[發(fā)明專利]變步長(zhǎng)LMS自適應(yīng)濾波器的磁軸承轉(zhuǎn)子振動(dòng)補(bǔ)償方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210069708.7
• 申請(qǐng)日: 2022-01-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114527650A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 施佳明;馬志豪;朱劍毫;趙騰飛;朱熀秋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)一種變步長(zhǎng)LMS自適應(yīng)濾波器的磁軸承轉(zhuǎn)子振動(dòng)補(bǔ)償方法，對(duì)六極徑向混合磁軸承轉(zhuǎn)子的不平衡作補(bǔ)償，將當(dāng)前n時(shí)刻的位移差值與對(duì)應(yīng)的n?1時(shí)刻的補(bǔ)償信號(hào)值分別作差，得到n時(shí)刻X、Y方向誤差瞬時(shí)值，采用類箕舌線函數(shù)模型計(jì)算出步長(zhǎng)因子，基于步長(zhǎng)因子自適應(yīng)調(diào)整權(quán)值系數(shù)，計(jì)算出X、Y方向當(dāng)前n時(shí)刻的補(bǔ)償信號(hào)值，當(dāng)誤差瞬時(shí)值大于或等于誤差閾值時(shí)，將位移差值與當(dāng)前n時(shí)刻補(bǔ)償信號(hào)值作差，獲得轉(zhuǎn)子振動(dòng)補(bǔ)償差值；本發(fā)明采用變步長(zhǎng)LMS算法，在算法收斂初期提供較長(zhǎng)的步長(zhǎng)，確保算法有較快的收斂速度，在算法收斂完成階段，提供較短的步長(zhǎng)，使算法在穩(wěn)態(tài)階段保持較好的穩(wěn)定性，保證控制精度的同時(shí)，使算法收斂速度快且穩(wěn)態(tài)失調(diào)低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磁軸承轉(zhuǎn)子的不平衡振動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)，具體是采用LMS(最小均方)自適應(yīng)濾波器對(duì)六極徑向混合磁軸承轉(zhuǎn)子的不平衡作補(bǔ)償，屬于高速及超高速電氣傳動(dòng)領(lǐng)域，適用于航空航天、真空技術(shù)、機(jī)械工業(yè)以及能源交通等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

磁軸承是對(duì)磁懸浮軸承的簡(jiǎn)稱，是一種依靠磁場(chǎng)力來(lái)抵消轉(zhuǎn)子重力，使其在空間內(nèi)穩(wěn)定懸浮，并且轉(zhuǎn)子與定子之間沒(méi)有機(jī)械接觸的新型支承軸承，是一種利用電磁力將轉(zhuǎn)子無(wú)接觸懸浮并對(duì)轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)控制的裝置。由于其轉(zhuǎn)速只受轉(zhuǎn)子材料的限制，磁軸承具有無(wú)摩擦、精度高、轉(zhuǎn)速快、噪聲低等優(yōu)勢(shì)點(diǎn)，從根本上改變了傳統(tǒng)的支承形式，特別適用于高速、超潔凈、真空等要求非常高的場(chǎng)合。

磁軸承可使轉(zhuǎn)子達(dá)到數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)以上的速度，但是高速旋轉(zhuǎn)會(huì)帶來(lái)的最主要問(wèn)題是轉(zhuǎn)子自身的不平衡，即周期性振動(dòng)問(wèn)題。目前，針對(duì)周期振動(dòng)補(bǔ)償，一般通過(guò)一定控制策略把磁軸承系統(tǒng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的與轉(zhuǎn)速同頻的周期位移或激振力補(bǔ)償?shù)簦瑑煞N不同補(bǔ)償方案是：1、針對(duì)位移進(jìn)行補(bǔ)償?shù)牟呗苑Q為位移最小補(bǔ)償，即讓轉(zhuǎn)子繞幾何中心旋轉(zhuǎn)；此類補(bǔ)償方法有影響系數(shù)法、開(kāi)環(huán)前饋法、迭代學(xué)習(xí)控制法等，目的是提高轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)精度，如磁懸浮加工主軸應(yīng)用等，但是其控制電流易飽和，使轉(zhuǎn)速不易提高，阻礙加工效率提高。2、針對(duì)振動(dòng)力進(jìn)行的補(bǔ)償稱為慣性力最小補(bǔ)償，即讓轉(zhuǎn)子繞其慣性中心旋轉(zhuǎn)，常采用的方法有凹陷濾波器法、頻域跟蹤法、力自動(dòng)平衡法、LMS自適應(yīng)濾波器法等，目的是通過(guò)減小磁軸承線圈電流波動(dòng)，降低系統(tǒng)不平衡激振力響應(yīng)，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，提高轉(zhuǎn)子速度等。

中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)2011年7月25日第31卷第21期出版的文獻(xiàn)《無(wú)軸承開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心補(bǔ)償控制》中提出的一種基于定步長(zhǎng)LMS算法的自適應(yīng)濾波器，在系統(tǒng)低速和高速狀態(tài)時(shí)都能對(duì)轉(zhuǎn)子不平衡振動(dòng)造成的位移進(jìn)行補(bǔ)償，有效抑制了轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的徑向擾動(dòng)。但當(dāng)LMS算法步長(zhǎng)固定時(shí)，其收斂速度與穩(wěn)態(tài)失調(diào)無(wú)法同時(shí)兼顧。所以，為了讓步長(zhǎng)因子能夠在收斂過(guò)程中自適應(yīng)調(diào)整，需要采用變步長(zhǎng)LMS自適應(yīng)濾波算法。傳統(tǒng)的Sigmoid函數(shù)的變步長(zhǎng)LMS算法雖然兼顧了收斂速度與穩(wěn)態(tài)誤差間的矛盾，但是在算法收斂階段，誤差信號(hào)的微小變化都會(huì)引起步長(zhǎng)因子較大的變化，從而影響穩(wěn)態(tài)誤差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于變步長(zhǎng)LMS自適應(yīng)濾波器的六級(jí)徑向混合磁軸承轉(zhuǎn)子振動(dòng)補(bǔ)償方法，具有更好的跟蹤能力以及較小的穩(wěn)態(tài)誤差，提高轉(zhuǎn)子不平衡振動(dòng)補(bǔ)償?shù)木取?/p>

本發(fā)明變步長(zhǎng)LMS自適應(yīng)濾波器的磁軸承轉(zhuǎn)子振動(dòng)補(bǔ)償方法采用的技術(shù)方案是：X、Y方向的參考徑向位移x^*，y^*和對(duì)應(yīng)的實(shí)際徑向位移作差得到X、Y方向的位移差值d_x，d_y，磁軸承轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速輸入到陷波器中產(chǎn)生同頻的X方向正弦信號(hào)值x₁(nT)、余弦信號(hào)值x₂(nT)和Y方向正弦信號(hào)值y₁(nT)、余弦信號(hào)值y₂(nT)，.X方向正弦信號(hào)值x₁(nT)和余弦信號(hào)值x₂(nT)輸入到X方向變步長(zhǎng)LMS自適應(yīng)濾波器中，Y方向正弦信號(hào)值y₁(nT)和余弦信號(hào)值y₂(nT)輸入到Y(jié)方向變步長(zhǎng)LMS自適應(yīng)濾波器中，還包括以下步驟：