一种磁悬浮轴承转子控制系统同频干扰的抵消方法技术方案

本发明专利技术公开了一种磁悬浮轴承转子控制系统同频干扰的抵消方法，包括：将同频干扰作用在磁悬浮轴承转子上，利用磁悬浮轴承转子系统将输出的位移信号反馈到反推控制器，并输出被同频干扰作用后的控制电流信号；将位移信号和控制电流信号共同作为干扰观测器的输入；根据位移信号中的干扰信号与控制电流信号截止频率的不同，将干扰信号通过低通滤波器，利用干扰观测器观测的信号抵消实际干扰信号，来抵消同频干扰力。本发明专利技术根据同频干扰信号与控制信号的截止频率不一样，将干扰信号经过低通滤波器，将干扰观测器实时测得的信号抵消磁悬浮转子系统的干扰信号，进而抵消同频干扰力，能够抵消转子从零转速到恒定转速，再到零转速范围内的同频干扰力。内的同频干扰力。内的同频干扰力。

【技术实现步骤摘要】
一种磁悬浮轴承转子控制系统同频干扰的抵消方法


[0001]本专利技术涉及主动磁悬浮轴承控制系统同频干扰抵消的
，尤其涉及一种磁悬浮轴承转子控制系统同频干扰的抵消方法。

技术介绍

[0002]主动磁悬浮轴承，简称磁轴承，具有非接触支承、无需润滑、刚度和阻尼可调等优点，已经被广泛应用于飞轮储能系统、航空航天、智能电网等领域。在实际应用中，转子材料不均匀和加工工艺的误差等因素往往会导致质量不平衡现象(转子的几何轴中心和惯性轴中心不重合现象)的产生。转子在高转速下，其通常会产生和转速同频的同频干扰力，使得转子振动并发生转子位移偏差，最终影响转子系统的稳定控制，故对转子系统的同频干扰进行抵消尤为必要。将转子的振动降低在一个很小的范围内，是我们继续解决的一个控制难题。

