[發明專利]一種基于動態偏置電流的磁懸浮軸承節能控制方法

在審

• 申請號: 202210582547.1
• 申請日: 2022-05-26
• 公開（公告）號: CN114962452A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 楊波;魏宏巖;周博文;楊東升;賀志盈
• 申請（專利權）人: 沈陽愛倍克科技有限公司
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04;G06F17/11;G06F17/18
• 代理公司: 濟南鼎信專利商標代理事務所(普通合伙) 37245
• 代理人: 白守畔

1.一種基于動態偏置電流的磁懸浮軸承節能控制方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1：建立非線性電磁軸承系統模型；

S2：基于障礙李雅普諾夫函數構造自適應反演控制器；

S3：利用自適應差分進化算法計算偏置電流；

S4：建立適應度函數，設計定位性能和節能性能的權衡算法；

S5：利用轉子位置觀測器對不同偏置電流評估，測試未成熟的候選偏置電流，輸出控制電流和偏置電流，使磁軸承節能穩定運行。

2.根據權利要求1所述的一種基于動態偏置電流的磁懸浮軸承節能控制方法，其特征在于：所述S1中非線性電磁軸承系統模型的建立步驟為：

上述公式表示定子上的電磁鐵對轉子產生的電磁力是電磁鐵電流i和氣隙寬度δ的函數，式中μ為等效磁導率，N為繞組匝數，A為考慮氣隙、轉子鐵芯、定子鐵芯的等效面積，由于轉子在x軸和y軸上同時由兩個相反的電磁對控制，其牛頓方程為：

上述公式中，M表示轉子質量，x代表轉子位移，F_mag1和F_mag2分別代表相對磁極對電主軸產生的電磁力，P(t)和f_d代表外部負載作用和其他干擾；

只考慮系統自身穩定性，將P(t)設為0，(2)可以寫為：

上述公式中，δ₀為轉子在中心點時的氣隙基準，α為極角，由于磁軸承是由控制電流i_c和偏置電流i_b同時控制的，(3)可以寫成：

其中N_b和N_c分別為偏置繞組、控制繞組匝數，令x₁＝x,得到如下狀態空間方程：

上述公式中，利用中值定理將u提取出來，狀態空間方程(5)轉化為：

上述公式中，u₀是0和u之間一點，dt是外部擾動，

3.根據權利要求1所述的一種基于動態偏置電流的磁懸浮軸承節能控制方法，其特征在于：所述S2建立障礙李雅普諾夫函數構造自適應反演控制器包括：

使用log型障礙李雅普諾夫方程：

其中log(·)為對數函數，b_i為變量z_i的邊界，即|z_i|＜b_i；

控制器的目標為使系統的實際位移x₁跟蹤期望轉子位移x_r，使二者保持相等，設轉子位置跟蹤誤差為e＝z₁＝x₁-x_r，z₁的導數為：

由于實際中x₁是可以實際觀測到的，而x₂不能被觀測到，引入虛擬變量α₁用來定義x₂的期望狀態：

λ₁表示正增益，x₂和他的虛擬變量α₁之間的偏差z₂定義為：

z₂＝x₂-α₁ (10)

對z₂求導得到：

選擇障礙李雅普諾夫函數為：

其中是未知正常數l_q的估計值，從上邊三個式子可以得出控制器的控制律和自適應律為：

上述公式中，λ₂表示正增益，為擾動均值。