[發(fā)明專利]基于交叉解耦陷波方法的同頻振動力矩抑制控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711257220.2
• 申請日: 2017-12-04
• 公開（公告）號: CN107807533B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭聰;蔡凱文;鄧智泉
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 向妮

本發(fā)明公開了一種基于交叉解耦陷波方法的同頻振動力矩抑制控制方法，首先通過復(fù)系數(shù)代換將磁懸浮轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)方向上的雙輸入雙輸出耦合控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為單輸入單輸出復(fù)系數(shù)系統(tǒng)，然后將實數(shù)域同頻陷波器推廣應(yīng)用到該復(fù)系數(shù)控制系統(tǒng)上，并分析了該系統(tǒng)的穩(wěn)定性，最后提出了一種復(fù)數(shù)域下的同頻振動力矩控制器轉(zhuǎn)換到實數(shù)域下的實現(xiàn)形式。與傳統(tǒng)實系數(shù)陷波器系統(tǒng)相比，本方法策略簡化了實系數(shù)系統(tǒng)的運算復(fù)雜性，有利于耦合控制系統(tǒng)中的穩(wěn)定性和魯棒性分析。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于磁軸承系統(tǒng)主動振動控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于交叉解耦陷波方法的同頻振動力矩抑制控制方法。

背景技術(shù)

在磁懸浮飛輪系統(tǒng)中，同頻振動主要由轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡引起，轉(zhuǎn)子的質(zhì)量靜不平衡導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的質(zhì)心和幾何中心的偏差，并引起同頻振動力；轉(zhuǎn)子的質(zhì)量動不平衡導(dǎo)致慣性軸和幾何軸不重合，因而在徑向扭轉(zhuǎn)方向上引起同頻振動力矩。

磁懸浮飛輪轉(zhuǎn)子徑向平動方向兩軸動力學(xué)相互解耦，對于徑向平動方向振動力的處理是兩個相互解耦的單輸入單輸出系統(tǒng)。但是，磁懸浮飛輪同頻振動力矩表現(xiàn)在徑向扭轉(zhuǎn)方向，徑向扭轉(zhuǎn)方向的動力學(xué)是一個兩輸入兩輸出耦合系統(tǒng)，與徑向平動方法表現(xiàn)出來的控制系統(tǒng)動力學(xué)狀態(tài)完全不同。在懸浮飛輪轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮控制系統(tǒng)中切入振動力矩控制器后，系統(tǒng)的穩(wěn)定性必然受到影響，雙輸入雙輸出的耦合動力學(xué)對轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性分析將是一個大的挑戰(zhàn)。

復(fù)數(shù)域下的濾波器/陷波器在語音信號處理中已經(jīng)有了很長時間的應(yīng)用。復(fù)數(shù)域下的陷波器，與實數(shù)域的陷波器相比略有不同。傳統(tǒng)的實系數(shù)陷波器只有頻率選擇能力，沒有極性選擇能力，例如對50Hz信號，無法區(qū)分正負極性。也就是說，這些陷波器不能在正(50Hz)和負(50Hz)極性間作出區(qū)別。以一個典型的實系數(shù)二階陷波器為例，正負序列都可以通過陷波器，并不能抑制特定頻率處的擾動。也就是說，正負序列不能由這種實系數(shù)陷波器直接提取出來。復(fù)數(shù)域陷波器具有對頻率內(nèi)容和極性選擇的雙重性能。盡管在主動振動抑制領(lǐng)域采用復(fù)系數(shù)域下的陷波器研究甚少，但復(fù)系數(shù)陷波器作為一種可以在復(fù)數(shù)域中簡單運算和分析的形式，在復(fù)系數(shù)系統(tǒng)中使用起來更為方便。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要針對動不平衡表現(xiàn)出的徑向扭轉(zhuǎn)方向耦合振動力矩抑制問題，通過同頻陷波器，實現(xiàn)對雙輸入雙輸出耦合動力學(xué)系統(tǒng)的主動振動控制，即，通過對復(fù)系數(shù)系統(tǒng)直接設(shè)計復(fù)數(shù)域陷波器，再根據(jù)復(fù)數(shù)域陷波器算子將復(fù)數(shù)域陷波器轉(zhuǎn)換到實數(shù)域中實現(xiàn)和應(yīng)用，可簡化實系數(shù)系統(tǒng)的運算復(fù)雜性，并有利于耦合控制系統(tǒng)中的穩(wěn)定性和魯棒性分析。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明針對磁懸浮飛輪提出一種基于交叉解耦陷波方法的同頻振動力矩抑制控制方法，其主要實現(xiàn)思路為：

首先通過復(fù)系數(shù)代換將原雙輸入雙輸出耦合系統(tǒng)表示為單輸入單輸出復(fù)系數(shù)系統(tǒng)，并創(chuàng)新性地將實數(shù)域同頻陷波器推廣到復(fù)數(shù)域內(nèi)。將復(fù)數(shù)域下的陷波器引入所變換的等效單輸入單輸出復(fù)系數(shù)系統(tǒng)，有效地證明了閉環(huán)復(fù)系數(shù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在確閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的情況下，進一步通過復(fù)系數(shù)逆變換，提出復(fù)數(shù)域下的同頻振動力矩控制器轉(zhuǎn)換到實數(shù)域下的實現(xiàn)形式。具體技術(shù)方案如下：

本發(fā)明所公開的基于交叉解耦陷波方法的同頻振動力矩抑制控制方法，包括以下步驟：

一種基于交叉解耦陷波方法的同頻振動力矩抑制控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)基于位移傳感器系統(tǒng)建立同頻振動力矩動力學(xué)模型；

2)搭建帶有分散PID控制器以及交叉反饋控制器的徑向扭轉(zhuǎn)方向控制系統(tǒng)，即雙輸入雙輸出耦合動力學(xué)控制系統(tǒng)；

3)通過復(fù)系數(shù)代換將上述雙輸入雙輸出耦合動力學(xué)控制系統(tǒng)重構(gòu)為復(fù)系數(shù)單輸入單輸出控制系統(tǒng)，即新控制系統(tǒng)；

4)通過復(fù)數(shù)域同頻陷波器對復(fù)系數(shù)單輸入單輸出控制系統(tǒng)進行同頻振動控制；