技术实现思路

[0003]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0004]鉴于上述现有存在的问题，提出了本专利技术。
[0005]因此，本专利技术解决的技术问题是：抵消主动磁悬浮轴承使用过程中存在同频干扰的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：将同频干扰作用在磁悬浮轴承转子上，利用磁悬浮轴承转子系统将输出的位移信号反馈到反推控制器，并输出被同频干扰作用后的控制电流信号；基于所述磁悬浮轴承转子系统输出的位移信号和反推控制器输出的控制电流信号共同作为干扰观测器的输入；根据所述位移信号中的干扰信号与所述控制电流信号截止频率的不同，将所述干扰信号通过低通滤波器，利用所述干扰观测器观测的信号抵消实际干扰信号，进而抵消同频干扰力。
[0007]作为本专利技术所述的磁悬浮轴承转子控制系统同频干扰的抵消方法的一种优选方案，其中：还包括，建立具有同频干扰的磁悬浮轴承转子系统的数学模型；将所述数学模型结合所述反推控制器，并通过设计所述反推控制器的结构，确定反推控制器的系统参数，组成具有闭环反馈的磁悬浮轴承转子控制系统；在所述磁悬浮轴承转子控制系统中添加干扰观测器，建立具有同频干扰抵消的闭环反馈的磁悬浮轴承转子控制系统，实时观测磁悬浮轴承转子控制系统的干扰信号，利用所述实时观测的干扰信号抵消实际干扰信号，实现同频干扰的抵消。
[0008]作为本专利技术所述的磁悬浮轴承转子控制系统同频干扰的抵消方法的一种优选方案，其中：所述建立具有同频干扰的磁悬浮轴承转子本体的数学模型G(s)包括，
[0009][0010]其中，其中，其中，
[0011]式中，K
i
,K
s
分别表示磁轴承的电流刚度系数和位移刚度系数，i和q
l
分别表示控制电流信号和磁悬浮轴承转子位移信号，ω、m、J
x
、J
y
和J
z
分别表示表示转子转速、转子质量、x和y方向的赤道转动惯量、极转动惯量，参数e、ε分别表示主轴偏心距、由力矩导致的倾角，θ1和θ2分别表示质量不平衡引起的静不平衡与动不平衡相角，F
ex
和F
ey
分别表示作用在转子x和y这两个方向上的不平衡力，M
εx
和M
εy
分别表示作用在转子x和y这两个方向上的不平衡力矩。
[0012]作为本专利技术所述的磁悬浮轴承转子控制系统同频干扰的抵消方法的一种优选方案，其中：所述设计反推控制器的结构包括，
[0013]将所述具有同频干扰的磁悬浮轴承转子系统的数学模型去除同频干扰d后变形为：
[0014][0015]其中，
[0016]将变形后的转子系统的数学模型转换为状态方程形式：
[0017][0018]其中，x1＝q，
[0019]定义位置跟踪误差：
[0020]e1＝x1‑
x
1d
[0021]其中，x
1d
表示转子期望运动轨迹；
[0022]对所述e1求导得：
[0023][0024]构造Lyapunov函数：
[0025][0026]对所述V1求导：
[0027][0028]定义速度跟踪误差：
[0029]e2＝x2‑
x
2d
[0030]其中，
[0031]将所述改写为：
[0032][0033]对所述速度跟踪误差e2求导：
[0034][0035]构造Lyapunov函数：
[0036][0037]对所述V2求导，并将所述V1的导数代入：
[0038][0039]令将所述代入所述V2的导数：
[0040][0041]将式e2的导数代入
[0042][0043][0044][0045]则所述反推控制器的结构为：
[0046][0047]其中，x1＝q，k1表示一阶Lyapunov系数，k2表示二阶Lyapunov系数，x
1d
＝[0 0 0 0]T
表示转子目标位移，表示转子目标速度，表示转子目标加速度。
[0048]作为本专利技术所述的磁悬浮轴承转子控制系统同频干扰的抵消方法的一种优选方案，其中：所述反推控制器和干扰观测器共同作用下磁轴承转子闭环反馈控制系统的输出y(s)包括，
[0049][0050]其中，d(s)表示同频干扰信号，Q(s)表示低通滤波器，V表示控制参数，G
k
(s)表示反推控制器，r(s)表示系统的输入，y(s)表示系统的输出，G0(s)表示被控对象的标称模型传递函数。
[0051]作为本专利技术所述的磁悬浮轴承转子控制系统同频干扰的抵消方法的一种优选方案，其中：所述反推控制器和干扰观测器共同作用下磁轴承转子闭环反馈控制系统的输出y(s)还包括，
[0052]所述低通滤波器的形式主要为：
[0053][0054]当选取合适的低通滤波器的截止频率ω，对于同频扰动，在低频段，定义Q(jω)≈1，V(jω)≈0，则系统的输出y(s)可近似为：
[0055][0056]作为本专利技术所述的磁悬浮轴承转子控制系统同频干扰的抵消方法的一种优选方
案，其中：将所述干扰信号通过低通滤波器包括，将所述磁悬浮轴承转子的实际速度单位圈数每秒转换成弧度每秒，得到所需的频率；再调节所述低通滤波器的截止频率，将所述同频干扰进行滤波，抵消磁悬浮轴承转子的同频干扰。
[0057]作为本专利技术所述的磁悬浮轴承转子控制系统同频干扰的抵消方法的一种优选方案，其中：所述干扰观测器还包括与所述反推控制器G
k
(s)输出连接的被控对象的标称模型G0(s)，以及和所述标称模型G0(s)连接的
[0058]作为本专利技术所述的磁悬浮轴承转子控制系统同频干扰的抵消方法的一种优选方案，其中：将所述位移参考信号r(s)和所述位移输出信号y(s)作差本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁悬浮轴承转子控制系统同频干扰的抵消方法，其特性在于，包括：将同频干扰作用在磁悬浮轴承转子上，利用磁悬浮轴承转子系统将输出的位移信号反馈到反推控制器，并输出被同频干扰作用后的控制电流信号；基于所述磁悬浮轴承转子系统输出的位移信号和反推控制器输出的控制电流信号共同作为干扰观测器的输入；根据所述位移信号中的干扰信号与所述控制电流信号截止频率的不同，将所述干扰信号通过低通滤波器，利用所述干扰观测器观测的信号抵消实际干扰信号，进而抵消同频干扰力。2.如权利要求1所述的磁悬浮轴承转子控制系统同频干扰的抵消方法，其特征在于：还包括，建立具有同频干扰的磁悬浮轴承转子系统的数学模型；将所述数学模型结合所述反推控制器，并通过设计所述反推控制器的结构，确定反推控制器的系统参数，组成具有闭环反馈的磁悬浮轴承转子控制系统；在所述磁悬浮轴承转子控制系统中添加干扰观测器，建立具有同频干扰抵消的闭环反馈的磁悬浮轴承转子控制系统，实时观测磁悬浮轴承转子控制系统的干扰信号，利用所述实时观测的干扰信号抵消实际干扰信号，实现同频干扰的抵消。3.如权利要求1或2所述的磁悬浮轴承转子控制系统同频干扰的抵消方法，其特征在于：所述建立具有同频干扰的磁悬浮轴承转子本体的数学模型G(s)包括，其中，其中，其中，式中，K
i
,K
s
分别表示磁轴承的电流刚度系数和位移刚度系数，i和q
l
分别表示控制电流信号和磁悬浮轴承转子位移信号，ω、m、J
x
、J
y
和J
z
分别表示表示转子转速、转子质量、x和y方向的赤道转动惯量、极转动惯量，参数e、ε分别表示主轴偏心距、由力矩导致的倾角，θ1和θ2分别表示质量不平衡引起的静不平衡与动不平衡相角，F
ex
和F
ey
分别表示作用在转子x和y这两个方向上的不平衡力，M
εx
和M
εy
分别表示作用在转子x和y这两个方向上的不平衡力矩。
4.如权利要求3所述的磁悬浮轴承转子控制系统同频干扰的抵消方法，其特征在于：所述设计反推控制器的结构包括，将所述具有同频干扰的磁悬浮轴承转子系统的数学模型去除同频干扰d后变形为：其中，将变形后的转子系统的数学模型转换为状态方程形式：其中，x1＝q，定义位置跟踪误差：e1＝x1‑
x
1d
其中，x
1d
表示转子期望运动...

【专利技术属性】
技术研发人员：张广明，张林，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：