【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高速及超高速电气传动领域，适用于多自由度磁悬浮轴承支承的电主轴，具体是抑制磁悬浮轴承支承的电主轴转子振动的振动抑制控制器。
技术介绍
1、电主轴作为高端数控机床的核心部件，很大程度上决定了机床的精度、稳定性及应用范围，并且其动力性能及稳定性对机床的高速加工起着关键性作用。选用磁悬浮轴承作为电主轴支承系统，所制成的磁悬浮轴承支承的电主轴简称为磁悬浮电主轴。其具有无摩擦磨损、无需润滑和密封、寿命长的优点，特别适用于高速、真空、超洁净的环境。对于磁悬浮电主轴转子来说，在一定程度上都会存在着质量不平衡，即质心和形心没有能够完全重合，所以当转子高速转动时会产生和转子相同频率的激振力。这个力会使转子失去平衡，偏移原来的位置，从而导致转子径向振动。当转速达到一定程度时，不平衡振动的幅值会超过气隙，转子与定子发生摩擦，使得系统不能够正常工作，因此，对磁悬浮电主轴中悬浮转子的振动作抑制显得至关重要。
2、目前消除转子不平衡振动的控制方式可大致分为电流最小控制和位移最小控制。电流最小控制不能够满足转子旋转精度高的要求。位移最小控制就是将补偿信号加到闭环系统控制器的输出信号上，消除反馈信号中的不平衡振动分量，使得转子绕其质量中心旋转，转子在围绕质量中心旋转时不会产生由转子质量不平衡引起的离心力。基于位移最小控制方，提出一种基于变步长最小均方(least mean square,lms)算法的自适应滤波器，通过该滤波器产生一个前馈补偿信号从而实现转子的振动抑制，利用takagi-sugeno(t-s)模型构造的t-s模糊推理机
技术实现思路
1、为了克服现有振动抑制器算法过于繁琐，多变量导致系统控制过于复杂等缺点，本专利技术提出了一种磁悬浮电主轴转子振动抑制控制器的构造方法，构造简化式振动抑制控制器结构，同时改进控制器算法，减少控制lms算法模块的数量，降低系统复杂度，实现对转子在不同转速下的高精度振动抑制。
2、为实现上述目的，本专利技术一种磁悬浮电主轴转子振动抑制控制器的构造方法采用的技术方案是包括以下步骤：
3、步骤1)：由第一个clark逆变换模块、第一个电流滞环控制三相功率逆变器和径向六极混合磁轴承前后依次串联共同构成a端复合被控对象，由第二个clark逆变换模块、第二个电流滞环控制三相功率逆变器和三自由度六极混合磁轴承前后依次串联，双极性功率放大器串联在三自由度六极混合磁轴承的前端，共同构成b端复合被控对象；
4、步骤2)：a端位移xa,ya和b端位移xb,yb分别与相对应的径向参考平衡位移一一作差得到相对应的四个位移差值dax,day,dbx,dby，a端位移差值dax,day与保存在由第一个lms算法模块和第一个加权求和器串联构成的第一个新型振动抑制控制器中的上一时刻n-1的xa,ya方向的补偿值qax(n-1),qay(n-1)分别一一对应地作差得到当前时刻的两个位移误差eax,eay，两个位移误差eax,eay输入到第一个新型振动抑制控制器中；b端位移差值dbx,dby与保存在由第二个lms算法模块和第二个加权求和器串联构成的第二个新型振动抑制控制器中的上一时刻的xb,yb方向位移的补偿值qbx(n-1),qby(n-1)分别一一对应地作差得到当前时刻的两个位移误差ebx,eby，两个位移误差ebx,eby输入到第二个新型振动抑制控制器中；
5、步骤3)：将与转子转速同频的参考输入信号x1(n)与y1(n)均输入到两个新型振动抑制控制器中；
6、步骤4)：当位移误差eax、ebx大于误差阈值时，两个lms算法模块采用反双曲正切函数模型得到步长因子μ(n)，基于步长因子μ(n)、上一时刻的位移误差、上一时刻的参考输入信号x1(n-1)和y1(n-1)调整当前时刻的权值系数w1(n)和w2(n)；
7、步骤5)：第一个加权求和器获得xa,ya方向上的补偿值qax(n)＝w1(n)x1(n)+w2(n)y1(n)和ya方向上的qay(n)＝w1(n)y1(n)-w2(n)x1(n)；同理第二个加权求和器获得xb,yb方向上的振动补偿值qbx(n)，qby(n)；
8、步骤6)：将四个补偿值qax(n),qay(n),qbx(n),qby(n)与所述的四个位移差值dax,day,dbx,dby分别一一对应地作差，更新当前时刻位移误差。
9、进一步地，步骤3)中，波形发生器模块根据转子的角频率ω0产生与转子转速同频的参考输入信号x1(n)＝a cosω0(n)和y1(n)＝a sinω0(n)，a为同频振动位移的幅值。
