[发明专利]一种基于最优阻尼原理的磁悬浮柔性转子稳定控制方法

说明书

本发明公开了一种基于最优阻尼原理的磁悬浮柔性转子稳定控制方法。该方法包括：首先通过有限元分析建立磁悬浮柔性转子系统的动力学模型，再对模型进行不平衡响应分析得到柔性转子系统的传递函数，之后分析磁轴承控制系统在一阶柔性模态处取得最优阻尼的条件，并设计相位补偿控制器将控制系统的阻尼补偿到最佳值，从而实现柔性转子系统在一阶柔性模态下的稳定控制。本发明能够充分利用磁轴承有限的电磁力，特别适合磁悬浮柔性转子过一阶临界转速的稳定控制。

技术领域

本发明涉及磁悬浮转子控制的技术领域，具体涉及一种基于最优阻尼原理的磁悬浮柔性转子稳定控制方法，用于磁悬浮柔性转子系统过一阶临界转速的稳定控制。

背景技术

磁悬浮转子是旋转机械系统的重要环节，随着工业的发展对旋转机械提出高效率和高能量密度重大需求，这就要求磁悬浮转子向着更细、更长、转速更高的方向发展，转子工作在一阶或多阶临界转速之上，转子变成柔性的，柔性转子在柔曲模态处，会出现共振现象，极易导致转子碰到保护轴承引起转子失稳，这直接影响设备寿命和工作安全性。因此为了保证柔性转子的稳定运行，必须对柔性转子进行过临界稳定控制。

相对刚性转子，磁悬浮柔性转子之所以对控制系统提出了更大挑战，主要是因为柔性转子相对刚性转子具有宽的多的机械带宽，这就意味着柔性转子的高频固有振动比刚性转子的高频固有振动更易于被激发，此外，柔性转子变形与转速有着密切关系，所以柔性转子稳定控制无论在理论上还是技术上都比刚性转子复杂，是近年来磁悬浮研究领域的难点。

现有的技术中，很多学者将鲁棒控制器应用在磁悬浮柔性转子稳定控制上，其中最典型的代表为H∞控制、μ综合控制和LQG控制；随着控制理论的发展，包括滑模控制、神经网络在内的智能控制方法也被应用到磁悬浮柔性转子稳定控制上。但是现有技术方法有以下缺点：(1)通常控制器阶次较高，需要构建状态观测器。(2)过于依赖系统模型的准确度，且算法复杂。

发明内容

本发明的目的：克服现有方法的不足，发明了一种基于最优阻尼原理的磁悬浮柔性转子稳定控制方法，采用最优阻尼分析和相位补偿器实现柔性转子一阶柔性模态下的稳定控制。

本发明的技术解决方案：一种基于最优阻尼原理的磁悬浮柔性转子稳定控制方法，包括以下步骤：

1、建立磁悬浮柔性转子系统的动力学模型

将柔性转子视为由质量连续分布的有限个单元组成的弹性系统，沿轴线将每个质量单元等效为一个节点，从而将整个转子等效为由n(n8000)个节点组成的弹性系统，根据转子轴向质量单元受力方式的不同，将这n个等效节点分为两部分，磁轴承支撑处节点和磁轴承支撑之外节点。以下均有，表示*的一阶微分，表示*的二阶微分；[*]_i-1表示[*]_i的前一个节点，[*]_i+1表示[*]_i的后一个节点。

首先，分析磁轴承支撑之外节点的动力学方程，在不考虑磁轴承阻尼和刚度的节点i处，不计剪切变形的影响，分析节点i的受力情况：

X方向受力方程：

Y方向受力方程：