[发明专利]变步长变角度搜索遗传算法优化转子振动补偿系统及方法

说明书

本发明公开无轴承永磁同步电机的变步长变角度搜索遗传算法优化转子振动补偿系统及方法，转速作为改进的陷波器的输入，改进的陷波器输出的是转子x，y方向上与转子同频的振动信号的正弦系数和余弦系数，正弦和余弦系数输入到不平衡补偿模块中，不平衡补偿模块将振动总幅值与振动目标值作比较，若振动总幅值大于振动目标值，则对转子振动采用变步长变角度搜索方法进行补偿控制，当后一步振动比前一步振动小时，增加步长和角度，当后一步振动比前一步振动大时，角度变90°且步长变为初始搜索步长，以此不断改变搜索角度和方向得到辨识系数，计算出最优补偿电流；加快了转子振动补偿的反应速度，能在电机全转速运行情况下进行转子振动补偿。

技术领域

本发明涉及无轴承永磁同步电机的控制技术，具体是无轴承永磁同步电机的转子偏移和振动控制，改进了传统定步长定角度搜索算法，对转子不平衡作补偿控制。

背景技术

无轴承永磁同步电机是一种利用悬浮绕组提供悬浮力，转矩绕组提供转矩使转子悬浮旋转的电机，因此无轴承永磁同步电机具备无摩擦、无磨损、无需润滑、高转速及高精度等优点，在离心机、密封泵、涡轮分子泵、飞轮储能、半导体工业、生命科学及航空航天等高新技术领域具有重要的应用价值。对于无轴承永磁同步电机的转子来说，在一定程度上都会存在着质量不平衡，即质心和形心没有能够完全重合的问题，所以当转子转动时会产生和转子相同频率的激振力，这个力会使转子失去平衡，偏移原来的位置，从而导致转子径向振动。当转速达到一定程度时，不平衡振动的幅值会超过气隙，转子与定子发生摩擦，使得系统不能够正常工作，因此，对无轴承永磁同步电机中悬浮转子的振动补偿显得至关重要。

针对转子振动补偿控制大致可分为以下两种情况：第一种是作用力最小准则，第二类是振动位移最小准则。第一类作用力最小准则就是使得闭环控制系统中通频激振力最小，让转子围绕惯性轴旋转，也就是说在反馈信号进入控制器之前，通过消除反馈信号中的振动信号来实现，作用力最小准则利用的是凹陷滤波器技术，其原理是在闭环控制的前向通道中加入一个稳定的控制器，这个控制器将与转速同频的信号滤除，而让其他信号基本上不衰减通过，这样在陷波器设定的很窄的频带范围内悬浮转子的阻尼与刚度很小，转子的振动也会减小。第二类位移最小准则补偿技术就是将补偿信号加到闭环系统控制器的输出信号上，强迫转子绕其几何中心旋转，相当于在转子上加上一个反质量去抵消转子的质量不平衡，有效抵消由转子质量不平衡引起的离心力。第一类补偿控制不能够满足转子旋转精度高的要求，第二类补偿响应不够快，反应不够灵敏。因此需要一种既能够适应多场合又能使其补偿效果达到最佳的补偿控制策略，在第二类补偿控制下加快振动补偿速度。

传统的定步长搜索是以一定的步长开始搜索，搜索角度固定，如果后一步比前一步的振动小，则搜索方向和步长保持不变，如果后一步比前一步振动大，搜索角度改变90°，搜索步长不变。在传统的定步长搜索算法中，它的搜索步长一直不变，所以减慢了它的补偿速度，如果在搜索过程中不断改变步长和角度，则可以加快它的补偿速度。

发明内容

本发明的目的是为了克服无轴承永磁同步电机工作时转子出现的振动和偏心等缺点，尤其是电机工作在不同转速情况下，因为偏移和振动带来的转子不能够高精度定位等问题，提出一种基于变步长变角度搜索遗传算法优化的转子振动补偿系统以及转子振动补偿方法，根据变步长变角度迭代搜索辨识转子的振动系数，当搜索收敛于某一区域时利用遗传算法选择最优解，计算出转子振动所需要的补偿电流，实现对转子在不同转速下的高精度振动补偿。