[實用新型]一種五自由度磁懸浮電主軸轉子位移自檢測系統

有效

• 申請號: 201921362167.7
• 申請日: 2019-08-21
• 公開（公告）號: CN210605711U
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 甘藝鑫;劉甜甜;朱熀秋;汪仁媛;丁雨晴
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25;G06K9/62;B23Q17/00;G01B7/02;H02K29/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實用新型公開一種五自由度磁懸浮電主軸轉子位移自檢測系統，由一個模糊支持向量機位移預測模塊、兩個線性閉環控制器和兩個力/電流變換器組成，模糊支持向量機位移預測模塊由四個模糊支持向量機徑向位移預測模塊和一個模糊支持向量機軸向位移預測模塊組成，徑向位移預測模塊和軸向位移預測模塊各自均由訓練樣本集模塊、數據預處理模塊、模糊化數據模塊、確定最佳性能參數模塊和模糊支持向量機訓練模塊組成，模糊化數據模塊對訓練樣本集利用模糊隸屬度函數模糊化，確定最佳性能參數模塊利用簡化粒子群優化算法，對懲罰參數和核寬度進行優化，獲得性能指標最好的一組懲罰參數和核寬度；簡化了系統結構，提高了磁軸承的控制性能。

技術領域

本實用新型涉及五自由度磁懸浮電主軸轉子位移的檢測技術，廣泛應用于航空航天、真空技術、機械工業及能源交通等高速切削領域。

背景技術

隨著高速切削技術的發展，電主軸要求更高速、高精度，傳統的機械軸承由于存在摩擦，越來越不能滿足其高速運行的要求，而磁懸浮軸承支承的電主軸能夠大大提高電主軸的性能。磁懸浮軸承(簡稱磁軸承)是利用線圈中的電流或者永磁體產生電磁力，使轉子懸浮于空間中，實現轉子和定子之間沒有任何機械接觸的一種新型高性能軸承。目前關于磁軸承轉子位移的檢測多采用電渦流式或霍爾式位移傳感器，所用傳感器不僅價格昂貴、安裝復雜，而且增加懸浮系統軸向長度，降低系統動態性能和可靠性。因此，探索磁軸承轉子位移自檢測技術，實現無傳感器控制，對優化系統結構、降低成本和提高系統可靠性很有幫助。

目前常見的自檢測技術主要包括參數估計法、狀態估計法、智能控制方法等。參數估計法和狀態估計法依賴精確的數學模型，但由于交流混合磁軸承的非線性、強耦合、參數不穩定等本質特征，難以建立精確的數學模型。智能控制方法主要包括神經網絡法和支持向量機法，神經網絡法避免了傳統方法對模型和參數的依賴，不需要外加電流和信號處理，提高了系統魯棒性和抗干擾能力，但是，神經網絡方法目前還存在過擬合、易陷入局部極值、結構設計依賴于經驗等缺陷。支持向量機(SVM)是繼神經網絡之后機器學習領域又一重要成果，其遵循結構風險最小化準則，結構參數在訓練過程中根據樣本數據自動確定，不存在過擬合現象，它將學習問題轉化為解線性方程組問題，加快了求解速度，克服了神經網絡的缺陷，具有表達任意非線性的映射能力，可根據有限的樣本信息得到當前的全局最優解，其訓練速度快、拓撲結構固定，泛化能力強，能較好地解決非線性、高維數、局部極小等問題，給轉子位移的準確預測帶來了新的可能性。

在傳統支持向量機中，每個輸入樣本的重要程度相同，但由于不同樣本的損失函數值不同，經驗風險的貢獻也不同，為了減小支持向量機的預測誤差，增加其靈活性，將模糊理論引入支持向量機中，形成模糊支持向量機。模糊支持向量機利用模糊隸屬度函數對輸入樣本進行模糊化，不同重要程度的樣本被賦予不同的隸屬度值，可以有效克服支持向量機在復雜非線性樣本預測過程中存在的過擬合問題。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種基于簡化粒子群算法優化模糊支持向量機的五自由度磁懸浮電主軸轉子位移自檢測系統，針對磁軸承的本質非線性和參數不穩定性、難以建立轉子位移準確計算模型的問題，克服現有的幾種常用磁軸承自檢測技術的不足，降低磁軸承系統的成本，減小磁軸承的軸向尺寸，提高系統的動態性能。