[發明專利]自適應控制器及磁懸浮壓縮機葉頂間隙的在線調節方法

在審

• 申請號: 202111263469.0
• 申請日: 2021-10-28
• 公開（公告）號: CN114047695A
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 張舒月;伍繼浩;龔領會
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 孟潔

1.自適應控制器，其特征在于，用于控制磁懸浮軸承系統，所述自適應控制器包括用于將磁懸浮軸承系統的極點從復平面的右半平面移動到左半平面的狀態控制器，所述自適應控制器采用如下方法構建：

構建磁懸浮軸承系統的非仿射參數依賴型LPV數學模型；

基于磁懸浮軸承系統的非仿射參數依賴型LPV數學模型和自適應控制器構建閉環系統的狀態空間模型；

根據閉環系統的預設響應特性得到自適應控制器隨磁懸浮轉子平衡位置動態變化的控制參數的關系式，控制參數包括狀態反饋器的參數和穩態誤差系數；

隨磁懸浮轉子平衡位置動態變化的狀態反饋器和穩態誤差系數構成動態變化的自適應控制器。

2.如權利要求1所述的自適應控制器，其特征在于，所述磁懸浮軸承系統的非仿射參數依賴型LPV數學模型表示為：

式中，x表示狀態向量，表示轉子的軸向速度和加速度，y表示輸出向量，f表示外界干擾力，u表示自適應控制器輸出信號，x₁₀為轉子軸向平衡時距離上軸向磁懸浮軸承的位移，轉子平衡時距離下軸向磁懸浮軸承的位移x₂₀，且x₁₀+x₂₀＝x₀，x₀表示軸向磁懸浮軸承總氣隙；轉子質量記為m，偏置電流記為i₀，控制電流記為i，轉子偏離偏置位置的位移記為x；軸向磁軸承的電流剛度記為k_i(x₁₀)，軸向磁軸承的位移剛度記為k_x(x₁₀)，k₁和k₂分別表示上下軸向磁懸浮軸承的軸承參數；

C(x₁0)＝[1 0]，D_u(x₁₀)＝0，D_f(x₁₀)＝0，f＝1；

3.如權利要求2所述的自適應控制器，其特征在于，k₁和k₂關系式分別為：

式中，μ₀為真空磁導率，A₁和A₂分別是上下軸向磁軸承的磁極面積，N₁和N₂分別是上下軸向磁軸承的線圈匝數。

4.如權利要求2所述的自適應控制器，其特征在于，k_i(x₁₀)和k_x(x₁₀)的推導過程如下：

轉子在軸向所受和力表示為：

在平衡點(i₀，x₁₀)處進行泰勒公式展開，得到：

則，

5.如權利要求2所述的自適應控制器，其特征在于，狀態空間模型表示為：

式中，A表示狀態矩陣，B_u表示控制器的輸入矩陣，G_h表示狀態控制器，H₃表示穩態誤差系數，r為參考輸入信號，B_f(x₁₀)f表示上下磁軸承由于不對稱產生的電磁力常量部分和轉子的重力部分的合力。

6.如權利要求5所述的自適應控制器，其特征在于，狀態控制器G_h表示為G_h(s)＝[h₁ h₂]^T，穩態誤差系數H₃表示為H₃(s)＝h₃，通過閉環系統的預設超調量σ和預設調節時間t_s表示閉環系統的預設響應特性，用穩態誤差表示系統的靜態響應性能，期望穩態誤差為零，得到：

7.如權利要求6所述的自適應控制器，其特征在于，預設超調量σ的取值范圍為σ≤10％。