[發明專利]基于重復控制器和補償的磁懸浮轉子振動力抑制方法及系統

有效

• 申請號: 202010535914.3
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111624888B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 劉昆;曾塬;魏靜波;王昊澤
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

1.一種基于重復控制器和補償的磁懸浮轉子振動力抑制方法，其特征在于，包括：

根據磁懸浮轉子系統，建立包含質量不平衡及傳感器干擾的磁懸浮動力學模型；

根據所述磁懸浮動力學模型，在所述磁懸浮轉子系統內設置帶有延遲環節和相位補償環節的重復控制器以及同頻相移陷波器；所述重復控制器用于對質量不平衡及傳感器干擾引入的誤差干擾進行抑制，所述同頻相移陷波器用于對所述抑制引入的位移剛度力進行補償；

分別對所述重復控制器和所述同頻相移陷波器進行穩定性分析，確定所述重復控制器和所述同頻相移陷波器的穩定性條件；

在所述穩定性條件下，利用所述重復控制器和所述同頻相移陷波器對磁懸浮轉子振動力進行抑制；

其中，根據所述磁懸浮動力學模型，在所述磁懸浮轉子系統內設置帶有延遲環節和相位補償環節的重復控制器以及同頻相移陷波器，包括：

根據所述磁懸浮動力學模型，建立所述磁懸浮轉子系統的控制框圖；

根據所述控制框圖，在所述磁懸浮轉子系統內設置帶有延遲環節和相位補償環節的重復控制器以及同頻相移陷波器；

根據精度要求和計算量，分別對所述重復控制器和所述同頻相移陷波器的參數進行設計，包括：根據精度要求和計算量，對所述重復控制器的參數進行設計，所述重復控制器為：

式中，G_rc(s)為重復控制器；G_f(s)為相位補償器；Q(s)為低通濾波器；K_rc為重復控制器增益；為延遲環節；為相位超前補償；T₀為磁懸浮轉子轉動周期；T₁為超前時間；s為S域的算子符號；

在磁懸浮轉子轉動周期T₀內，以采樣周期T_s進行采樣，在所述磁懸浮轉子系統的工作過程中所述采樣周期T_s是保持不變的，則隨著磁懸浮飛輪轉速的變化會使得采樣不再為整數，根據精度要求和計算量，延遲環節分為整數部分和分數部分，

式中，為延遲環節的整數部分，Z₀為磁懸浮轉子轉動周期T₀內整數倍周期；為延遲環節的分數部分，F₀為磁懸浮轉子轉動周期T₀內的分數倍采樣周期T_s；

根據精度要求和計算量，相位超前補償分為整數部分和分數部分，

式中，為相位超前補償的整數部分，Z₁為整數個周期T_s；為相位超前補償的分數部分；F₁為分數個周期T_s；

根據精度要求和計算量，所述同頻相移陷波器N_f(s)的傳遞函數可表示為：

式中，ε為位移剛度力的補償系數，k為可調變系數，K_h為位移剛度系數，K_i為電流剛度系數；s為s域的算子符號；Ω為轉子轉速；φ為相移角。

2.如權利要求1所述的基于重復控制器和補償的磁懸浮轉子振動力抑制方法，其特征在于，根據磁懸浮轉子系統，建立包含質量不平衡及傳感器干擾的磁懸浮動力學模型，包括：

根據磁懸浮轉子系統，可得磁懸浮轉子在X軸和Y軸方向為對稱結構，所述對稱結構在X軸和Y軸方向解耦；

根據牛頓第二定律，建立磁懸浮轉子在X軸方向的包含質量不平衡及傳感器干擾的磁懸浮動力學模型。

3.如權利要求2所述的基于重復控制器和補償的磁懸浮轉子振動力抑制方法，其特征在于，所述磁懸浮動力學模型為：

mx″＝K_hx+K_ii+F_d (1)

式中，m為轉子的質量；x″為x方向的加速度；K_h為位移剛度系數；x為x方向的位移；K_i為電流剛度系數；i為電流；F_d為不平衡振動力，e為不平衡參數，Ω為轉子轉速，為初始角；

位移傳感器干擾表示為：

式中，e_sr為傳感器干擾系數；n為諧波的階次；Ω為轉子轉速；α為傳感器干擾初始角。