[發(fā)明專利]一種磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子控制系統(tǒng)同頻干擾的抵消方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110613123.2
• 申請(qǐng)日: 2021-06-02
• 公開（公告）號(hào): CN113341714B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張廣明;張林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04;F16C32/04
• 代理公司: 南京禹為知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32272
• 代理人: 劉小莉

1.一種磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子控制系統(tǒng)同頻干擾的抵消方法，其特性在于，包括：

將同頻干擾作用在磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子上，利用磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)將輸出的位移信號(hào)反饋到反推控制器，并輸出被同頻干擾作用后的控制電流信號(hào)；

基于所述磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)輸出的位移信號(hào)和反推控制器輸出的控制電流信號(hào)共同作為干擾觀測(cè)器的輸入；

根據(jù)所述位移信號(hào)中的干擾信號(hào)與所述控制電流信號(hào)截止頻率的不同，將所述干擾信號(hào)通過(guò)低通濾波器，利用所述干擾觀測(cè)器觀測(cè)的信號(hào)抵消實(shí)際干擾信號(hào)，進(jìn)而抵消同頻干擾力；

還包括，

建立具有同頻干擾的磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；

將所述數(shù)學(xué)模型結(jié)合所述反推控制器，并通過(guò)設(shè)計(jì)所述反推控制器的結(jié)構(gòu)，確定反推控制器的系統(tǒng)參數(shù)，組成具有閉環(huán)反饋的磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子控制系統(tǒng)；

在所述磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子控制系統(tǒng)中添加干擾觀測(cè)器，建立具有同頻干擾抵消的閉環(huán)反饋的磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)觀測(cè)磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子控制系統(tǒng)的干擾信號(hào)，利用所述實(shí)時(shí)觀測(cè)的干擾信號(hào)抵消實(shí)際干擾信號(hào)，實(shí)現(xiàn)同頻干擾的抵消；

所述建立具有同頻干擾的磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子本體的數(shù)學(xué)模型G(s)包括，

其中，

式中，K_i,K_s分別表示磁軸承的電流剛度系數(shù)和位移剛度系數(shù)，i和q_l分別表示控制電流信號(hào)和磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子位移信號(hào)，ω、m、J_x、J_y和J_z分別表示表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子質(zhì)量、x和y方向的赤道轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、極轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，參數(shù)e、ε分別表示主軸偏心距、由力矩導(dǎo)致的傾角，θ₁和θ₂分別表示質(zhì)量不平衡引起的靜不平衡與動(dòng)不平衡相角，F(xiàn)_ex和F_ey分別表示作用在轉(zhuǎn)子x和y這兩個(gè)方向上的不平衡力，M_εx和M_εy分別表示作用在轉(zhuǎn)子x和y這兩個(gè)方向上的不平衡力矩；

所述設(shè)計(jì)反推控制器的結(jié)構(gòu)包括，

將所述具有同頻干擾的磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型去除同頻干擾d后變形為：

其中，

將變形后的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換為狀態(tài)方程形式：

其中，x₁＝q，

定義位置跟蹤誤差：

e₁＝x₁-x_1d

其中，x_1d表示轉(zhuǎn)子期望運(yùn)動(dòng)軌跡；

對(duì)所述e₁求導(dǎo)得：

構(gòu)造Lyapunov函數(shù)：

對(duì)所述V₁求導(dǎo)：

定義速度跟蹤誤差：

e₂＝x₂-x_2d

其中，

將所述改寫為：

對(duì)所述速度跟蹤誤差e₂求導(dǎo)：

構(gòu)造Lyapunov函數(shù)：

對(duì)所述V₂求導(dǎo)，并將所述V₁的導(dǎo)數(shù)代入：

令將所述代入所述V₂的導(dǎo)數(shù)：

將式e₂的導(dǎo)數(shù)代入

則所述反推控制器的結(jié)構(gòu)為：

其中，x₁＝q，k₁表示一階Lyapunov系數(shù)，k₂表示二階Lyapunov系數(shù)，x_1d＝[0000]^T表示轉(zhuǎn)子目標(biāo)位移，表示轉(zhuǎn)子目標(biāo)速度，表示轉(zhuǎn)子目標(biāo)加速度。

2.如權(quán)利要求1所述的磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子控制系統(tǒng)同頻干擾的抵消方法，其特征在于：所述反推控制器和干擾觀測(cè)器共同作用下磁軸承轉(zhuǎn)子閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的輸出y(s)包括，

其中，d(s)表示同頻干擾信號(hào)，Q(s)表示低通濾波器，V表示控制參數(shù)，G_k(s)表示反推控制器，r(s)表示系統(tǒng)的輸入，y(s)表示系統(tǒng)的輸出，G₀(s)表示被控對(duì)象的標(biāo)稱模型傳遞函數(shù)。