[发明专利]磁悬浮轴承多模型鲁棒无扰动切换控制方法

权利要求书

1.一种磁悬浮轴承多模型鲁棒无扰动切换控制方法，其特征在于，包括以下三个步骤：

步骤一，区间不确定性度量，

(a)、在悬浮状态下，建立磁悬浮轴承柔性转子的动力学方程，

(b)、获得转子模型状态空间，对应得到转子模型传递函数，

(c)、建立电控系统传递函数，联立转子模型传递函数，获得柔性转子磁悬浮轴承机电一体化模型传递函数，

(d)、根据柔性转子磁悬浮轴承系统运行情况，设定转速范围，将在不同转速范围内相应转速下限处的系统模型作为名义模型，

(e)、以转速为变量，计算两模型在Nyquist曲线上的映射度量，获得转速范围内的不确定性映射度量值；

步骤二，区间鲁棒控制器设计，根据不同转速范围内的获得的不确定性映射度量值，基于鲁棒控制理论，设计不同转速下的鲁棒控制器，将鲁棒控制器转换为状态空间方程表达形式；

步骤三，通过切换控制装置进行无扰动切换控制。

2.根据权利要求1所述的一种磁悬浮轴承多模型鲁棒无扰动切换控制方法，其特征在于：步骤一(a)中，磁悬浮轴承柔性转子的动力学方程如下：

式中，M_R，C_R，G_R，K_R分别表示转子质量矩阵，转子结构阻尼矩阵，陀螺效应矩阵，转子刚度矩阵，Ω表示转子工作转速；q分别为转子的运动加速度、速度与位移；k_x与k_i为磁悬浮轴承的自身系数；i为磁悬浮轴承控制电流。

3.根据权利要求1所述的一种磁悬浮轴承多模型鲁棒无扰动切换控制方法，其特征在于：步骤一(b)中，转子模型状态空间为：

式中q分别为转子的运动加速度、速度与位移；为转子质量矩阵的逆矩阵；C_R，G_R，K_R分别表示转子结构阻尼矩阵，陀螺效应矩阵，转子刚度矩阵，k_x与k_i为磁悬浮轴承的自身系数；

令

C_r＝[C₁₁ 0_4×216]

上式中，I₂₁₆为216阶次的单位矩阵；C₁₁为节点选择矩阵，在模型状态空间转换过程中得到，简化式(5)为：

式(6)转子模型状态空间方程中A_r与转速Ω相关，将式(6)得到的转子模型状态空间方程写成传递函数形式G_amb。

4.根据权利要求1所述的一种磁悬浮轴承多模型鲁棒无扰动切换控制方法，其特征在于：步骤一(c)中，电控系统传递函数包括电控系统中传感器传递函数G_s(s)、功率放大器传递函数G_a(s)，DSP时延传递函数G_D(s)，联立磁悬浮轴承转子传递函数G_amb(s)与电控系统传递函数，柔性转子磁悬浮轴承机电一体化模型传递函数如下，

G(s)＝G_amb(s)G_s(s)G_a(s)G_D(s) (7)

其中，电控系统中传感器传递函数采用比例环节建模拟合，功率放大器传递函数采用一阶惯性环节进行拟合，具体为DSP时延传递函数采用2阶次Pade模型进行近似拟合，具体为a、b、c为系数；T_s为DSP采样时间，A是电流，V是电压。

5.根据权利要求1所述的一种磁悬浮轴承多模型鲁棒无扰动切换控制方法，其特征在于：步骤一(d)中，设定的转速范围分别为Ω₀～Ω₁，Ω₁～Ω₂，Ω₂～Ω₃，…，Ω_n-1～Ω_n。