[发明专利]基于假定旋转坐标的磁轴承转子分层振动补偿方法

说明书

本发明公开了一种基于假定旋转坐标的磁轴承转子分层振动补偿方法，利用实时采集的转速信息构建基频及倍频层的同步旋转坐标系；将磁轴承转子的振动位移引入各频率层，并进行对应的坐标转换，通过低通滤波器获得各频率层振动信号的直流分量；以各频率层直流分量等于零为目标进行闭环控制，得到旋转坐标系下的控制量；再通过坐标反变换得到原固定坐标系下的控制量，叠加到原有磁悬浮位置控制系统的输出中实现对多频率振动的补偿。本发明对主要振动频率进行分层，可以实现多频率振动的同时补偿；基于假定旋转坐标的变换是实时的位置变换，能够适应转速的变化，控制算法简单，各层控制器也无需迭代计算，没有算法收敛速度的问题，适用于转速快速变化的场合。

技术领域

本发明涉及一种基于假定旋转坐标的磁轴承转子分层振动补偿方法，属于磁悬浮转子系统技术领域。

背景技术

目前，电磁轴承利用电磁力把转子悬浮在期望位置，以得到与传统机械轴承相类似的支承效果，具有无摩擦发热、无需润滑，寿命长等特点，已被广泛应用于涡轮分子泵、透平压缩机、飞轮储能等工业领域。然而由于材质不均匀、加工误差、变形等原因，其质量中心与几何中心之间总是存在着一定的偏差，称为质量不平衡，在转子的旋转过程中，转子的质量不平衡将产生一个与转速同频的不平衡激励力，导致转子产生同频振动。同时，由于电磁激励(Magnet Runout)及传感器位置转子表面圆度误差(Sensor Runout)等因素的存在，还将导致磁悬浮转子产生复杂的倍频振动。不平衡振动不仅影响转子的旋转精度和稳定性，还会通过轴承传递给基座，严重时会导致设备损坏甚至整个系统崩溃。

磁悬浮电机不平衡振动的抑制方法一直是磁悬浮领域的研究热点，当前的振动抑制策略主要有两种形式：一类是自动平衡方式，其思路是消除磁悬浮轴承对同频振动的控制力，从而使转子围绕其惯性轴旋转。另一类方式称为不平衡补偿，其基本思想是增加控制器的输出，使得磁悬浮轴承产生额外的电磁力来抵消不平衡扰动，抑制转子的同频振动、使其围绕几何轴旋转。两种方法均有各自的适用场合和优缺点，不过目前的振动抑制主要针对同频振动，且普遍存在算法收敛速度与补偿精度的矛盾，致使振动补偿只适用于某些特定的转速，难以实现全转速范围的振动抑制。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于假定旋转坐标的磁轴承转子分层振动补偿方法,对磁悬浮转子主要振动频率进行分层，建立各频率层的同步旋转坐标系，通过坐标变换和低通滤波器实时辨识振动位移信号中的同频及倍频直流分量，以辨识出的直流分量为零进行闭环控制，然后通过相应的坐标反变换得到固定坐标系下的控制量，叠加到原有磁悬浮位置控制系统的输出中即可实现对磁悬浮转子多频率振动的补偿。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于假定旋转坐标的磁轴承转子分层振动补偿方法，包括步骤如下：

步骤1：离线确定设备运行的主要振动频率；

步骤2：构建多频率层的同步旋转坐标系；

步骤3：对振动位移进行坐标变换，通过低通滤波器获得各频率层振动信号的直流分量；

步骤4：对各频率层直流分量进行闭环控制，得到旋转坐标系下的控制量；

步骤5：将控制量进行坐标反变换到固定坐标系，实现多频率振动补偿。

作为优选方案，所述步骤1包括如下步骤：

1.1让需要进行振动补偿的磁悬浮旋转机械在原有控制系统下进行升速试验，利用传感器检测转子每个转速下的转子振动位移信号并保存，当转子转速升至额定转速即可；

1.2：对转子每个转速下采集的振动位移信号进行傅里叶变换得到转子振动信号频谱，按振动信号频谱的幅值从大到小进行排序，取排序在前的n个频率为转子运行时的主要振动频率，n为大于1的自然数。

作为优选方案，所述步骤2包括如下步骤：