[發(fā)明專利]磁懸浮軸系跌落軌跡識別與重新懸浮的控制方法及裝置

有效

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• 申請日: 2017-06-20
• 公開（公告）號: CN107220456B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 呂民東;劉濤;王子羲;郭飛;賈曉紅;王玉明
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/15;G01M13/04
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

1.一種磁懸浮軸系跌落軌跡識別與重新懸浮的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、計算軸系位移信號的采樣周期；

步驟2、設(shè)定閾值α、ε₁、ε₂、自由跌落時的鐘擺頻率β、軸心運動速度閾值v₁和保護軸承氣隙s；

步驟3、監(jiān)測磁懸浮軸系的懸浮狀態(tài)；

步驟4、截取采樣周期內(nèi)軸系的位移信號，并計算該采樣周期內(nèi)軸系徑向位移的期望值；

步驟5、將軸系在采樣周期內(nèi)的徑向位移期望值與閾值s+ε₁進行比較，判斷軸系的軌跡響應(yīng)類型是否為混合摩擦和彈跳；

步驟6、計算該采樣周期內(nèi)軸系沿X軸方向位移的瞬時頻率，并求解其期望值；

步驟7、計算采樣周期內(nèi)軸系位移信號的瞬時頻率后，進一步求解瞬時頻率的期望值并與閾值β+ε₂進行比較，再次判斷軸系的軌跡響應(yīng)類型是鐘擺振動還是全周摩擦；

步驟8、針對不同的軌跡響應(yīng)類型，采取相應(yīng)的控制方法令軸系重新懸?。?/p>

所述步驟7中通過將瞬時頻率的期望值與閾值β+ε₂比較，判斷軸系的軌跡響應(yīng)類型是自由跌落時的鐘擺振動還是全周摩擦及高頻擺動，判別公式為：

其中，E_f為采樣周期內(nèi)軸系運動瞬時頻率的期望值，f_inst(i)為該采樣周期第i個采樣點的瞬時頻率，β為自由跌落時的鐘擺頻率，ε₂為閾值；

所述步驟8中令軸系重新懸浮的控制方法，當(dāng)軸系的軌跡響應(yīng)為全周摩擦或者高頻擺動時，磁軸承控制器的輸出控制指令I(lǐng)_c是由懸浮指令I(lǐng)_s和渦動或擺動的阻尼指令I(lǐng)_d加權(quán)求和得到的；

其中，懸浮指令由原控制算法求解得到，渦動或擺動的阻尼指令I(lǐng)_d＝[I_dx I_dy]，計算步驟如下：

其中，I_dx和I_dy分別是沿X和Y軸方向的渦動阻尼指令，ω是渦動頻率，當(dāng)渦動為順時針時取正值，逆時針時取負(fù)值；I_cmax是最大控制電流；

所述的加權(quán)系數(shù)在渦動頻率不高于閾值ω₀時，正比于渦動頻率；當(dāng)渦動頻率高于閾值ω₀時，加權(quán)系數(shù)始終為1；加權(quán)系數(shù)ψ與渦動頻率ω之間的判別式為：

控制器輸出的控制指令I(lǐng)_c＝[I_cx I_cy]通過方程(0.14)計算得到：

其中，x_r和y_r分別是為軸系沿X和Y軸方向上位移，I_cx和I_cy分別是輸出控制指令沿X和Y軸方向的分量；I_sx和I_sy分別是懸浮指令沿X和Y方向的分量；

其中，軸系軌跡響應(yīng)類型被判定為混合摩擦和彈跳或者自由跌落時的鐘擺振動時，控制器仍采用原懸浮狀態(tài)時的控制算法。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁懸浮軸系跌落軌跡識別與重新懸浮的控制方法，其特征在于，所述步驟1采樣周期T的計算公式為：

其中，f_P為采樣頻率，s為軸系與保護軸承內(nèi)圈的間隙，g為重力加速度；

T＝n·Δt (0.7)

其中，n是一個采樣周期內(nèi)的采樣點數(shù)，Δt是相鄰采樣點之間的時間間隔。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁懸浮軸系跌落軌跡識別與重新懸浮的控制方法，其特征在于，所述步驟3的軸系懸浮狀態(tài)的判斷條件為：

其中，x_r和y_r分別是為軸系沿X和Y軸方向上位移，X和Y軸方向是笛卡爾坐標(biāo)系中相互垂直的兩個坐標(biāo)軸的方向，α為閾值；

其中當(dāng)軸系被判定為跌落狀態(tài)時，則開始進行采樣，并截取本采樣周期內(nèi)軸系的徑向位移。