响、转子位移和转子位移加速度地动态轨迹不能实现最优地问题。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种无轴承永磁电机的悬浮力控制方法，所述无轴承永磁电机结构包括转矩绕组控制逆变器、悬浮绕组控制逆变器和无轴承永磁电机；所述转矩绕组控制逆变器包括直流电压源U1，所述直流电压源U1两端并联有滤波电容C1；开关管Q1、Q2依次串联在直流电压源U1两端，构成第一桥臂；开关管Q3、Q4、Q5和Q6以同样方法依次构成第二桥臂和第三桥臂；所述转矩绕组控制逆变器的三个桥臂中点分别与无轴承永磁电机的三相转矩绕组A、B、C相连；所述悬浮绕组控制逆变器包括直流电压源U2，所述直流电压源U2两端并联有滤波电容C2；开关管Q7、Q8依次串联在直流电压源U2两端，构成第四桥臂；开关管Q9、Q10、Q11、Q12以同样方法依次构成第五桥臂和第六桥臂；所述悬浮绕组控制逆变器的三个桥臂中点分别与无轴承永磁电机的三相转矩绕组a、b、c相连；所述无轴承永磁电机的定子上装有x方向电涡流传感器和y方向电涡流传感器；所述悬浮力控制方法分为以下四种情况：
(1)、x方向径向负载力突加情况
步骤S1、利用x方向电涡流传感器测量获得电机转子的x方向的位移X，预设x方向的位移误差值为Δx，且Δx＞0；当-X>Δx时，无轴承永磁电机的x方向径向负载力突加，记录这一时刻为0时刻；
步骤S2、从0开始，设定悬浮绕组的d轴电压恒定为最大值其中Udc为悬浮绕组控制逆变器的母线电压，则悬浮绕组的d轴电流以的变化率持续上升，其中LdF为悬浮绕组d轴电感，x方向悬浮力以的变化率持续上升，其中KF为悬浮力系数，x方向的转子位移加速度以的变化率持续上升，其中m为转子质量；
步骤S3、对x方向的位移X进行求导，得到电机转子x方向的速度对求导，得到电机转子x方向的位移加速度0时刻之后，当时，电机的x方向的悬浮力等于x方向径向负载力，记录这一时刻为ta；
步骤S4、设定时刻在ta～tb时间段内，设置悬浮绕组的d轴电压恒定为最大值则悬浮绕组的d轴电流以的变化率持续上升，x方向悬浮力以的变化率持续上升，x方向的转子位移加速度以的变化率持续上升；
步骤S5、设定时刻在tb～tc时间段内，设定悬浮绕组的d轴电压恒定为最小值悬浮绕组的d轴电流以的变化率持续减小，x方向悬浮力以的变化率持续减小，x方向的转子位移加速度以的变化率持续减小；
步骤S6、在0～tb时间段内，x方向的转子位移加速度为：f(t)＝kt-kta，通过积分求得该时间段内x方向的转子位移速度表达式为
继续积分求得x方向的转子位移表达式为
在tb～tc时间段内，x方向的转子位移加速度为f(t)＝-kt+2ktb-kta，通过积分求得该时间段内x方向的转子位移速度表达式为：
积分求得x方向的转子位移表达式为
在tc时刻，x方向的转子位移数值为
步骤S7、设定时间段在tc～tc+Δt的时间段内，设定悬浮绕组的d轴电压恒定为最大值则悬浮绕组的d轴电流以的变化率持续上升，x方向悬浮力以的变化率持续上升，x方向的转子位移加速度以的变化率持续上升；
在tc+Δt～tc+3Δt的时间段内，设定悬浮绕组的d轴电压恒定为最小值则悬浮绕组的d轴电流以的变化率持续减小，x方向悬浮力以的变化率持续减小，x方向的转子位移加速度以的变化率持续上升；
在tc+3Δt～tc+4Δt的时间段内，设定悬浮绕组的d轴电压恒定为最大值则悬浮绕组的d轴电流以的变化率持续上升，x方向悬浮力以的变化率持续上升，x方向的转子位移加速度以的变化率持续上升；
在tc+4Δt时刻，动态过程结束；
