[發(fā)明專利]基于滾動(dòng)時(shí)域估計(jì)的磁懸浮轉(zhuǎn)子振動(dòng)補(bǔ)償控制方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910890690.5
• 申請(qǐng)日: 2019-09-20
• 公開（公告）號(hào): CN110531626B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 紀(jì)歷;普月;魏凱龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué);浙江中源磁懸浮技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 南京縱橫知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

1.一種基于滾動(dòng)時(shí)域估計(jì)的磁懸浮轉(zhuǎn)子振動(dòng)補(bǔ)償控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

通過滾動(dòng)時(shí)域估計(jì)器從檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子位移信號(hào)中計(jì)算出狀態(tài)估計(jì)值和擾動(dòng)估計(jì)值；

以狀態(tài)估計(jì)值與將擾動(dòng)估計(jì)值為輸入，通過滾動(dòng)時(shí)域控制LQ控制得到優(yōu)化控制序列；

將得到的控制序列經(jīng)功率放大器轉(zhuǎn)換為電磁鐵的控制電流，進(jìn)而控制轉(zhuǎn)子位置，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定懸浮。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于滾動(dòng)時(shí)域估計(jì)的磁懸浮轉(zhuǎn)子振動(dòng)補(bǔ)償控制方法，其特征在于，所述擾動(dòng)估計(jì)值的計(jì)算方式如下：

構(gòu)建滾動(dòng)時(shí)域的估計(jì)器，以磁懸浮轉(zhuǎn)子的動(dòng)力學(xué)模型為基礎(chǔ)構(gòu)建狀態(tài)空間方程：

式中，x為狀態(tài)變量，u為系統(tǒng)輸入，y為可測(cè)量，w表示系統(tǒng)噪聲，包括各種不平衡擾動(dòng)，v表示測(cè)量噪聲；A、B、C分別表示系統(tǒng)矩陣、輸入矩陣以及觀測(cè)矩陣；下標(biāo)k表示采樣時(shí)刻，k≥0；

給定初始估計(jì)值和滾動(dòng)時(shí)域窗口長度N，在采樣次數(shù)T≤N時(shí)，則用全部的采樣數(shù)據(jù)求出系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)值；

設(shè)系統(tǒng)初始狀態(tài)x₀的先驗(yàn)估計(jì)滿足均值為協(xié)方差為P₀的正態(tài)分布，則在T時(shí)刻由式(1)描述的系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)問題等價(jià)于式(2)：

求解式(2)得到則第k個(gè)時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值通過式(3)計(jì)算；

其中，Q為外部干擾的方差矩陣，R為測(cè)量噪聲的方差矩陣

其中

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于滾動(dòng)時(shí)域估計(jì)的磁懸浮轉(zhuǎn)子振動(dòng)補(bǔ)償控制方法，其特征在于，當(dāng)累計(jì)采樣次數(shù)T大于N時(shí)，此時(shí)引入數(shù)據(jù)時(shí)域窗口，則將優(yōu)化T時(shí)刻描述的系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)問題的計(jì)算時(shí)域分成兩個(gè)部分，{0≤k≤T-N-1}與{T-N≤k≤T-1}，則式(2)中的目標(biāo)函數(shù)改寫成如下的形式：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于滾動(dòng)時(shí)域估計(jì)的磁懸浮轉(zhuǎn)子振動(dòng)補(bǔ)償控制方法，其特征在于，T時(shí)刻采集數(shù)據(jù)估計(jì)還包括達(dá)代價(jià)函數(shù)Θ_T-N(x_T-N)，所述代價(jià)函數(shù)用于計(jì)算T時(shí)刻之前采集的數(shù)據(jù)，與(4)式結(jié)合求出T時(shí)刻的優(yōu)解則k(k＝T-N+1，…T)時(shí)刻系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)值為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于滾動(dòng)時(shí)域估計(jì)的磁懸浮轉(zhuǎn)子振動(dòng)補(bǔ)償控制方法，其特征在于，所述方法還包括：根據(jù)滾動(dòng)時(shí)域估計(jì)器計(jì)算得到的系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)值與擾動(dòng)估計(jì)值，通過二次型性能指標(biāo)函數(shù)J(k)，建立基于狀態(tài)反饋的滾動(dòng)時(shí)域LQ控制器，以J(k)為目標(biāo)求解得到滾動(dòng)時(shí)域上的控制序列uk，使系統(tǒng)的輸出跟蹤參考軌跡，并能在每一采樣時(shí)刻更新系統(tǒng)的控制量，隨著系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化而不斷調(diào)整；

6.一種基于滾動(dòng)時(shí)域估計(jì)的磁懸浮轉(zhuǎn)子振動(dòng)補(bǔ)償控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：

位移傳感器：用于檢測(cè)磁懸浮轉(zhuǎn)子位移信號(hào)；

控制器：由滾動(dòng)時(shí)域估計(jì)器與滾動(dòng)時(shí)域LQ控制器組成，用于計(jì)算磁懸浮計(jì)算磁懸浮轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的控制量；

PWM調(diào)制器：用于將控制器輸出的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為功率放大器可識(shí)別的開關(guān)信號(hào)；

功率放大器：用于產(chǎn)生控制電流，進(jìn)而產(chǎn)生電磁力，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮。