[發明專利]一種電磁軸承轉子系統控制方法及控制裝置

有效

• 申請號: 202210242349.0
• 申請日: 2022-03-11
• 公開（公告）號: CN114593148B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 張生光;張學寧;祝長生;陳霞;胡文穎
• 申請（專利權）人: 中國航空發動機研究院
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04;G05B11/42
• 代理公司: 北京鼎承知識產權代理有限公司 11551
• 代理人: 夏華棟;顧可嘉

1.一種電磁軸承轉子系統控制方法，其特征在于，包括：

獲取電磁軸承對應的電流剛度系數和位移剛度系數；

根據所述電流剛度系數和所述位移剛度系數，確定PID控制模型的比例系數和微分系數；

基于所述位移剛度系數確定PID控制模型的積分系數；

基于所述比例系數、所述微分系數和所述積分系數，利用PID控制模型控制轉子系統；

所述獲取電磁軸承對應的電流剛度系數和位移剛度系數，包括：

根據以下公式計算得到所述電流剛度系數：

根據以下公式計算得到所述位移剛度系數：

其中，k_x表示位移剛度系數，k_i表示電流剛度系數，μ₀表示真空條件下的磁導率，N表示某一對級的線圈總匝數，A表示磁通面積，α表示磁極間夾角，I₀表示偏置電流，x₀表示初始間隙；

所述根據所述電流剛度系數和所述位移剛度系數，確定PID控制模型的比例系數和微分系數包括：

根據以下公式確定PID控制模型的比例系數；

其中，P表示比例系數，A_s表示傳感器增益，n表示調節系數，k_x表示位移剛度系數，k_i電流剛度系數；

根據如下公式確定所述微分系數；

其中，D表示微分系數，ξ表示阻尼比，n表示調節系數，k_x表示位移剛度系數，m表示轉子質量，A_s表示傳感器增益，k_i表示電流剛度系數；

所述基于所述位移剛度系數確定PID控制模型的積分系數包括：

根據如下公式確定根據積分系數的取值范圍；

0ID(n-1)k_x/m/A_s；

其中，I表示積分系數、D表示微分系數，n表示調節系數、k_x表示位移剛度系數、m表示轉子質量、A_s表示傳感器增益；

根據積分系數的取值范圍，確定積分系數。

2.根據權利要求1所述的電磁軸承轉子系統控制方法，其特征在于，所述調節系數大于等于2且小于等于4。

3.根據權利要求2所述的電磁軸承轉子系統控制方法，其特征在于，所述調節系數為2。

4.根據權利要求1所述的電磁軸承轉子系統控制方法，其特征在于，所述基于所述比例系數、所述微分系數和所述積分系數，利用PID控制模型控制轉子系統，包括：

基于比例系數、微分系數、積分系數和PID控制模型的傳遞函數，控制轉子系統。

5.根據權利要求1所述的電磁軸承轉子系統控制方法，其特征在于，所述基于所述比例系數、微分系數和積分系數，控制轉子系統之后，所述方法還包括：

獲取電磁軸承的軸心軌跡；

根據所述軸心軌跡調整比例系數、微分系數或積分系數。

6.一種電磁軸承轉子系統控制裝置，其特征在于，包括：

獲取模塊，用于獲取電磁軸承對應的電流剛度系數和位移剛度系數；

第一確定模塊，用于根據所述電流剛度系數和所述位移剛度系數，確定PID控制模型的比例系數和微分系數；

第二確定模塊，基于所述位移剛度系數確定PID控制模型的積分系數；

控制模塊，用于基于所述比例系數、所述微分系數和所述積分系數，利用PID控制模型控制轉子系統；

獲取模塊，用于獲取電磁軸承對應的電流剛度系數和位移剛度系數時，具體用于：

根據以下公式計算得到電流剛度系數：

根據以下公式計算得到位移剛度系數：

其中，k_x表示位移剛度系數，k_i表示電流剛度系數，μ₀表示真空條件下的磁導率，N表示某一對級的線圈總匝數，A表示磁通面積，α表示磁極間夾角，I₀表示偏置電流，x₀表示初始間隙；

第一確定模塊，用于根據電流剛度系數和位移剛度系數，確定PID控制模型的比例系數和微分系數時，具體用于：

根據以下公式確定PID控制模型的比例系數；

其中，P表示比例系數，A_s表示傳感器增益，n表示調節系數，k_x表示位移剛度系數，k_i電流剛度系數；

根據如下公式確定微分系數；

其中，D表示微分系數，ξ表示阻尼比，n表示調節系數，k_x表示位移剛度系數，m表示轉子質量，A_s表示傳感器增益，k_i表示電流剛度系數；

第二確定模塊，用于基于位移剛度系數確定PID控制模型的積分系數時，具體用于：

根據如下公式確定根據積分系數的取值范圍；

0ID(n-1)k_x/m/A_s；

其中，I表示積分系數、D表示微分系數，n表示調節系數、k_x表示位移剛度系數、m表示轉子質量、A_s表示傳感器增益；

根據積分系數的取值范圍，確定積分系數。