(2)、y方向径向负载力突加情况；
步骤S1、利用y方向电涡流传感器测量获得电机转子的y方向的位移Y，预设y方向的位移误差值Δy，且Δy＞0；当-Y>Δy时，无轴承永磁电机的y方向径向负载力突加，记录这一时刻为0时刻；
步骤S2、从0开始，设定悬浮绕组的q轴电压恒定为最大值则悬浮绕组的q轴电流以的变化率持续上升，其中LqF为悬浮绕组q轴电感，y方向悬浮力以的变化率持续上升，其中KF为悬浮力系数，y方向的转子位移加速度以的变化率持续上升，其中m为转子质量；
步骤S3、对y方向的位移Y进行求导，得到电机转子的y方向的速度对求导，得到电机转子的y方向的位移加速度；0时刻之后，当时，电机的y方向的悬浮力等于y方向径向负载力，记录这一时刻为ta；
步骤S4、设定时刻在ta～tb时间段内，设定悬浮绕组的q轴电压恒定为最大值则悬浮绕组的q轴电流以的变化率持续上升，y方向悬浮力以的变化率持续上升，y方向的转子位移加速度以的变化率持续上升；
步骤S5、设定时刻在tb～tc时间段内，设定悬浮绕组的q轴电压恒定为最小值则悬浮绕组的q轴电流以的变化率持续减小，y方向悬浮力以的变化率持续减小，y方向的转子位移加速度以的变化率持续减小；
步骤S6、在0～tb时间段内，y方向的转子位移加速度为：f(t)＝kt-kta，通过积分求得该时间段内y方向的转子位移速度表达式为
继续积分求得y方向的转子位移表达式为
在tb～tc时间段内，x方向的转子位移加速度为f(t)＝-kt+2ktb-kta，通过积分求得该时间段内y方向的转子位移速度表达式为：
积分求得y方向的转子位移表达式为
在tc时刻，y方向的转子位移数值为
步骤S7、设定时间段在tc～tc+Δt的时间段内，设定悬浮绕组的q轴电压恒定为最大值则悬浮绕组的q轴电流以的变化率持续上升，y方向悬浮力以的变化率持续上升，y方向的转子位移加速度以的变化率持续上升；
在tc+Δt～tc+3Δt的时间段内，设定悬浮绕组的q轴电压恒定为最小值则悬浮绕组的d轴电流以的变化率持续减小，y方向悬浮力以的变化率持续减小，y方向的转子位移加速度以的变化率持续上升；
在tc+3Δt～tc+4Δt的时间段内，设定悬浮绕组的q轴电压恒定为最大值则悬浮绕组的q轴电流以的变化率持续上升，y方向悬浮力以的变化率持续上升，y方向的转子位移加速度以的变化率持续上升；
在tc+4Δt时刻，动态过程结束；
(3)x方向径向负载力突减情况；
步骤S1、利用x方向电涡流传感器测量获得电机转子的x方向的位移X，预设x方向的位移误差值为Δx，且Δx＞0；当X>Δx时，无轴承永磁电机的x方向径向负载力突减，记录这一时刻为0时刻；
步骤S2、从0时刻开始，设定悬浮绕组的d轴电压恒定为最小值则悬浮绕组的d轴电流以的变化率持续减小，x方向悬浮力以的变化率持续减小，其中KF为悬浮力系数，x方向的转子位移加速度以的变化率持续减小，其中m为转子质量；
步骤S3、对x方向的位移X进行求导，得到电机转子的x方向的速度对求导，得到电机转子的x方向的位移加速度0时刻之后，当时，电机的x方向的悬浮力等于x方向径向负载力，记录这一时刻为ta；
步骤S4、设定时刻在ta～tb时间段内，设置悬浮绕组的d轴电压恒定为最小值则悬浮绕组的d轴电流以的变化率持续减小，x方向悬浮力以的变化率持续上升，x方向的转子位移加速度以的变化率持续减小；
步骤S5、设定时刻在tb～tc时间段内，设定悬浮绕组的d轴电压恒定为最大值悬浮绕组的d轴电流以的变化率持续上升，x方向悬浮力以的变化率持续上升，x方向的转子位移加速度以的变化率持续上升；
