[发明专利]径向混合磁轴承的反馈耗散哈密顿自适应控制系统

说明书

本发明公开一种径向混合磁轴承的反馈耗散哈密顿自适应控制系统，位移偏差与负载转矩、期望转速共同输入至稳定平衡点计算模块中，稳定平衡点计算模块的输出依序串接反馈耗散哈密顿速度控制器、2/3变换模块、PWM逆变器、电流跟踪型逆变器和径向混合磁轴承，反馈耗散哈密顿速度控制器输出的是反馈控制量，PWM逆变器的输出经3/2变换模块连接反馈耗散哈密顿速度控制器，反馈耗散哈密顿速度控制器与磁链自适应更新律模块连接；系统的目标函数构建为哈密顿函数，基于目标函数下的动态闭环系统，结合适当的反馈控制律，能够快速估算磁链的改变值，使系统转速实现快速稳定，达到了控制精确度的要求。

技术领域

本发明属于无摩擦、非机械性接触的磁悬浮轴承领域，具体是对其进行调节控制的控制系统。

背景技术

磁轴承作为一种新型的轴承形式，与飞轮储能技术相结合，消除了飞轮与轴承间的机械摩擦，具有低功耗和超高速运转等优良特性。其中，径向混合磁轴承就是一种能够同时实现径向两自由度控制的混合磁轴承，相比于主动磁轴承具有精度高、刚度性能优良可调、悬浮力可控等优点；其控制磁通由控制线圈产生，偏置磁通由永磁体产生，因此又具有成本低、寿命长、隔振性能好等优势。在磁轴承具有诸多优势的同时，控制上的难点主要集中体现在转子转动时的陀螺效应和不平衡力的干扰。将其应用于储能飞轮中，会受储能飞轮转子圆盘绕各惯性主轴的惯性矩比的影响，随着转速的不断提高，陀螺效应作用显著增强，各自由度间的耦合明显，尤其在多输入多输出系统中，往往一个输入量的变化会引起多个输出量的变化，而每个输出也不止受一个输入量的影响。因而需寻找合适的控制规律使闭环系统实现一个输出分量仅受一个输入分量的解耦控制。目前实现方法主要有基于耗散哈密顿双环路鲁棒控制系统，该技术考虑系统存在模型摄动和外部扰动等不确定性因素，通过建立系统的不确定动态模型，从系统的物理特性出发将动态模型转化为等价的耗散哈密顿系统模型。在内环控制中通过结构矩阵和能量函数重构实现平衡点的配置，外环控制中根据哈密顿理论设计鲁棒控制器提高系统对负载扰动的鲁棒性。此种方法考虑的因素不全面，虽能一定程度抑制系统陀螺效应和提高系统鲁棒性能，但实现步骤过于繁琐，设计复杂，运算量大，且受硬件条件影响，在工程上不易实现。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足而提供一种针对径向混合磁轴承的反馈耗散哈密顿自适应控制系统，具有更好的鲁棒性、跟踪伺服性、抗干扰性和更精确的控制精度。

本发明所述的径向混合磁轴承的反馈耗散哈密顿自适应控制系统采用的技术方案是：位移偏差e_x、e_y与负载转矩τ_L、期望转速ω₀共同输入至稳定平衡点计算模块中，稳定平衡点计算模块的输出依序串接反馈耗散哈密顿速度控制器、2/3变换模块、PWM逆变器、电流跟踪型逆变器和径向混合磁轴承，反馈耗散哈密顿速度控制器输出的是反馈控制量u_x、u_y，PWM逆变器的输出经3/2变换模块连接反馈耗散哈密顿速度控制器。

进一步地，所述的稳定平衡点计算模块输出的是期望电流值i_x0、i_y0分别是：

L_ex、L_ey分别为位移偏差e_x、e_y的自感；τ_L为负载转矩；ω₀为期望转速；为径向混合磁轴承6中转子磁链值；n_p为极对数；B为粘滞摩擦系数。

更进一步地，所述的反馈耗散哈密顿速度控制器输出的是反馈控制量是：