[發明專利]基于多諧波逆Park變換的磁懸浮轉子諧波振動力抑制方法在審

申請號：	202210018411.8	申請日：	2022-01-07
公開（公告）號：	CN114371622A	公開（公告）日：	2022-04-19
發明（設計）人：	崔培玲;于嘉偉;周新秀;李衍賓;鄭林子;王旭	申請（專利權）人：	北京航空航天大學
主分類號：	G05B13/04	分類號：	G05B13/04;G01C19/5776
代理公司：	北京科迪生專利代理有限責任公司 11251	代理人：	安麗;鄧治平
地址：	100191***	國省代碼：	北京;11
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摘要：
搜索關鍵詞：	基于諧波 park 變換磁懸浮轉子振動抑制方法
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【權利要求書】：

1.一種基于多諧波逆Park變換的磁懸浮轉子諧波振動力抑制方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：建立含質量不平衡和傳感器諧波的磁懸浮轉子動力學模型和轉子磁軸承力模型；

含質量不平衡和傳感器諧波的磁懸浮轉子動力學模型如下：

其中，M是廣義質量矩陣；G是陀螺矩陣；h_I是磁懸浮轉子慣性軸位移；K_s、K_i和K_h分別為傳感器增益系數、電流剛度系數和位移剛度系數；G_c(s)和G_w(s)分別為PID控制器和功率放大器傳遞函數；表示磁軸承坐標系、傳感器坐標系和廣義坐標系兩兩之間位移的坐標變換關系；

Δh為質量不平衡引起的位移擾動，具體公式如下：

其中，ε和χ表示靜不平衡位移的幅值和初始相位；σ和δ表示動不平衡位移的幅值和初始相位；Ω表示磁懸浮轉子轉速；

h_sr為傳感器諧波，具體公式如下：

其中，s_ax0、s_bx0、s_ay0和s_by0分別表示傳感器諧波中的直流分量，i為諧波的次數，s_ai和s_bi分別表示A、B兩端傳感器諧波第i次諧波分量的幅值，a_si和b_si分別表示第i次諧波分量的初始相位；w表示轉子轉速；

磁軸承轉子系統磁軸承力模型如下：

其中，S(s)表示系統靈敏度函數，G_p(s)為轉子系統的傳遞函數，具體公式如下：

步驟2：設計基于多諧波逆Park變換的磁懸浮轉子諧波振動力抑制方法；

根據步驟1所提出磁懸浮轉子動力學模型，以振動力為抑制目標，設計多諧波逆Park變換控制器，即MHIP控制器，該控制器以并聯負反饋的形式接入原磁懸浮轉子系統，將倍頻電流i_x作為倍頻控制器的輸入，將振動力f作為同頻控制器的輸入，MHIP控制器的輸出反饋到原磁軸承轉子閉環系統功放模塊的輸入端，該振動力抑制方法的實現包括如下三個方面：

(1)逆Park變換鎖相環：此部分為MHIP控制器的主體部分，根據磁懸浮轉子系統在特定轉頻下產生的不同階次的振動，進行控制器主體部分的構建，其使用一個Park變換和一個逆Park變換，所用的轉速來自霍爾傳感器提供，同時使用逆Park變換的Y通道的輸出作為Park變換的Y通道的輸入，即構建了X通道的虛擬正交信號；同時在Park變換環節，根據磁懸浮轉子系統穩定性條件加入不同的相位補償角，保證磁懸浮轉子系統在不同轉速下穩定運行；

(2)改進低通濾波器檢測：此部分為MHIP控制器的諧波檢測部分，改進傳統控制方法中采用開環低通檢測的方案，提出使用閉環檢測設計低通濾波器環節，實現對諧波信號的提??；

(3)MHIP控制器的輸入：此部分為MHIP控制器的輸入信號選擇，使用振動力作為同頻MHIP控制器的輸入，使用諧波電流作為倍頻MHIP控制器的輸入，經MHIP控制器辨識后得到同頻和倍頻反饋信號。

2.根據權利要求1所述的基于多諧波逆Park變換的磁懸浮轉子諧波振動力抑制方法，其特征在于：所述MHIP控制器的設計實現包括：

(1)逆Park變換鎖相環：

首先使用Park變換矩陣，相互垂直的兩個通道的交流信號可以轉化為直流信號，即原本靜止坐標系中的兩相坐標轉換為旋轉坐標系中的坐標，假定X和Y兩路通道的信號幅值相同、相位相差90°；然后針對實際中磁軸承轉子旋轉時兩路通道不滿足上述幅值和相位的假定，使用逆Park變換矩陣，構造X通道的虛擬正交信號；

Park變換矩陣和逆Park變換矩陣分別表示為：

其中，v_α、v_β表示X和Y通道兩路信號，v_α'、v_β'表示經過MHIP控制器的輸出信號，Ω表示系統的轉速，θ是附加相位角，其余各量為MHIP控制器內的過程量；

使用逆Park變換的Y通道的輸出作為Park變換的Y通道的輸入，表達式如下：

v_β＝v_β′

(2)改進低通濾波器檢測

提出一種改進的閉環檢測設計方法，同時低通濾波器環節使用二階巴特沃斯低通濾波器，并根據實際系統選擇合適的截止頻率，在濾波性能和檢測的快速性之間達到平衡；

所設計的二階巴特沃斯低通濾波器的表達式如下：