步骤S6、在0～tb时间段内，x方向的转子位移加速度为：f(t)＝-kt+kta，通过积分求得该时间段内x方向的转子位移速度表达式为
继续积分求得x方向的转子位移表达式为
在tb～tc时间段内，x方向的转子位移加速度为f(t)＝kt-2ktb+kta，通过积分求得该时间段内x方向的转子位移速度表达式为：
积分求得x方向的转子位移表达式为
在tc时刻，x方向的转子位移数值为
步骤S7、设定时间段在tc～tc+Δt的时间段内，设定悬浮绕组的d轴电压恒定为最小值则悬浮绕组的d轴电流以的变化率持续减小，x方向悬浮力以的变化率持续减小，x方向的转子位移加速度以的变化率持续减小；
在tc+Δt～tc+3Δt的时间段内，设定悬浮绕组的d轴电压恒定为最大值则悬浮绕组的d轴电流以的变化率持续上升，x方向悬浮力以的变化率持续上升，x方向的转子位移加速度以的变化率持续上升；
在tc+3Δt～tc+4Δt的时间段内，设定悬浮绕组的d轴电压恒定为最小值则悬浮绕组的d轴电流以的变化率持续减小，x方向悬浮力以的变化率持续减小，x方向的转子位移加速度以的变化率持续减小；
在tc+4Δt时刻，动态过程结束；
(4)、y方向径向负载力突减情况
步骤S1、利用y方向电涡流传感器测量获得电机转子的y方向的位移Y，预设y方向的位移误差值Δy，且Δy＞0；当Y>Δy时，无轴承永磁电机的y方向径向负载力突减，记录这一时刻为0时刻；
步骤S2、从0时刻开始，设定悬浮绕组的q轴电压恒定为最小值则悬浮绕组的q轴电流以的变化率持续减小，y方向悬浮力以的变化率持续减小，其中KF为悬浮力系数，y方向的转子位移加速度以的变化率持续减小，其中m为转子质量；
步骤S3、对y方向的位移Y进行求导，得到电机转子的y方向的速度对求导，得到电机转子的y方向的位移加速度0时刻之后，当时，电机的y方向的悬浮力等于y方向径向负载力，记录这一时刻为ta；
步骤S4、设定时刻在ta～tb时间段内，设定悬浮绕组的q轴电压恒定为最小值则悬浮绕组的q轴电流以的变化率持续减小，y方向悬浮力以的变化率持续减小，y方向的转子位移加速度以的变化率持续减小；
步骤S5、设定时刻在tb～tc时间段内，设定悬浮绕组的q轴电压恒定为最大值则悬浮绕组的q轴电流以的变化率持续上升，y方向悬浮力以的变化率持续上升，y方向的转子位移加速度以的变化率持续上升；
步骤S6、在0～tb时间段内，y方向的转子位移加速度为：f(t)＝-kt+kta，通过积分求得该时间段内y方向的转子位移速度表达式为
继续积分求得y方向的转子位移表达式为
在tb～tc时间段内，y方向的转子位移加速度为f(t)＝kt-2ktb+kta，通过积分求得该时间段内y方向的转子位移速度表达式为：
积分求得y方向的转子位移表达式为
在tc时刻，y方向的转子位移数值为
步骤S7、设定时间段在tc～tc+Δt的时间段内，设定悬浮绕组的q轴电压恒定为最小值则悬浮绕组的q轴电流以的变化率持续减小，y方向悬浮力以的变化率持续减小，y方向的转子位移加速度以的变化率持续减小；
在tc+Δt～tc+3Δt的时间段内，设定悬浮绕组的q轴电压恒定为最大值则悬浮绕组的q轴电流以的变化率持续上升，y方向悬浮力以的变化率持续上升，y方向的转子位移加速度以的变化率持续上升；
在tc+3Δt～tc+4Δt的时间段内，设定悬浮绕组的q轴电压恒定为最小值则悬浮绕组的q轴电流以的变化率持续减小，y方向悬浮力以的变化率持续减小，y方向的转子位移加速度以的变化率持续减小；
在tc+4Δt时刻，动态过程结束。
有益效果：
