[发明专利]一种径向主动磁轴承控制器及构造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种径向主动磁轴承控制器及构造方法，适用于径向主动磁轴承系统的容错解耦控制，属于磁悬浮传动/驱动控制设备的技术领域。

背景技术

主动磁轴承利用磁悬浮力将转子悬浮于定子之间，从而实现定转子之间没有任何机械接触的新型高性能轴承，具有无摩擦磨损、振动小、低能耗、无污染等突出优点，可以显著提高机构的寿命与可靠性。近年来，主动磁轴承在高速飞轮储能、精密数控机床、机器人、无轴承电机、航空航天、真空技术、机械工业等高科技领域具有广阔的潜在应用前景。然而这些特殊领域对于径向主动磁轴承系统连续稳定悬浮运行具有较高要求，因此径向主动磁轴承的带故障运行能力，对于保证整个机构系统的安全性和可靠性具有十分重要的意义。另外，径向主动磁轴承两通道之间存在磁路非线性耦合，其耦合程度随着转子径向偏移量的增加而增大，因此要实现径向主动磁轴承系统的高性能控制，必须对其径向2自由度进行解耦控制。因此，径向主动磁轴承系统在正常及故障情况下的解耦控制策略成为磁轴承技术的重要课题之一。

神经网络逆控制策略利用神经网络的非线性逼近能力，辨识非线性系统的逆模型，从而实现原系统的非线性动态解耦控制，该控制策略已得到很好的应用。然而采用双神经网络逆模型来实现径向主动磁轴承系统的容错解耦控制国内外还未见报道。

发明内容

本发明的目的是为了实现径向主动磁轴承系统的容错解耦控制，提供一种基于双神经网络逆模型的径向主动磁轴承容错控制器及构造方法。

本发明一种径向主动磁轴承控制器的技术方案是：包括神经网络逆容错解耦控制器、功率放大器以及径向主动磁轴承系统，所述神经网络逆容错解耦控制器由线性闭环控制器、逆模型库和电流变换器组成；所述线性闭环控制器由两个附加控制器并联组成；所述逆模型库由正常逆模型和故障逆模型并联组成，正常逆模型由第一神经网络和4个积分器组成，故障逆模型由第二神经网络和另外4个积分器组成；所述电流变换器由第一电流变换器和故障电流变换器并联组成；所述逆模型库与电流变换器、功率放大器以及径向主动磁轴承系统相串联构成伪线性系统；所述径向主动磁轴承系统输入端连接电流故障检测切换模块，电流故障检测切换模块输出分别连接电流变换器和逆模型库。

本发明一种径向主动磁轴承控制器的构造方法采用的技术方案是依次采用如下步骤：

1）当径向主动磁轴承系统没有发生故障时，由电流故障检测切换模块选择正常逆模型和第一电流变换器串联在功率放大器之前，根据给点位移x^*与反馈位移x经第一附加控制器计算反馈位移x的一阶和二阶导数，根据给点位移y^*与反馈位移y经第二附加控制器计算反馈位移y的一阶和二阶导数，将反馈位移x的二阶导数和反馈位移y的二阶导数分别作为第一附加控制器和第二附加控制器的输出信号并作为正常逆模型的输入信号，正常逆模型的输出信号为位移控制电流i_x和i_y，经第一电流变换器变换为径向主动磁轴承系统的线圈电流i₁，i₂，i₃，i₄，i₅和i₆，输出给功率放大器，功率放大器驱动径向主动磁轴承系统正常悬浮运行，根据反馈位移x和反馈位移y响应分别调节第一附加控制器和第二附加控制器的参数；

2）当径向主动磁轴承系统某一相发生故障时，由电流故障检测切换模块选择故障逆模型和故障电流变换器串联在功率放大器之前，根据给点位移x^*与反馈位移x经第一附加控制器计算反馈位移x的一阶和二阶导数，根据给点位移y^*与反馈位移y经第二附加控制器计算反馈位移y的一阶和二阶导数，将反馈位移x的二阶导数和反馈位移y的二阶导数分别作为第一附加控制器和第二附加控制器的输出信号并作为故障逆模型的输入信号，故障逆模型的输出信号为位移控制电流i’_x和i’_y，经故障电流变换器变换为径向主动磁轴承系统的线圈电流i’₁，i’₂，i’₃，i’₄，i’₅和i’₆，输出给功率放大器，功率放大器驱动径向主动磁轴承系统带故障悬浮运行，获得容错控制，不改变第一附加控制器和第二附加控制器的参数。