本发明专利技术公开一种径向六极主动磁轴承的改进无模型控制系统及控制方法，径向六极主动磁轴承的输出端分别连接第一个、第二改进泛模型以及径向方向位移传感器，第一个改进泛模型和第二个改进泛模型的输出端均连接于径向方向位移传感器的输入端，径向方向位移传感器的输出端连接上位机运算模块，第一个、第二个改进泛模型计算出泛模型位移，第一个、第二个改进无模型控制器同时计算得到径向悬浮力，改进的无模型控制器在利用当前数据的同时，也使用了系统的历史数据，不仅能提高辨识的收敛性，也提高无模型控制率的精度和数据的准确性，改进泛模型加入了新的参数，克服系统采集到的坏数据对控制器输出结果的影响，提高了泛模型的输出精度。
【技术实现步骤摘要】
径向六极主动磁轴承的改进无模型控制系统及控制方法
本专利技术属于高速及超高速电气传动领域，涉及磁悬浮轴承的控制技术，具体是一种主动磁轴承的控制系统，适用于航空航天、真空技术、机械工业及能源交通等领域。
技术介绍
磁悬浮轴承(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。目前磁轴承多采用PID控制器进行控制，但PID控制器过分依赖控制对象的模型参数，鲁棒性较差，很难满足系统精密控制的要求。对于较为复杂的控制系统，事先去实现复杂模型的建模是较为困难的。目前处理控制非线性系统，常用的解决方法是将非线性系统线性化，将非线性系统控制问题变为线性系统的控制问题。线性化方法如泰勒展开线性化，虽然能够将非线性化变为线性化，但是会对控制过程造成其他影响，将非线性转线性后会导致时变的线性部分和高阶忽略项。无模型控制的基本思想是将一般离散化时间非线性系统采用动态线性化方法折现化，并仅用被控对象输入与输出的数据，结合系统的控制输入进行在线迭代辨识，实现控制系统的结构和参数的一体化辨识与控制。测控技术2017年第36卷第2期出版的文献《轴向主动磁轴承的无模型控制》中利用无模型控制方法控制轴向主动磁轴承，仿真和实验结果表明，此控制方法较PID控制器控制效果较好，但其不使用磁轴承系统的历史数据，辨识的收敛性和收敛速度差。
技术实现思路
本专利技术的目的是改进现有技术的不足而提供了一种径向六极主动磁轴承的改进无模型控制系统及其控制方法，充分利用了磁轴承系统历史数据，提高无模型控制器的精度和辨识的收敛性及收敛速度。本专利技术一种径向六极主动磁轴承的改进无模型控制系统采用的技术方案是：包括依次串联的径向力电流变换模块、Clark逆变换模块和电压源逆变器，电压源逆变器的输出端连接径向六极主动磁轴承的输入端，径向六极主动磁轴承输出的是t时刻转子在x，y方向的径向位移x(t)，y(t)，径向六极主动磁轴承的输出端分别连接第一个改进泛模型、第二个改进泛模型以及径向方向位移传感器，径向位移x(t)，y(t)为径向方向位移传感器的第一个和第二输入量，径向位移x(t)为第一个改进泛模型的第一个输入量，径向位移y(t)为第二个改进泛模型的第一个输入量，第一个改进泛模型输出的是x方向t时刻泛模型位移X(t)，第二个改进泛模型输出的是y方向t时刻泛模型位移Y(t)。第一个改进泛模型和第二个改进泛模型的输出端均连接于径向方向位移传感器的输入端，泛模型位移X(t)，Y(t)为径向方向位移传感器的第三个和第四个输入量，径向方向位移传感器的输出端连接上位机运算模块，上位机运算模块输出的是x，y方向的检测位移x′(t)，y′(t)，检测位移x′(t)，y′(t)与x，y方向的参考位移信号x*、y*对应地比较得到位移偏差值Δu(t)，Δu′(t)，位移偏差值Δu(t)为第一个改进泛模型的第二个输入量，位移偏差值Δu′(t)为第二个改进泛模型的第二个输入量。