本发明提出的一种无轴承永磁电机的悬浮力控制方法，在负载力突变的过程中，以实现悬浮力、位移速度、位移的动态轨迹最优为目标，按照逆变器所能提供的最快变化率来控制悬浮力的线性增加或者线性减小，并且合理设计悬浮力的线性增加和悬浮力的线性减小的区域和组合，使得动态过程中位移速度只存在一次超调、位移无超调即可收敛，使得调节次数最小，减小了动态时间，解决了现有直接悬浮力控制算法不能保证负载力突变的过程中转子位移和转子位移加速度两者的动态轨迹最优的问题。
附图说明
图1为本发明提供的无轴承永磁电机及逆变器电路图；
图2为本发明提供的无轴承永磁电机的悬浮力控制方法在x方向径向负载力突加情况下的控制流程图；
图3为本发明提供的无轴承永磁电机的悬浮力控制方法在y方向径向负载力突加情况下的控制流程图；
图4为本发明提供的无轴承永磁电机的悬浮力控制方法在x方向径向负载力突减情况下的控制流程图；
图5为本发明提供的无轴承永磁电机的悬浮力控制方法在y方向径向负载力突减情况下的控制流程图；
图6为专利CN200810155789.2提出的永磁型无轴承电机直接悬浮力控制方法下，x方向负载力突加情况下的波形；
图7为本发明提出的无轴承永磁电机悬浮力控制方法下，x方向负载力突加情况下的波形；
图8为本发明提出的一种无轴承永磁电机悬浮力控制方法的一般化实现步骤。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
一种无轴承永磁电机的悬浮力控制方法，所采用的无轴承永磁电机结构如图1所示，包括转矩绕组控制逆变器、悬浮绕组控制逆变器和无轴承永磁电机。转矩绕组控制逆变器包括直流电压源U1，直流电压源U1两端并联有滤波电容C1。开关管Q1、Q2依次串联在直流电压源U1两端，构成第一桥臂。开关管Q3、Q4、Q5和Q6以同样方法依次构成第二桥臂和第三桥臂。转矩绕组控制逆变器的三个桥臂中点分别与无轴承永磁电机的三相转矩绕组A、B、C相连。悬浮绕组控制逆变器包括直流电压源U2，直流电压源U2两端并联有滤波电容C2；开关管Q7、Q8依次串联在直流电压源U2两端，构成第四桥臂；开关管Q9、Q10、Q11、Q12以同样方法依次构成第五桥臂和第六桥臂。悬浮绕组控制逆变器的三个桥臂中点分别与无轴承永磁电机的三相转矩绕组a、b、c相连。无轴承永磁电机的定子上装有x方向电涡流传感器和y方向电涡流传感器。
本发明提供的悬浮力控制方法依次针对x方向径向负载力突加情况、y方向径向负载力突加情况、x方向径向负载力突减情况和y方向径向负载力突减情况。
如图2所示，在x方向径向负载力突加情况下，具体步骤包括：
步骤S1、利用x方向电涡流传感器测量获得电机转子的x方向的位移X，预设x方向的位移误差值为Δx，且Δx＞0；当-X>Δx时，无轴承永磁电机的x方向径向负载力突加，记录这一时刻为0时刻；
步骤S2、从0开始，设定悬浮绕组的d轴电压恒定为最大值其中Udc为悬浮绕组控制逆变器的母线电压，则悬浮绕组的d轴电流以的变化率持续上升，其中LdF为悬浮绕组d轴电感，x方向悬浮力以的变化率持续上升，其中KF为悬浮力系数，x方向的转子位移加速度以的变化率持续上升，其中m为转子质量；
步骤S3、对x方向的位移X进行求导，得到电机转子x方向的速度对求导，得到电机转子x方向的位移加速度0时刻之后，当时，电机的x方向的悬浮力等于x方向径向负载力，记录这一时刻为ta；
步骤S4、设定时刻在ta～tb时间段内，设置悬浮绕组的d轴电压恒定为最大值则悬浮绕组的d轴电流以的变化率持续上升，x方向悬浮力以的变化率持续上升，x方向的转子位移加速度以的变化率持续上升；
