[發明專利]一種基于有限維重復控制的磁軸承系統多諧波振動抑制方法

有效

• 申請號: 201710239024.6
• 申請日: 2017-04-13
• 公開（公告）號: CN106873655B
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發明（設計）人: 劉虎;張會娟;房建成;劉剛;張染;陳曦
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05D19/02
• 分類號: G05D19/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

1.一種基于有限維重復控制的磁軸承系統多諧波振動抑制方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)建立含轉子不平衡和位移傳感器諧波噪聲(Sensor Runout)的兩自由度磁軸承轉子動力學模型

對于兩自由度磁軸承系統，x軸和y軸兩通道相互解耦，假設x軸和y軸的位移剛度系數和電流剛度系數相同，則包含轉子不平衡和位移傳感器諧波噪聲(Sensor Runout)的磁軸承系統轉子動力學模型為：

式中，m為磁懸浮轉子的質量；k_i和k_h分別為磁軸承系統的電流剛度系數和位移剛度系數；x_I和y_I分別為磁懸浮轉子慣性中心在x軸和y軸方向的位移；δ_x和δ_y分別為轉子不平衡量在x軸和y軸方向的分量；d_x和d_y分別為位移傳感器諧波噪聲(Sensor Runout)在x軸和y軸方向的分量；k_ad為AD采樣系數；k_s為位移傳感器放大倍數；G_c(s)和G_w(s)分別為磁軸承控制器和功率放大器的傳遞函數；

因此，磁軸承系統多諧波振動力與轉子不平衡和位移傳感器諧波噪聲(SensorRunout)之間的關系為：

T_o(s)＝1-k_hP(s)+k_adk_sk_iG_w(s)G_c(s)P(s)

式中為磁軸承系統傳遞函數；T_o(s)為原閉環系統特征多項式；

由于磁懸浮轉子x軸和y軸的動力學是相互解耦的，因此可以以x軸為例進行諧波振動力抑制設計，y軸振動力抑制設計與x軸相同；

(2)基于并聯式FDRC的磁軸承系統多諧波振動力抑制設計

將磁軸承系統多諧波振動力分解為同頻振動力和高階次諧波振動力：利用線圈電流和位移傳感器輸出構造振動力f_x，并將其作為一階FDRCG_sx1(s)的輸入，實現同頻振動力抑制；以線圈電流為被控變量，利用高階次并聯式G_fix(s)實現高階次諧波振動力抑制；最終將G_fix(s)和G_sx1(s)的輸出與原磁軸承控制器G_c(s)輸出進行疊加，實現多諧波振動力抑制；

(3)同頻振動力抑制參數設計

同頻振動力抑制參數設計實際上是確定G_sx1(s)的收斂系數τ_sx和補償環節Q_sx(s)，根據磁軸承系統原系統函數頻率特性曲線確定一階FDRC收斂系數τ_sx的正負號；然后根據τ_sx的符號設計Q_sx(s)使H₀(s)Q_sx(s)滿足相位條件：

式中arg(·)表示求幅角；l為整數；Ω為磁懸浮轉子轉頻；

(4)高階次諧波振動力抑制參數設計

高階次諧波振動力抑制實際上是在步驟(3)的基礎上實現高階次諧波電流抑制，并且各階FDRC的參數設計依次進行，對于任意第n階諧波電流抑制參數設計的步驟是：首先根據H_n-1(s)相頻特性確定第n階諧波電流抑制器收斂系數τ_x,n的符號，其中，n滿足2≤n≤k；然后設計補償環節Q_x,n(s)滿足相位條件：

式中H_n-1(s)為含G_sx1(s)和任意前(n-1)階諧波電流抑制的系統函數。