本专利技术一种径向六极主动磁轴承的改进无模型控制系统的控制方法采用的技术方案是：包括以下步骤：步骤A：径向位移x(t)，y(t)输入到对应的第一改进泛模型和第一改进泛模型中，第一改进泛模型和第二改进泛模型计算出泛模型位移X(t)，Y(t)；步骤B：径向方向位移传感器接收到径向位移x(t)，y(t)以及第一改进泛模型和第一改进泛模型输出的泛模型位移X(t)，Y(t)，上位机运算模块计算出检测位移x′(t)，y′(t)；步骤C：第一个改进无模型控制器和第二个改进无模型控制器同时利用已存储的t-1时刻径向悬浮力Fx(t-1)，Fy(t-1)计算得到时刻径向悬浮力其中，中间量0＜p≤1为小于等于1的正的随机数，0.1≤ρ≤2表示步长序列，0.1≤λ≤2为权重因子，0.1≤η≤1表示步长序列，0.1≤μ≤1为权重因子。步骤A中，第一改进泛模型和第二改进泛模型采用公式计算出泛模型位移X(t)，Y(t)；0＜p≤1为小于等于1的正的随机数，0.1≤η≤1表示步长序列，0.1≤μ≤1为权重因子，Δu(t-1)是t-1时刻的x方向的位移偏差，Δu′(t-1)是t-1时刻的y方向的位移偏差。步骤B中，所述的检测位移x′(t)＝0.5×[X(t)+x(t)]，y′(t)＝0.5×[Y(t)+y(t)]。本专利技术的优点在于：1.相比较于标准的无模型控制器，本专利技术中的改进的无模型控制器在利用当前数据的同时，也使用了系统的历史数据，不仅能提高辨识的收敛性，也提高了无模型控制率的精度和数据的准确性。2.本专利技术对标准泛模型进行了改进，相比较标准泛模型，加入了新的参数，能克服系统采集到的坏数据对控制器输出结果的影响，提高了泛模型的输出精度。3.本专利技术所述的改进无模型控制器代替PID控制器来实现径向六极主动磁轴承的悬浮和抗干扰，从而使径向六极主动磁轴承具有更好的鲁棒性、抗干扰性和控制精度附图说明图1是径向六极主动磁轴承的径向结构示意图；图2是本专利技术一种径向六极主动磁轴承的改进无模型控制系统的控制结构框图；图中，1.径向六极主动磁轴承；11.转子；12.径向控制线圈；13.径向定子；2.径向方向位移传感器；21.上位机运算模块；3.第一个改进无模型控制器；4.第二个改进无模型控制器；5.径向力电流变换模块；6.Clark逆变换模块；7.电压源逆变器；8.第一个改进泛模型；9第二个改进泛模型。具体实施方式如图1所示，径向六级主动磁轴承1包括转子11、径向控制线圈12和径向定子13，转子11的中心置于径向定子13的几何中心，每个径向定子13沿圆周方向均匀分布六个磁极，定子片上的磁极沿轴向对齐。径向控制线圈12分别缠绕在磁极上，分为A、B、C三组，每组四个线圈串联，采用星型连接，通以三相径向控制电流ia、ib、ic。如图2所示，本专利技术所述的一种径向六极主动磁轴承的改进无模型控制系统与径向六极主动磁轴承1相连，是一个闭环控制系统。所述的改进无模型控制系统包括依次串联的径向力电流变换模块5、Clark逆变换7和电压源逆变器7，电压源逆变器7的输出端连接径向六极主动磁轴承1的输入端。径向六极主动磁轴承1的输出端分别连接第一个改进泛模型8、第二个改进泛模型9以及径向方向位移传感器2。径向六极主动磁轴承1输出的是t时刻转子在x，y方向的径向位移x(t)，y(t)，径向位移x(t)，y(t)作为径向方向位移传感器2的第一个和第二输入量，同时，x方向的径向位移x(t)作为第一个改进泛模型8的第一个输入量，y方向的径向位移y(t)作为第二个改进泛模型9的第一个输入量。第一个改进泛模型8输出的是x方向t时刻泛模型位移X(t)信号，第二个改进泛模型9输出的是y方向t时刻泛模型位移Y(t)信号。第一个改进泛模型8和第二个改进泛模型9的输出端均连接于径向方向位移传感器2的输入端，泛模型位移X(t)，Y(t)信号作为径向方向位移传感器2的第三个和第四个输入量。