[发明专利]基于并联式有限维重复控制的磁轴承系统谐波电流抑制方法

摘要

本发明公开了一种基于并联式有限维重复控制的两自由度磁轴承系统谐波电流抑制方法。该方法包括如下步骤：首先建立包含转子不平衡和位移传感器谐波噪声的两自由度磁轴承转子动力学模型；然后以功放系统为被控对象，以线圈电流为被控变量，利用并联式FDRC设计磁轴承系统谐波电流抑制；最后设计并联式FDRC控制器参数，并分析系统稳定性，在保证闭环系统稳定的前提下实现两自由度磁轴承系统谐波电流抑制。本发明可以根据谐波电流抑制精度要求合理选择FDRC的阶数，克服了传统重复控制中低通滤波器对抑制精度与系统稳定性的影响；控制器参数设计时直接考虑功放低通特性对谐波电流抑制精度影响，不需要对功放系统另外设计补偿环节。

主权项

一种基于并联式有限维重复控制的磁轴承系统谐波电流抑制方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)建立含转子不平衡和位移传感器谐波噪声的两自由度磁轴承转子动力学模型对于两自由度磁轴承系统，x轴和y轴两通道相互解耦，若x轴和y轴的位移刚度系数和电流刚度系数相同，当磁悬浮转子在平衡位置附近运动时，包含转子不平衡和位移传感器谐波噪声的两自由度磁轴承转子动力学模型为：式(1)中m为磁悬浮转子的质量；ki和kh分别为磁轴承系统的电流刚度系数和位移刚度系数；xI和yI分别为磁悬浮转子惯性中心在x轴和y轴方向的位移；δx和δy分别为x轴和y轴方向的转子不平衡分量；ks为位移传感器放大倍数；dx和dy分别为x轴和y轴方向的位移传感器谐波噪声分量；kad为AD采样系数；Gc(s)和Gw(s)分别为磁轴承控制器和功率放大器的传递函数；磁轴承系统x轴和y轴方向的谐波电流icx和icy与转子不平衡和位移传感器谐波噪声(Sensor Runout)之间的关系为：To(s)＝1‑khP(s)+kadkskiGw(s)Gdis(s)P(s)   (3)式(2)(3)中为磁悬浮转子自身对象特性函数；To(s)为原闭环系统的特征多项式；(2)基于并联式FDRC磁轴承谐波电流抑制设计将磁轴承功率放大器作为被控对象，转子不平衡和位移传感器谐波噪声引起的系统扰动等效为功放系统的干扰电流，磁轴承线圈电流采样值作为并联式FDRC控制器输入，FDRC输出uix与原磁轴承控制器Gc(s)输出叠加后作为功放系统输入，以实现磁轴承谐波电流抑制；(3)并联式FDRC参数设计并联式FDRC参数设计是确定各阶FDRC的收敛系数τk和补偿环节Qk(s)，磁轴承系统谐波电流抑制各阶FDRC控制器参数设计步骤包括：首先根据系统函数Hix,n‑1(s)(1≤n≤N)相频特性曲线判断收敛系数τn(1≤n≤N)的正负号；然后根据τn的符号设计补偿环节Qn(s)使Hix,n‑1(jω)Qn(jω)在ω＝nΩ处满足能够保证闭环系统稳定的相角条件，其中，N为并联式FDRC控制器的总阶数，Ω为磁悬浮转子转频。