步骤S5、设定时刻在tb～tc时间段内，设定悬浮绕组的d轴电压恒定为最小值悬浮绕组的d轴电流以的变化率持续减小，x方向悬浮力以的变化率持续减小，x方向的转子位移加速度以的变化率持续减小；
步骤S6、在0～tb时间段内，x方向的转子位移加速度为：f(t)＝kt-kta，通过积分求得该时间段内x方向的转子位移速度表达式为
继续积分求得x方向的转子位移表达式为
在tb～tc时间段内，x方向的转子位移加速度为f(t)＝-kt+2ktb-kta，通过积分求得该时间段内x方向的转子位移速度表达式为：
积分求得x方向的转子位移表达式为
在tc时刻，x方向的转子位移数值为
步骤S7、设定时间段在tc～tc+Δt的时间段内，设定悬浮绕组的d轴电压恒定为最大值则悬浮绕组的d轴电流以的变化率持续上升，x方向悬浮力以的变化率持续上升，x方向的转子位移加速度以的变化率持续上升；
在tc+Δt～tc+3Δt的时间段内，设定悬浮绕组的d轴电压恒定为最小值则悬浮绕组的d轴电流以的变化率持续减小，x方向悬浮力以的变化率持续减小，x方向的转子位移加速度以的变化率持续上升；
在tc+3Δt～tc+4Δt的时间段内，设定悬浮绕组的d轴电压恒定为最大值则悬浮绕组的d轴电流以的变化率持续上升，x方向悬浮力以的变化率持续上升，x方向的转子位移加速度以的变化率持续上升；
在tc+4Δt时刻，动态过程结束。
如图3所示，在y方向径向负载力突加情况下，具体步骤包括：
步骤S1、利用y方向电涡流传感器测量获得电机转子的y方向的位移Y，预设y方向的位移误差值Δy，且Δy＞0；当-Y>Δy时，无轴承永磁电机的y方向径向负载力突加，记录这一时刻为0时刻；
步骤S2、从0开始，设定悬浮绕组的q轴电压恒定为最大值则悬浮绕组的q轴电流以的变化率持续上升，其中LqF为悬浮绕组q轴电感，y方向悬浮力以的变化率持续上升，其中KF为悬浮力系数，y方向的转子位移加速度以的变化率持续上升，其中m为转子质量；
步骤S3、对y方向的位移Y进行求导，得到电机转子的y方向的速度对求导，得到电机转子的y方向的位移加速度；0时刻之后，当时，电机的y方向的悬浮力等于y方向径向负载力，记录这一时刻为ta；
步骤S4、设定时刻在ta～tb时间段内，设定悬浮绕组的q轴电压恒定为最大值则悬浮绕组的q轴电流以的变化率持续上升，y方向悬浮力以的变化率持续上升，y方向的转子位移加速度以的变化率持续上升；
步骤S5、设定时刻在tb～tc时间段内，设定悬浮绕组的q轴电压恒定为最小值则悬浮绕组的q轴电流以的变化率持续减小，y方向悬浮力以的变化率持续减小，y方向的转子位移加速度以的变化率持续减小；
步骤S6、在0～tb时间段内，y方向的转子位移加速度为：f(t)＝kt-kta，通过积分求得该时间段内y方向的转子位移速度表达式为
继续积分求得y方向的转子位移表达式为
在tb～tc时间段内，x方向的转子位移加速度为f(t)＝-kt+2ktb-kta，通过积分求得该时间段内y方向的转子位移速度表达式为：
积分求得y方向的转子位移表达式为
在tc时刻，y方向的转子位移数值为
步骤S7、设定时间段在tc～tc+Δt的时间段内，设定悬浮绕组的q轴电压恒定为最大值则悬浮绕组的q轴电流以的变化率持续上升，y方向悬浮力以的变化率持续上升，y方向的转子位移加速度以的变化率持续上升；
在tc+Δt～tc+3Δt的时间段内，设定悬浮绕组的q轴电压恒定为最小值则悬浮绕组的d轴电流以的变化率持续减小，y方向悬浮力以的变化率持续减小，y方向的转子位移加速度以的变化率持续上升；
