[發(fā)明專利]一種基于電流試重的磁懸浮轉(zhuǎn)子不平衡量在線辨識(shí)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310632032.9
• 申請(qǐng)日: 2013-12-01
• 公開（公告）號(hào): CN103604563A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔培玲;趙光再;房建成;李海濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M1/22
• 分類號(hào): G01M1/22;G01C19/24;G01C25/00
• 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;李新華

1.一種基于電流試重的磁懸浮轉(zhuǎn)子不平衡量在線辨識(shí)方法，其特征在于包括以下步驟：

（1）建立磁懸浮轉(zhuǎn)子的靜和動(dòng)不平衡量數(shù)學(xué)模型；

靜不平衡量為轉(zhuǎn)子幾何中心和質(zhì)心的位移，動(dòng)不平衡量為轉(zhuǎn)子幾何軸相對(duì)慣性軸的扭轉(zhuǎn)角位移；靜不平衡量在轉(zhuǎn)子中心面固連坐標(biāo)系Oεη中表示為：

rxry=lcosθlsinθ]]>

其中，l是轉(zhuǎn)子中心面內(nèi)轉(zhuǎn)子幾何中心與質(zhì)心的距離，θ是轉(zhuǎn)子中心面固連坐標(biāo)系Oεη的Oε坐標(biāo)軸與l的夾角，l、θ是與轉(zhuǎn)子靜不平衡量有關(guān)的待定參數(shù)，r_x為l在Oε軸的分量，r_y為l在Oη軸的分量，

動(dòng)不平衡量采用歐拉角表示為：

vψ=-ncosβ-mcosαlabnsinβ+msinαlab]]>

其中，m是A端磁軸承定子中心面內(nèi)轉(zhuǎn)子幾何中心與質(zhì)心的距離，n是B端磁軸承定子中心面內(nèi)轉(zhuǎn)子幾何中心與質(zhì)心的距離，α、β分別是m、n在轉(zhuǎn)子中心面內(nèi)的投影與Oε坐標(biāo)軸的夾角，m、n、α、β是與轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡量有關(guān)的待定參數(shù)，l_ab為磁軸承A、B中心面的距離，ν、ψ分別為繞Oε、Oη軸旋轉(zhuǎn)的卡爾丹角；

在額定轉(zhuǎn)速Ω下，利用建立的轉(zhuǎn)子靜和動(dòng)不平衡量數(shù)學(xué)模型，建立由磁軸承提供的用來克服轉(zhuǎn)子離心運(yùn)動(dòng)的向心力數(shù)學(xué)模型：

FAX(t)FAY(t)FBX(t)FBY(t)=-MΩ2lcos(Ωt+θ)-mcos(Ωt+α)lsin(Ωt+θ)+msin(Ωt+α)lcos(Ωt+θ)+ncos(Ωt+β)lsin(Ωt+θ)-nsin(Ωt+β)]]>

其中，t為時(shí)間，M為轉(zhuǎn)子質(zhì)量，F(xiàn)_AX(t)、F_AY(t)、F_BX(t)、F_BY(t)分別為A端磁軸承和B端磁軸承分別在徑向四通道AX、AY、BX、BY提供給轉(zhuǎn)子的向心力，將向心力等效為參數(shù)待定的磁軸承線圈初始電流i_ax(t)、i_ay(t)、i_bx(t)、i_by(t)為：

iax(t)iay(t)ibx(t)iby(t)=-MΩ2Kilcos(Ωt+θ)-mcos(Ωt+α)lsin(Ωt+θ)+msin(Ωt+α)lcos(Ωt+θ)+ncos(Ωt+β)lsin(Ωt+θ)-nsin(Ωt+β)]]>

其中，K_i為徑向四通道電流剛度；

（2）在額定轉(zhuǎn)速下測(cè)量磁軸承線圈電流和轉(zhuǎn)子位移；

在轉(zhuǎn)子額定轉(zhuǎn)速下，通過電流傳感器測(cè)量出磁軸承線圈電流信號(hào)，并將該電流信號(hào)輸入數(shù)字濾波器，提取出與轉(zhuǎn)速Ω頻率相同的電流同頻信號(hào)，得到徑向四通道AX、AY、BX、BY對(duì)應(yīng)的同頻電流為：

iAX0(Ωt)iAY0(Ωt)iBX0(Ωt)iBY0(Ωt)=iAX0cos(Ωt+λAX)iAY0cos(Ωt+λAY)iBX0cos(Ωt+λBX)iBY0cos(Ωt+λBY)]]>