10、进一步地，步骤4)中，步长因子μ(n)＝β(n)arctanh[α(n)(|ex(n)γ(n)|)]，ex(n)为当前位移误差瞬时值，在第一个新型振动抑制控制器中ex(n)＝eax，在第二个新型振动抑制控制器中ex(n)＝ebx，α(n)、β(n)和γ(n)分别为曲线调整参数α、β和γ在n时刻的瞬时值，α为形状参数，β为幅值参数，γ为收敛参数。
11、更进一步地，调节当前n时刻权值系数ex(n-1)表示上一时刻位移误差，w1(n-1)和w2(n-1)分别是权值系数保存在lms算法模块的上一时刻的瞬时值；x1(n-1)和y1(n-1)分别是参考输入信号x1(n)和y1(n)保存在lms算法模块的上一时刻的瞬时值。
12、本专利技术采用上述技术方案后的优点是：
13、(1)本专利技术通过位移传感器和光电编码器得到转子的转速和位移信号，通过两个振动抑制器同时抑制径向四个自由度的振动信号，并采用变步长算法整定转子的振动系数。当搜索收敛于某一区域时利用模糊推理，选择最优解，计算出完全抑制转子振动所需要的补偿位移信号，减少了控制器数量，简化了整体控制结构，提升了控制器的可靠性。
14、(2)本专利技术基于转子振动机理，利用单自由度信号同时抑制两个自由度的振动，提升控制系统整体关联度，控制器中参数数量的减半可以减小系统延迟造成的影响，减半变量迭代次数。
15、(3)本专利技术采用的基于lms算法的自适应滤波器对线性振动信号抑制能力强，对非线性外扰信号抑制较弱，可有效区分外扰信号和振动信号。振动抑制器受到外扰力干扰影响较小，运行稳定性高。
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1.一种磁悬浮电主轴转子振动抑制控制器的构造方法，其特征是包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的构造方法，其特征是：步骤3)中，波形发生器模块根据转子的角频率ω0产生与转子转速同频的参考输入信号x1(n)＝Acosω0(n)和y1(n)＝Asinω0(n)，A为同频振动位移的幅值。
3.根据权利要求1所述的构造方法，其特征是：步骤4)中，步长因子μ(n)＝β(n)arctanh[a(n)(|ex(n)γ(n)|)]，ex(n)为当前位移误差瞬时值，在第一个新型振动抑制控制器中ex(n)＝eax，在第二个新型振动抑制控制器中ex(n)＝ebx，a(n)、β(n)和γ(n)分别为曲线调整参数a、β和γ在n时刻的瞬时值，a为形状参数，β为幅值参数，γ为收敛参数。
4.根据权利要求3所述的构造方法，其特征是：调整当前n时刻权值系数ex(n-1)表示上一时刻位移误差，w1(n-1)和w2(n-1)分别是权值系数保存在LMS算法模块的上一时刻的瞬时值；x1(n-1)和y1(n-1)分别是参考输入信号x1(n)和y1(n)保存在LMS算法模块的上一时刻的瞬
5.根据权利要求1所述的构造方法，其特征是：步骤4)：当位移误差eax、ebx不大于误差阈值时，不采用补偿值补偿。
6.根据权利要求1所述的构造方法，其特征是：步骤4)中，所述的误差阈值等于1μm。
7.根据权利要求3所述的构造方法，其特征是：LMS算法模块中内置一阶T-S模糊推理机，T-S模糊推理机由输入层、模糊化层、模糊推理层和输出层组成。
8.根据权利要求7所述的构造方法，其特征是：输入层的两个系统输入在模糊化层各有3个模糊子集，对应9条模糊规则，每条规则对应一个输出。
9.根据权利要求8所述的构造方法，其特征是：T-S模糊推理机根据当前位移误差与位移差值分别对参数β和γ进行调整，形状参数a＝4，T-S模糊推理机根据模糊控制规则得到幅值参数β和收敛参数γ。
...【技术特征摘要】
1.一种磁悬浮电主轴转子振动抑制控制器的构造方法，其特征是包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的构造方法，其特征是：步骤3)中，波形发生器模块根据转子的角频率ω0产生与转子转速同频的参考输入信号x1(n)＝acosω0(n)和y1(n)＝asinω0(n)，a为同频振动位移的幅值。
3.根据权利要求1所述的构造方法，其特征是：步骤4)中，步长因子μ(n)＝β(n)arctanh[a(n)(|ex(n)γ(n)|)]，ex(n)为当前位移误差瞬时值，在第一个新型振动抑制控制器中ex(n)＝eax，在第二个新型振动抑制控制器中ex(n)＝ebx，a(n)、β(n)和γ(n)分别为曲线调整参数a、β和γ在n时刻的瞬时值，a为形状参数，β为幅值参数，γ为收敛参数。
4.根据权利要求3所述的构造方法，其特征是：调整当前n时刻权值系数ex(n-1)表示上一时刻位移误差，w1(n-1)和w2(n-1)分别是权值系数保存在lms算法...
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