在tc+3Δt～tc+4Δt的时间段内，设定悬浮绕组的q轴电压恒定为最大值则悬浮绕组的q轴电流以的变化率持续上升，y方向悬浮力以的变化率持续上升，y方向的转子位移加速度以的变化率持续上升；
在tc+4Δt时刻，动态过程结束。
如图4所示，在x方向径向负载力突减情况下，具体步骤包括：
步骤S1、利用x方向电涡流传感器测量获得电机转子的x方向的位移X，预设x方向的位移误差值为Δx，且Δx＞0；当X>Δx时，无轴承永磁电机的x方向径向负载力突减，记录这一时刻为0时刻；
步骤S2、从0时刻开始，设定悬浮绕组的d轴电压恒定为最小值则悬浮绕组的d轴电流以的变化率持续减小，x方向悬浮力以的变化率持续减小，其中KF为悬浮力系数，x方向的转子位移加速度以的变化率持续减小，其中m为转子质量；
步骤S3、对x方向的位移X进行求导，得到电机转子的x方向的速度对求导，得到电机转子的x方向的位移加速度0时刻之后，当时，电机的x方向的悬浮力等于x方向径向负载力，记录这一时刻为ta；
步骤S4、设定时刻在ta～tb时间段内，设置悬浮绕组的d轴电压恒定为最小值则悬浮绕组的d轴电流以的变化率持续减小，x方向悬浮力以的变化率持续上升，x方向的转子位移加速度以的变化率持续减小；
步骤S5、设定时刻在tb～tc时间段内，设定悬浮绕组的d轴电压恒定为最大值悬浮绕组的d轴电流以的变化率持续上升，x方向悬浮力以的变化率持续上升，x方向的转子位移加速度以的变化率持续上升；
步骤S6、在0～tb时间段内，x方向的转子位移加速度为：f(t)＝-kt+kta，通过积分求得该时间段内x方向的转子位移速度表达式为
继续积分求得x方向的转子位移表达式为
在tb～tc时间段内，x方向的转子位移加速度为f(t)＝kt-2ktb+kta，通过积分求得该时间段内x方向的转子位移速度表达式为：
积分求得x方向的转子位移表达式为
在tc时刻，x方向的转子位移数值为
步骤S7、设定时间段在tc～tc+Δt的时间段内，设定悬浮绕组的d轴电压恒定为最小值则悬浮绕组的d轴电流以的变化率持续减小，x方向悬浮力以的变化率持续减小，x方向的转子位移加速度以的变化率持续减小；
在tc+Δt～tc+3Δt的时间段内，设定悬浮绕组的d轴电压恒定为最大值则悬浮绕组的d轴电流以的变化率持续上升，x方向悬浮力以的变化率持续上升，x方向的转子位移加速度以的变化率持续上升；
在tc+3Δt～tc+4Δt的时间段内，设定悬浮绕组的d轴电压恒定为最小值则悬浮绕组的d轴电流以的变化率持续减小，x方向悬浮力以的变化率持续减小，x方向的转子位移加速度以的变化率持续减小；
在tc+4Δt时刻，动态过程结束；
如图5所示，在y方向径向负载力突减情况，具体步骤如下：
步骤S1、利用y方向电涡流传感器测量获得电机转子的y方向的位移Y，预设y方向的位移误差值Δy，且Δy＞0；当Y>Δy时，无轴承永磁电机的y方向径向负载力突减，记录这一时刻为0时刻；
步骤S2、从0时刻开始，设定悬浮绕组的q轴电压恒定为最小值则悬浮绕组的q轴电流以的变化率持续减小，y方向悬浮力以的变化率持续减小，其中KF为悬浮力系数，y方向的转子位移加速度以的变化率持续减小，其中m为转子质量；
步骤S3、对y方向的位移Y进行求导，得到电机转子的y方向的速度对求导，得到电机转子的y方向的位移加速度0时刻之后，当时，电机的y方向的悬浮力等于y方向径向负载力，记录这一时刻为ta；
步骤S4、设定时刻在ta～tb时间段内，设定悬浮绕组的q轴电压恒定为最小值则悬浮绕组的q轴电流以的变化率持续减小，y方向悬浮力以的变化率持续减小，y方向的转子位移加速度以的变化率持续减小；
