一种五自由度磁悬浮电主轴转子位移自检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种五自由度磁悬浮电主轴转子位移自检测系统及方法，由一个模糊支持向量机位移预测模块、两个线性闭环控制器和两个力/电流变换器组成，模糊支持向量机位移预测模块由四个模糊支持向量机径向位移预测模块和一个模糊支持向量机轴向位移预测模块组成，径向位移预测模块和轴向位移预测模块各自均由训练样本集模块、数据预处理模块、模糊化数据模块、确定最佳性能参数模块和模糊支持向量机训练模块组成，模糊化数据模块对训练样本集利用模糊隶属度函数模糊化，确定最佳性能参数模块利用简化粒子群优化算法，对惩罚参数和核宽度进行优化，获得性能指标最好的一组惩罚参数和核宽度；简化了系统结构，提高了磁轴承的控制性能。

A self-test system and method for rotor displacement of magnetic suspension spindle with five degrees of freedom

【技术实现步骤摘要】
一种五自由度磁悬浮电主轴转子位移自检测系统及方法
本专利技术涉及五自由度磁悬浮电主轴转子位移的检测技术，广泛应用于航空航天、真空技术、机械工业及能源交通等高速切削领域。
技术介绍
随着高速切削技术的发展，电主轴要求更高速、高精度，传统的机械轴承由于存在摩擦，越来越不能满足其高速运行的要求，而磁悬浮轴承支承的电主轴能够大大提高电主轴的性能。磁悬浮轴承(简称磁轴承)是利用线圈中的电流或者永磁体产生电磁力，使转子悬浮于空间中，实现转子和定子之间没有任何机械接触的一种新型高性能轴承。目前关于磁轴承转子位移的检测多采用电涡流式或霍尔式位移传感器，所用传感器不仅价格昂贵、安装复杂，而且增加悬浮系统轴向长度，降低系统动态性能和可靠性。因此，探索磁轴承转子位移自检测技术，实现无传感器控制，对优化系统结构、降低成本和提高系统可靠性很有帮助。目前常见的自检测技术主要包括参数估计法、状态估计法、智能控制方法等。参数估计法和状态估计法依赖精确的数学模型，但由于交流混合磁轴承的非线性、强耦合、参数不稳定等本质特征，难以建立精确的数学模型。智能控制方法主要包括神经本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种五自由度磁悬浮电主轴转子位移自检测系统，其特征是：其由一个模糊支持向量机位移预测模块(2)、两个线性闭环控制器(31、32)和两个力/电流变换模块(41、42)组成，模糊支持向量机位移预测模块(2)的输出端连接两个线性闭环控制器(31、32)的输入端，两个线性闭环控制器(31、32)的输出端分别经一个力/电流变换模块(41、42)串接在一个复合被控对象(81、82)的输入端，第一个复合被控对象(81)包含有三自由度六极径向-轴向混合磁轴承，第二个复合被控对象(82)包含有二自由度六极径向混合磁轴承，两个复合被控对象(81、82)的输出端均串接模糊支持向量机位移预测模块(2)的输入端；第...

【技术特征摘要】
1.一种五自由度磁悬浮电主轴转子位移自检测系统，其特征是：其由一个模糊支持向量机位移预测模块(2)、两个线性闭环控制器(31、32)和两个力/电流变换模块(41、42)组成，模糊支持向量机位移预测模块(2)的输出端连接两个线性闭环控制器(31、32)的输入端，两个线性闭环控制器(31、32)的输出端分别经一个力/电流变换模块(41、42)串接在一个复合被控对象(81、82)的输入端，第一个复合被控对象(81)包含有三自由度六极径向-轴向混合磁轴承，第二个复合被控对象(82)包含有二自由度六极径向混合磁轴承，两个复合被控对象(81、82)的输出端均串接模糊支持向量机位移预测模块(2)的输入端；第一个复合被控对象(81)的输入值是径向等效控制电流期望值iax*、iay*和轴向控制电流期望值iaz*、输出值是径向控制电流iau、iav、iaw和轴向控制电流iaz，第二个复合被控对象(82)输入值是、输出值是径向控制电流ibu、ibv、ibw。


2.根据权利要求1所述的一种五自由度磁悬浮电主轴转子位移自检测系统，其特征是：所述的模糊支持向量机位移预测模块(2)由四个模糊支持向量机径向位移预测模块(21、22、24、25)和一个模糊支持向量机轴向位移预测模块(23)组成，模糊支持向量机轴向位移预测模块(23)的输入是轴向控制电流iaz，模糊支持向量机轴向位移预测模块(23)的输出是轴向位移za；第一个、第二个模糊支持向量机径向位移预测模块(21、22)的输入是所述的径向控制电流iau、iav、iaw，第一个模糊支持向量机径向位移预测模块(21)的输出是径向位移xa，第二个模糊支持向量机径向位移预测模块(22)的输出是径向位移ya；第三个、第四个模糊支持向量机径向位移预测模块(24、25)的输出是所述的径向控制电流ibu、ibv、ibw，第三个模糊支持向量机径向位移预测模块(24)的输出是径向位移xb，第四个模糊支持向量机径向位移预测模块(22)的输出是径向位移yb。


3.根据权利要求2所述的一种五自由度磁悬浮电主轴转子位移自检测系统，其特征是：所述的四个模糊支持向量机径向位移预测模块(21、22、24、25)和一个模糊支持向量机轴向位移预测模块(23)各自均由训练样本集模块、数据预处理模块、模糊化数据模块、确定最佳性能参数模块、模糊支持向量机训练模块组成，训练样本集模块、数据预处理模块和模糊化数据模块依次串接后连接于模糊支持向量机训练模块的输入端，确定最佳性能参数模块串接于模糊化数据模块和模糊支持向量机训练模块的输入端。


4.根据权利要求1所述的一种五自由度磁悬浮电主轴转子位移自检测系统，其特征是：第一个线性闭环控制器(31)由两个径向位置控制器(311、312)和一个轴向位置控制器(313)组成，轴向位置控制器(313)的输入值是所述的轴向位移za与轴向参考位移za*比较的差值eaz、输出值是悬浮力指令值Faz*；第一个径向位置控制器(311)的输入值是所述的径向位移xa与径向参考位移xa*比较的差值eax、输出值是悬浮力指令值Fax*；第二个径向位置控制器(312)的输入值是所述的径向位移ya与径向参考位移ya*比较的差值eay、输出值是悬浮力指令值Fay*；第一个力/电流变换模块(41)的输入值是所述的悬浮力指令值Faz*、Fax*、Fay*、输出值是径向等效控制电流期望值iax*、iay*和轴向控制电流期望值iaz*；第二个线性闭环控制器(32)由第三个、第四个径向位置控制器(321、322)组成，第三个径...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘甜甜，朱熀秋，甘艺鑫，汪仁媛，丁雨晴，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32