[發明專利]一種磁軸承隔振與抗沖擊控制方法及系統

有效

• 申請號: 201811424285.6
• 申請日: 2018-11-27
• 公開（公告）號: CN109707733B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 蘇一新;姚依晨;馬彥會;于溯源
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04
• 代理公司: 北京天悅專利代理事務所(普通合伙) 11311
• 代理人: 田明;任曉航

1.一種磁軸承隔振與抗沖擊控制方法，其特征在于，應用于磁軸承系統，所述磁軸承系統包括：磁軸承本體、控制器、功率放大器、位移傳感器和轉子，所述控制方法包括：

S1、根據不同的振動與沖擊載荷工況，設計具有高靜低動特性的力-位移非線性動力學特性曲線；

S2、根據所述力-位移非線性動力學特性曲線中的系數，設置高靜低動控制算法中的增益環節函數表達式f_p(e)；

S3、根據工程應用的阻尼比需求，設置所述高靜低動控制算法中的微分環節函數表達式f_d(e)；

S4、將設置好的高靜低動控制算法編程寫入至所述磁軸承系統的控制器內，形成高靜低動控制器；

S5、所述高靜低動控制器通過所述位移傳感器以預設采樣頻率實時采集所述轉子的位移；

S6、所述高靜低動控制器將所述位移與參考位置比較后得到偏差值，根據所述偏差值、所述增益環節函數表達式f_p(e)和所述微分環節函數表達式f_d(e)計算并生成相應的控制信號，并將所述控制信號輸入所述功率放大器；

S7、所述功率放大器根據所述控制信號產生控制電流，控制所述磁軸承本體對所述轉子的吸引力大小，對所述轉子的位移進行修正；

S8、循環執行步驟S5-S7，直至斷電；

步驟S1還包括：預估被支承物體振動響應與沖擊響應的范圍；

所述力-位移非線性動力學特性曲線滿足：預估的振動響應在平衡位置附近的δ區域內的系統剛度在第一剛度范圍內的第一位移范圍內；預估的沖擊響應在平衡位置附近的δ區域外的系統剛度在第二剛度范圍內的第二位移范圍內；所述系統剛度為所述力-位移非線性動力學特性曲線的曲率；

所述力-位移非線性動力學特性曲線為下式三次函數表示的曲線，

y＝Ax³+Bx²+Cx+D

其中，A、B、C、D為根據該曲線而確定的三次函數系數，所述三次函數滿足：3·Ax²+2·Bx+C≥0；

所述增益環節函數表達式f_p(e)為：

其中，k_a為功率放大器增益，k_s為位移傳感器增益，k_x為力-位移系數，k_I為力-電流系數，e為偏差值，A、B、C為常數；

所述微分環節函數表達式f_d(e)為：

其中，k_a為功率放大器增益，k_s為位移傳感器增益，k_I為力-電流系數，m為支承轉子質量在磁軸承上的分量，γ為阻尼比，范圍0＜γ＜1；

當整個閉環控制系統具備高靜低動特性的力-位移非線性動力學特性時，

當基礎或轉子受到振動載荷時，其對應的位移在所述力-位移非線性動力學特性曲線的所述第一位移范圍內，所述磁軸承系統在平衡位置附近的δ區域內的系統剛度在第一剛度范圍內，根據振動隔振原理，所述系統剛度越小，所述磁軸承系統的固有頻率越小，根據經典的振動理論，隔振頻帶越寬，隔振效果越好；

當沖擊作用于基礎或轉子時，其對應的位移在所述力-位移非線性動力學特性曲線的所述第二位移范圍內，所述磁軸承系統在所述第二位移范圍內的支承力隨位移的增大/減小而非線性快速增加/減小。

2.根據權利要求1所述的一種磁軸承隔振與抗沖擊控制方法，其特征在于，所述高靜低動控制算法包括：

增益環節：

將所述偏差值代入所述增益環節函數表達式fp(e)，計算得到增益環節控制量，用以調節動態支承系統的剛度；

微分環節：

將所述偏差值乘以所述微分環節函數表達式fd(e)后進行微分，得到微分環節控制量，用以調節動態支承系統的阻尼特性；

將所述增益環節控制量和所述微分環節控制量之和作為總的高靜低動控制器輸出量。