径向方向位移本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种径向六极主动磁轴承的改进无模型控制系统，包括依次串联的径向力电流变换模块(5)、Clark逆变换模块(6)和电压源逆变器(7)，电压源逆变器(7)的输出端连接径向六极主动磁轴承的输入端，径向六极主动磁轴承输出的是t时刻转子在x，y方向的径向位移x(t)，y(t)，其特征是：径向六极主动磁轴承的输出端分别连接第一个改进泛模型(8)、第二个改进泛模型(9)以及径向方向位移传感器(2)，径向位移x(t)，y(t)为径向方向位移传感器(2)的第一个和第二输入量，径向位移x(t)为第一个改进泛模型(8)的第一个输入量，径向位移y(t)为第二个改进泛模型(9)的第一个输入量，第一个改进泛模型(8)输出的是x方向t时刻泛模型位移X(t)，第二个改进泛模型(9)输出的是y方向t时刻泛模型位移Y(t)。第一个改进泛模型(8)和第二个改进泛模型(9)的输出端均连接于径向方向位移传感器(2)的输入端，泛模型位移X(t)，Y(t)为径向方向位移传感器(2)的第三个和第四个输入量，径向方向位移传感器(2)的输出端连接上位机运算模块(21)，上位机运算模块(21)输出的是x，y方向的检测位移x′(t)，y′(t)，检测位移x′(t)，y′(t)与x，y方向的参考位移信号x...
【技术特征摘要】
1.一种径向六极主动磁轴承的改进无模型控制系统，包括依次串联的径向力电流变换模块(5)、Clark逆变换模块(6)和电压源逆变器(7)，电压源逆变器(7)的输出端连接径向六极主动磁轴承的输入端，径向六极主动磁轴承输出的是t时刻转子在x，y方向的径向位移x(t)，y(t)，其特征是：径向六极主动磁轴承的输出端分别连接第一个改进泛模型(8)、第二个改进泛模型(9)以及径向方向位移传感器(2)，径向位移x(t)，y(t)为径向方向位移传感器(2)的第一个和第二输入量，径向位移x(t)为第一个改进泛模型(8)的第一个输入量，径向位移y(t)为第二个改进泛模型(9)的第一个输入量，第一个改进泛模型(8)输出的是x方向t时刻泛模型位移X(t)，第二个改进泛模型(9)输出的是y方向t时刻泛模型位移Y(t)。第一个改进泛模型(8)和第二个改进泛模型(9)的输出端均连接于径向方向位移传感器(2)的输入端，泛模型位移X(t)，Y(t)为径向方向位移传感器(2)的第三个和第四个输入量，径向方向位移传感器(2)的输出端连接上位机运算模块(21)，上位机运算模块(21)输出的是x，y方向的检测位移x′(t)，y′(t)，检测位移x′(t)，y′(t)与x，y方向的参考位移信号x*、y*对应地比较得到位移偏差值Δu(t)，Δu′(t)，位移偏差值Δu(t)为第一个改进泛模型(8)的第二个输入量，位移偏差值Δu′(t)为第二个改进泛模型(9)的第二个输入量。
2.根据权利要求1所述的一种径向六极主动磁轴承的改进无模型控制系统，其特征是：第一个改进无模型控制器(3)和第二个改进无模型控制器(4)的输出端均连接所述的径向力电流变换模块(5)。
3.一种如权利要求1所述的改进无模型控制系统的控制方法，其特征是包括以下步骤：
步骤A：径向位移x(t)，y(t)输入对应...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱熀秋，孙静波，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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