步骤S5、设定时刻在tb～tc时间段内，设定悬浮绕组的q轴电压恒定为最大值则悬浮绕组的q轴电流以的变化率持续上升，y方向悬浮力以的变化率持续上升，y方向的转子位移加速度以的变化率持续上升；
步骤S6、在0～tb时间段内，y方向的转子位移加速度为：f(t)＝-kt+kta，通过积分求得该时间段内y方向的转子位移速度表达式为
继续积分求得y方向的转子位移表达式为
在tb～tc时间段内，y方向的转子位移加速度为f(t)＝kt-2ktb+kta，通过积分求得该时间段内y方向的转子位移速度表达式为：
积分求得y方向的转子位移表达式为
在tc时刻，y方向的转子位移数值为
步骤S7、设定时间段在tc～tc+Δt的时间段内，设定悬浮绕组的q轴电压恒定为最小值则悬浮绕组的q轴电流以的变化率持续减小，y方向悬浮力以的变化率持续减小，y方向的转子位移加速度以的变化率持续减小；
在tc+Δt～tc+3Δt的时间段内，设定悬浮绕组的q轴电压恒定为最大值则悬浮绕组的q轴电流以的变化率持续上升，y方向悬浮力以的变化率持续上升，y方向的转子位移加速度以的变化率持续上升；
在tc+3Δt～tc+4Δt的时间段内，设定悬浮绕组的q轴电压恒定为最小值则悬浮绕组的q轴电流以的变化率持续减小，y方向悬浮力以的变化率持续减小，y方向的转子位移加速度以的变化率持续减小；
在tc+4Δt时刻，动态过程结束。
现有技术中专利CN200810155789.2提出了一种永磁型无轴承电机直接悬浮力控制方法，下面以x方向负载力突加情况为例做横向对比，进一步阐述本发明的优越性。
如图6所示为现有技术中采用直接悬浮力控制的波形图，只是提高了实际悬浮力跟踪给定悬浮力的响应速度，但是实际悬浮力是由线性控制器决定的，导致实际悬浮力和位移加速度、位移速度和位移均存在多次调节过程。图6中箭头所示的时刻为位移加速度和位移速度的过零点，但是由于实际悬浮力并未按照本发明所述步骤进行特殊施加，导致这一时刻位移速度的积分值不为零，从而在这一时刻位移不能回归零位置，因此系统会继续调节，这样的调节过程需要经过多次，位移加速度、位移速度和位移才能同时收敛，导致位移速度和位移均在多次过零点，多次超调，系统动态恢复时间较长。
如图7所示为本发明提供的无轴承永磁电机悬浮力控制方法在x方向负载力突加情况下的波形图。其中，在0～tc范围内，位移加速度的表达式如下：
在0～tc范围内，位移速度的表达式如下：
在0～tc范围内，位移X的表达式如下：
在tc时刻，
对应图中面积
在tc～tc+2Δt范围内，位移加速度的表达式如下：
上式可以等效为：
则位移速度表达如下：
位移X的表达式如下：
根据上式，在tc～tc+2Δt的时间段内，X的变化量为：
对应图7中S2的面积为S2＝kΔt3
根据步骤S7可得，位移加速度曲线在tc～tc+2Δt内和在tc+2Δt～tc+4Δt内关于tc+2Δt中心对称，那么位移速度曲线tc～tc+2Δt内和在tc+2Δt～tc+4Δt内关于tc+2Δt成轴对称，即S2＝S3。在tc～tc+4Δt的时间段内，X的变化量为S1+S2＝2kΔt3。
由于则可得：
由上述证明可得，本发明所述悬浮力控制方法可以使得x方向径向负载力突加的情况下，位移速度只存在一次超调，而位移无超调，即可使得悬浮力、位移速度位移三者均收敛，调节次数少，收敛时间短。
不失一般性，本发明一种无轴承永磁电机的悬浮力控制方法所提出的悬浮力控制思想还可以应用于其它类型的无轴承电机，包括无轴承异步电机、无轴承开关磁阻电机、无轴承交替极电机、无轴承薄片电机等。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。