其中，分別為徑向四通道同頻電流幅值，λ_AX、λ_AY、λ_BX、λ_BY分別為徑向四通道同頻電流相位。同理，將位移傳感器的信號(hào)輸入至數(shù)字濾波器，得到轉(zhuǎn)子徑向四通道同頻位移為：

XA0(Ωt)YA0(Ωt)XB0(Ωt)YB0(Ωt)=aAXcos(Ωt+φAX)aAYcos(Ωt+φAY)aBXcos(Ωt+φBX)aBYcos(Ωt+φBY)]]>

其中，a_AX、a_AY、a_BX、a_BY為徑向四通道同頻位移幅值，φ_AX、φ_AY、φ_BX、φ_BY為徑向四通道同頻位移相位；

（3）第一次加入試重電流，測(cè)量磁軸承線圈電流和轉(zhuǎn)子的位移；

保持轉(zhuǎn)子額定轉(zhuǎn)速不變，在控制算法中徑向四通道同時(shí)加入相同試重電流I₁cosΩt，其中I₁為試重電流幅值，取值為100mA～200mA；通過電流傳感器測(cè)得磁軸承線圈電流信號(hào)，經(jīng)陷波器提取出同頻電流，減去原有電流得到徑向四通道磁軸承線圈中加入的第一試重同頻電流為：

iAX1(Ωt)iAY1(Ωt)iBX1(Ωt)iBY1(Ωt)=iAX1cos(Ωt+χAX)iAY1cos(Ωt+χAY)iBX1cos(Ωt+χBX)iBY1cos(Ωt+χBY)]]>

其中，分別為徑向四通道同頻電流幅值，χ_AX、χ_AY、χ_BX、χ_BY分別為徑向四通道同頻電流相位。同理，將位移傳感器的信號(hào)輸出至數(shù)字濾波器，得到此時(shí)轉(zhuǎn)子徑向四通道的同頻位移為：

其中，b_AX、b_AY、b_BX、b_BY為徑向四通道同頻位移幅值，為徑向四通道同頻位移相位；

（4）第二次加入試重電流，測(cè)量此時(shí)磁軸承線圈電流和轉(zhuǎn)子的位移；

保持轉(zhuǎn)子額定轉(zhuǎn)速不變，采用與步驟（3）同樣的方式，在轉(zhuǎn)子徑向四通道同時(shí)加入相同試重電流I₂cosΩt，其中，I₂為試重電流幅值，I₂≠I₁，取值為200mA～300mA，電流傳感器測(cè)得的電流輸出至數(shù)字濾波器得到同頻電流，減去原有電流得到徑向四通道磁軸承線圈中第二試重同頻電流為：

iAX2(Ωt)iAY2(Ωt)iBX2(Ωt)iBY2(Ωt)=iAX2cos(Ωt+γAX)iAY2cos(Ωt+γAY)iBX2cos(Ωt+γBX)iBY2cos(Ωt+γBY)]]>

其中，分別為徑向四通道同頻電流幅值，γ_AX、γ_AY、γ_BX、γ_BY分別為徑向四通道同頻電流相位；

將位移傳感器的信號(hào)輸出至數(shù)字濾波器，得到轉(zhuǎn)子徑向四通道的同頻位移為：

XA2(Ωt)YA2(Ωt)XB2(Ωt)YB2(Ωt)=cAXcos(Ωt+δAX)cAYcos(Ωt+δAY)cBXcos(Ωt+δBX)cBYcos(Ωt+δBY)]]>

其中，c_AX、c_AY、c_BX、c_BY為轉(zhuǎn)子徑向四通道同頻位移幅值，δ_AX、δ_AY、δ_BX、δ_BY為轉(zhuǎn)子徑向四通道同頻位移相位；

（5）根據(jù)步驟（2）、（3）、（4）測(cè)得的徑向四通道的電流和位移計(jì)算出轉(zhuǎn)子的靜和動(dòng)不平衡量；

根據(jù)步驟（2）、（3）、（4）測(cè)得的徑向四通道的同頻電流和同頻位移，求出以轉(zhuǎn)子位移為輸出、電流為輸入的傳遞函數(shù)；通過步驟（2）測(cè)得的轉(zhuǎn)子位移反推出參數(shù)待定的磁軸承線圈初始電流；最后根據(jù)求出的磁軸承線圈初始電流計(jì)算出轉(zhuǎn)子的靜和動(dòng)不平衡量。