[發明專利]磁懸浮軸承多模型魯棒無擾動切換控制方法

有效

• 申請號: 201810817851.3
• 申請日: 2018-07-20
• 公開（公告）號: CN108828951B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 徐園平;周瑾;金超武
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 32249 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)
• 代理人: 王路

1.一種磁懸浮軸承多模型魯棒無擾動切換控制方法，其特征在于，包括以下三個步驟：

步驟一，區間不確定性度量，

(a)、在懸浮狀態下，建立磁懸浮軸承柔性轉子的動力學方程，

(b)、獲得轉子模型狀態空間，對應得到轉子模型傳遞函數，

(c)、建立電控系統傳遞函數，聯立轉子模型傳遞函數，獲得柔性轉子磁懸浮軸承機電一體化模型傳遞函數，

(d)、根據柔性轉子磁懸浮軸承系統運行情況，設定轉速范圍，將在不同轉速范圍內相應轉速下限處的系統模型作為名義模型，

(e)、以轉速為變量，計算兩模型在Nyquist曲線上的映射度量，獲得轉速范圍內的不確定性映射度量值；

步驟二，區間魯棒控制器設計，根據不同轉速范圍內的獲得的不確定性映射度量值，基于魯棒控制理論，設計不同轉速下的魯棒控制器，將魯棒控制器轉換為狀態空間方程表達形式；

步驟三，通過切換控制裝置進行無擾動切換控制。

2.根據權利要求1所述的一種磁懸浮軸承多模型魯棒無擾動切換控制方法，其特征在于：步驟一(a)中，磁懸浮軸承柔性轉子的動力學方程如下：

式中，M_R，C_R，G_R，K_R分別表示轉子質量矩陣，轉子結構阻尼矩陣，陀螺效應矩陣，轉子剛度矩陣，Ω表示轉子工作轉速；q分別為轉子的運動加速度、速度與位移；k_x與k_i為磁懸浮軸承的自身系數；i為磁懸浮軸承控制電流。

3.根據權利要求1所述的一種磁懸浮軸承多模型魯棒無擾動切換控制方法，其特征在于：步驟一(b)中，轉子模型狀態空間為：

式中q分別為轉子的運動加速度、速度與位移；為轉子質量矩陣的逆矩陣；C_R，G_R，K_R分別表示轉子結構阻尼矩陣，陀螺效應矩陣，轉子剛度矩陣，k_x與k_i為磁懸浮軸承的自身系數；

令

C_r＝[C₁₁ 0_4×216]

上式中，I₂₁₆為216階次的單位矩陣；C₁₁為節點選擇矩陣，在模型狀態空間轉換過程中得到，簡化式(5)為：

式(6)轉子模型狀態空間方程中A_r與轉速Ω相關，將式(6)得到的轉子模型狀態空間方程寫成傳遞函數形式G_amb。

4.根據權利要求1所述的一種磁懸浮軸承多模型魯棒無擾動切換控制方法，其特征在于：步驟一(c)中，電控系統傳遞函數包括電控系統中傳感器傳遞函數G_s(s)、功率放大器傳遞函數G_a(s)，DSP時延傳遞函數G_D(s)，聯立磁懸浮軸承轉子傳遞函數G_amb(s)與電控系統傳遞函數，柔性轉子磁懸浮軸承機電一體化模型傳遞函數如下，

G(s)＝G_amb(s)G_s(s)G_a(s)G_D(s) (7)

其中，電控系統中傳感器傳遞函數采用比例環節建模擬合，功率放大器傳遞函數采用一階慣性環節進行擬合，具體為DSP時延傳遞函數采用2階次Pade模型進行近似擬合，具體為a、b、c為系數；T_s為DSP采樣時間，A是電流，V是電壓。

5.根據權利要求1所述的一種磁懸浮軸承多模型魯棒無擾動切換控制方法，其特征在于：步驟一(d)中，設定的轉速范圍分別為Ω₀～Ω₁，Ω₁～Ω₂，Ω₂～Ω₃，…，Ω_n-1～Ω_n。