The invention discloses a layered control method of the same frequency vibration torque based on a cross-decoupled notch filter, which includes: establishing an unbalanced vibration dynamic model of a magnetic suspended rotor system under strong gyro effect; designing a layered control of the same frequency vibration of a magnetic suspended rotor system based on the dynamic model of the magnetic suspended rotor system in the radial torsion direction; Methods: Through the analysis of the positive and negative frequency characteristics of the control channel of the magnetic suspension rotor system, the analytical expression of the critical swirl instability speed was given to obtain the critical instability speed at low speed and high speed. The phase angle of the frequency trap makes the magnetic suspension rotor stable in the full speed range. The method simplifies the complexity of system stability analysis and the design of notch filter, and has important reference significance for vibration suppression of magnetic bearing flywheel system.
【技术实现步骤摘要】
基于交叉解耦陷波器的同频振动力矩分层控制方法
本专利技术属于航天控制
，特别涉及一种新型复合分层同频振动力矩控制方法，即基于交叉解耦陷波器的同频振动力矩分层控制方法。
技术介绍
近年来，飞轮大多采用无摩擦磨损和无润滑的磁轴承支承，可以从根本上解决飞轮支承系统的寿命和可靠性问题。这种支承方法还可以通过主动控制方法抑制不平衡扰动，使得飞轮的高精度控制成为可能。为了减小飞轮质量和体积，磁悬浮转子通常被设计成扁平结构，因而存在非常严重的陀螺效应。由于强陀螺效应，系统的涡动模态会随着转速的变化出现频率分叉，给磁悬浮转子系统的控制算法设计增加很大的难度。此外，转子质量的不平衡也会引起同频振动干扰，这种干扰不可避免地会影响控制性能，甚至会危及系统的稳定性。如何在系统稳定悬浮的基础上抑制同频振动干扰成为一个具有挑战性的问题。同频振动的控制方法已经广泛应用于磁悬浮转子系统，如构造干扰观测器来估计和补偿振动干扰、采用最小均方(LMS)算法对位移信号进行陷波处理、利用陷波器抑制同频振动以及用于主动振动控制的复合前馈补偿方法。控制方法大致可以分为两种：一种是不平衡补偿方法，通过消除...
【技术保护点】
1.基于交叉解耦陷波器的同频振动力矩分层控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立强陀螺效应下磁悬浮转子系统不平衡振动动力学模型；2)基于磁悬浮转子系统在径向扭转方向的动力学模型，设计磁悬浮转子系统的同频振动分层控制方法；3)通过对磁悬浮转子系统控制通道的正负频率特进行分析，给出临界涡动失稳转速的解析表达式，以得到低速和高速情况的临界失稳转速；4)对临界转速以下和临界转速以上的磁悬浮转子系统的稳定性进行分析，通过调节同频陷波器的相角使磁悬浮转子系统在全转速范围内稳定悬浮。
【技术特征摘要】
1.基于交叉解耦陷波器的同频振动力矩分层控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立强陀螺效应下磁悬浮转子系统不平衡振动动力学模型；2)基于磁悬浮转子系统在径向扭转方向的动力学模型，设计磁悬浮转子系统的同频振动分层控制方法；3)通过对磁悬浮转子系统控制通道的正负频率特进行分析，给出临界涡动失稳转速的解析表达式，以得到低速和高速情况的临界失稳转速；4)对临界转速以下和临界转速以上的磁悬浮转子系统的稳定性进行分析，通过调节同频陷波器的相角使磁悬浮转子系统在全转速范围内稳定悬浮。2.根据权利要求1所述的同频振动力矩分层控制方法，其特征在于，所述步骤1)建立的强陀螺效应下磁悬浮转子系统不平衡振动动力学方程为：其中，式中，Jx、Jy分别是转子在径向x和y方向的转动惯量，Jz是转子在z方向的转动惯量；Ω是转子的转速，α和β表示在几何坐标系下径向扭转α和β方向的两个角位移；px和py表示径向扭转α和β方向的电磁力矩；pdx和pdy表示径向扭转α和β方向的同频振动力矩；εd表示几何轴OG和惯性轴OI之间的离心率；χd分别表示α和β方向的离心率的初始相位角；t表示时间；kiz表示轴向磁轴承的电流刚度系数，ksz表示轴向磁轴承的位移刚度系数，rm表示从转子几何中心到传感器中心的距离，iα表示径向扭转α方向的电流，iβ表示径向扭转β方向的电流。3.根据权利要求2所述的同频振动力矩分层控制方法，其特征在于，所述步骤2)磁悬浮转子系统的同频振动分层控制方法具体包括：构建具有强陀螺效应的磁悬浮转子控制系统在径向扭转方向的动力学模型，其表达示为：式中，gb(s)和gcr(s)分别表示分散PID和交叉解耦控制器的传递函数；ga(s)和gs(s)分别表示功率放大器和传感器的传递函数；rm表示从转子几何中心到传感器中心的距离，kiz表示轴向磁轴承的电流刚度系数，ksz表示轴向磁轴承的位移刚度系数；引入变量η进行系统重构，η＝β+jα，j表示虚数单位1，j2＝-1，将原双输入双输出系统等效为单输入单输出复系数系统，包括：将式(7)乘以j再加上式(8)，得微分方程式(9)：对该微分方程在零初始条件下做Laplace变换可以得到：式中，s表示频域(s域)中的复数，Jr表示赤道转动惯量；由于转子为轴对称结构，Jx＝Jy＝Jr，式(10)在复数域下等效为...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭聪，祝梦婷，周乾，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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