[發(fā)明專利]一種基于同頻位移自適應(yīng)濾波的自動(dòng)平衡磁懸浮轉(zhuǎn)子系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310247563.6
• 申請(qǐng)日: 2013-06-20
• 公開（公告）號(hào): CN103336436A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏彤;田雙彪;趙林;劉云波;沈繁呈
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;顧煒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于磁懸浮轉(zhuǎn)子的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于同頻位移自適應(yīng)濾波的自動(dòng)平衡磁懸浮轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，用于磁懸浮轉(zhuǎn)子的高精度自動(dòng)平衡，尤其適用于磁懸浮控制力矩陀螺等高速磁懸浮轉(zhuǎn)子系統(tǒng)。

背景技術(shù)

磁懸浮軸承是一種新型高性能軸承，利用可控電磁場(chǎng)把轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮于給定位置，具有無(wú)接觸、剛度主動(dòng)可控等突出優(yōu)點(diǎn)，是高精度、長(zhǎng)壽命高速轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的理想支承方式。

工業(yè)轉(zhuǎn)子存在殘余不平衡且長(zhǎng)期慢變，不平衡量在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心力是磁懸浮高速轉(zhuǎn)子系統(tǒng)最主要的擾動(dòng)源之一，使轉(zhuǎn)子出現(xiàn)不平衡振動(dòng)，同時(shí)向外部環(huán)境傳遞不平衡支承反力，前者降低支承精度，限制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速提高，影響軸承壽命，后者導(dǎo)致外部環(huán)境的噪聲和振動(dòng)。利用磁軸承的主動(dòng)控制能力可以干預(yù)不平衡振動(dòng)。消除支承反力使轉(zhuǎn)子繞慣性主軸旋轉(zhuǎn)，稱為自動(dòng)平衡。自動(dòng)平衡是磁懸浮高速轉(zhuǎn)子推廣應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。

磁懸浮轉(zhuǎn)子自動(dòng)平衡方法可以分為兩大類：慣性主軸同頻位移消除方法和同頻軸承力消除方法，這兩類方法需要在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速已知的情況下實(shí)施。但實(shí)際系統(tǒng)中，傳感器誤差、系統(tǒng)噪聲等因素導(dǎo)致測(cè)得的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不準(zhǔn)確，如何準(zhǔn)確估計(jì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速成為磁懸浮轉(zhuǎn)子高精度自動(dòng)平衡必須解決的重要問(wèn)題。

現(xiàn)有多種方法估計(jì)磁懸浮轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速：1)角位置測(cè)算方法；2)基于鎖相環(huán)的方法；3)頻率觀測(cè)器；4)遞歸控制；5)參數(shù)辨識(shí)；6)自尋最優(yōu)控制。作為一種開環(huán)算法，角位置測(cè)算方法易受噪聲干擾；基于鎖相環(huán)的方法存在捕獲帶窄、收斂速度慢的缺陷；頻率觀測(cè)器運(yùn)用多個(gè)輔助濾波器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；遞歸控制的收斂性嚴(yán)重依賴于頻率估計(jì)的初值，當(dāng)初值距離真實(shí)值較遠(yuǎn)時(shí)，頻率收斂到錯(cuò)誤的數(shù)值；參數(shù)辨識(shí)方法需要存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，計(jì)算復(fù)雜，不能滿足磁軸承實(shí)時(shí)控制的需求；自尋最優(yōu)控制需要利用傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量振動(dòng)幅度，增加了系統(tǒng)復(fù)雜度。因此，現(xiàn)有方法無(wú)法準(zhǔn)確簡(jiǎn)便地估計(jì)磁懸浮轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、實(shí)現(xiàn)高精度自動(dòng)平衡。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題為：克服現(xiàn)有自動(dòng)平衡磁懸浮轉(zhuǎn)子系統(tǒng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速檢測(cè)誤差嚴(yán)重影響自動(dòng)平衡精度的缺陷，提供一種基于同頻位移自適應(yīng)濾波的自動(dòng)平衡磁懸浮轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，顯著提高了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速檢測(cè)存在誤差時(shí)磁懸浮轉(zhuǎn)子的自動(dòng)平衡精度。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是：一種基于同頻位移自適應(yīng)濾波的自動(dòng)平衡磁懸浮轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，包括同頻位移自適應(yīng)濾波器、前饋補(bǔ)償器、控制器、功放、電磁鐵、轉(zhuǎn)子和位移傳感器，其中，位移傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置，將轉(zhuǎn)子位移轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)；同頻位移自適應(yīng)濾波器接收位移傳感器輸出的轉(zhuǎn)子位移信號(hào)，實(shí)施自適應(yīng)濾波算法，對(duì)磁懸浮轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進(jìn)行估計(jì)并自動(dòng)跟蹤，將轉(zhuǎn)子位移信號(hào)精確分離為同頻位移信號(hào)和非同頻位移信號(hào)；控制器接收非同頻位移信號(hào)，產(chǎn)生非同頻控制信號(hào)且保證同頻電流剛度力為零；前饋補(bǔ)償器接收同頻位移信號(hào)，產(chǎn)生同頻補(bǔ)償信號(hào)以消除同頻位移剛度力；前饋補(bǔ)償器輸出的同頻補(bǔ)償信號(hào)與控制器輸出的非同頻控制信號(hào)相加后作為總控制信號(hào)輸入至功放；功放將總控制信號(hào)進(jìn)行功率放大并輸出電流，驅(qū)動(dòng)電磁鐵產(chǎn)生相應(yīng)的電磁力，吸引轉(zhuǎn)子使其穩(wěn)定懸浮，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子的自動(dòng)平衡。