一種新型磁懸浮軸承不平衡振動力直接抑制方法 技術(shù)領(lǐng)域 [0001] 本發(fā)明屬于主動式磁懸浮軸承振動抑制領(lǐng)域，特別涉及一種新型磁懸浮軸承不平衡振動力直接抑制方法。 背景技術(shù) [0002] 磁懸浮軸承具有無接觸的支承結(jié)構(gòu)，有無需潤滑、無摩擦、可主動控制支承剛度等特點，因此在高速電機、衛(wèi)星姿態(tài)控制以及分子泵等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，磁懸浮轉(zhuǎn)子由于機械加工精度的原因，存在殘余不平衡量，故其幾何主軸和慣性主軸不重合，引起同頻振動。該振動通過機殼傳到外部設(shè)備會產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾和噪聲，由其是在高速情況下對磁懸浮軸承的運行可靠性以及精度有很大的影響。所以對磁軸承不平衡振動力的抑制方法研究得到了廣泛的關(guān)注。為了抑制該類型的振動，就需要提出合理的算法，使轉(zhuǎn)子穩(wěn)定的圍繞其慣性主軸旋轉(zhuǎn)，從而抑制引起同頻振動的同頻激振力。 [0003] 目前在磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子振動力抑制方面已有諸多的研究，實現(xiàn)方法主要有兩種，第一種是以轉(zhuǎn)子的慣性主軸作為控制目標(biāo)，使整個轉(zhuǎn)子圍繞其慣性主軸旋轉(zhuǎn)，可以消除不平衡振動力，第二種直接以不平衡振動力作為控制量，通過消除不平衡振動力來實現(xiàn)。方法一的關(guān)鍵點在于需要實時在線辨識出磁懸浮轉(zhuǎn)子的慣性主軸相對于坐標(biāo)系的位置，因此振動力的抑制效果很大程度上取決于轉(zhuǎn)子慣性主軸位置的辨識精度。傳感器的安裝以及表面誤差在不平衡量較小的時候?qū)Ρ孀R精度影響較大，會使抑制效果不明顯。第二種方法的的思想是在控制系統(tǒng)中采用一定的控制算法，消除控制電流和位移中和轉(zhuǎn)速同頻的信號。目前的控制方法主要有最小均方算法、重復(fù)學(xué)習(xí)算法等，都是通過產(chǎn)生幅值相等，相位相反的補償信號來消除同頻電流，從而消除同頻振動力，但是該方法未考慮到位移負剛度引起的振動，此外算法固定步長，無法兼顧考慮系統(tǒng)的收斂速度以及穩(wěn)定性的要求，僅僅在固定轉(zhuǎn)速適用。Shi等人給出了最小均方算法，產(chǎn)生與同頻振動信號幅值相等，相位相反的信號，用于補償，但是沒有考慮位移剛度力的影響，更重要的是無法滿足全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)補償效果，只能在固定轉(zhuǎn)速生效。Bi等人給出了重復(fù)學(xué)習(xí)算法來自適應(yīng)調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)增益，雖然能滿足大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的補償效果，但是還是未消除同頻位移剛度力，僅消除同頻電流剛度力。此外以上方法都無法保證全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)加入補償后系統(tǒng)的穩(wěn)定性。除此以外，可在電流環(huán)中加入同頻位移剛度力補償，但功放的低通特性對同頻位移剛度力的前饋補償效果會產(chǎn)生影響，并且轉(zhuǎn)速測量也會存在誤差，開環(huán)補償相位誤差會隨時間積累，補償效果會減弱。 發(fā)明內(nèi)容 [0004] 本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有不平衡振動力抑制算法的不足，提供一種能夠在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)有效抑制不平衡振動力的算法，本發(fā)明一種新型磁懸浮軸承不平衡振動力直接抑制方法。 [0005] 技術(shù)方案： [0006] 一種新型磁懸浮軸承不平衡振動力直接抑制方法，包括如下步驟， [0007] 步驟一，建立含有質(zhì)量不平衡的磁懸浮轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模型，獲得含有同頻分量的磁軸承電流剛度力和位移剛度力； [0008] 步驟二，基于步驟一將獲得的電流剛度力和位移剛度力進行線性化處理得到磁懸浮軸承的不平衡振動力； [0009] 步驟三，采用同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，利用復(fù)系數(shù)的方法推導(dǎo)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換的傳遞函數(shù)； [0010] 步驟四，基于步驟二，在原有的磁懸浮控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上將獲得的磁懸浮軸承不平衡振動力作為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換的輸入信號從而提取出不平衡振動力中的同頻分量； [0011] 步驟五，基于步驟四，將經(jīng)過同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換后得到的不平衡振動力的同頻分量直接作為反饋補償信號反饋至磁懸浮軸承控制系統(tǒng)的功放端以抑制不平衡振動力； [0012] 步驟六，根據(jù)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換的傳遞函數(shù)，采用靈敏度函數(shù)和相角的分析方法，分析整個磁懸浮軸承不平衡振動力直接抑制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 [0013] 進一步地，步驟一的具體過程為： [0014] 在磁懸浮軸承控制系統(tǒng)中，徑向磁軸承的電磁鐵A、B中心截面分別為Π1和Π2，轉(zhuǎn)子中心截面為Π，定子在A、B截面Π1、Π2中心的連線與截面Π交于點N，轉(zhuǎn)子慣性主軸與Π、Π1、Π2分別交于C、C1、C2，幾何主軸與三個截面分別交于O、O1、O2，建立慣性坐標(biāo)系NXY和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系Oηε，其中N為慣性坐標(biāo)系的原點，O為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的原點，由于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系和轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，則旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)速等于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速Ω，四點C1、C2、O1、O2在轉(zhuǎn)子中心截面上的投影在慣性坐標(biāo)系中分別為(XA,YA)、(XB,YB)、(xA,yA)、(xB,yB)，由此可得與轉(zhuǎn)速Ω同頻的四自由度不平衡位移量和位移方程： [0015] [0016]

1.一種磁懸浮軸承不平衡振動力直接抑制方法，其特征在于，包括如下步驟， 步驟一，建立含有質(zhì)量不平衡的磁懸浮轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模型，獲得含有同頻分量的磁軸承電流剛度力和位移剛度力； 步驟二，基于步驟一將獲得的電流剛度力和位移剛度力進行線性化處理得到磁懸浮軸承的不平衡振動力； 步驟三，采用同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，利用復(fù)系數(shù)的方法推導(dǎo)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換的傳遞函數(shù)； 步驟四，基于步驟二，在原有的磁懸浮控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上將獲得的磁懸浮軸承不平衡振動力作為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換的輸入信號從而提取出不平衡振動力中的同頻分量； 步驟五，基于步驟四，將經(jīng)過同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換后得到的不平衡振動力的同頻分量直接作為反饋補償信號反饋至磁懸浮軸承控制系統(tǒng)的功放端以抑制不平衡振動力； 步驟六，根據(jù)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換的傳遞函數(shù)，采用靈敏度函數(shù)和相角的分析方法，分析整個磁懸浮軸承不平衡振動力直接抑制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁懸浮軸承不平衡振動力直接抑制方法，其特征在于，步驟一的具體過程為： 在磁懸浮軸承控制系統(tǒng)中，徑向磁軸承的電磁鐵A、B中心截面分別為Π1和Π2，轉(zhuǎn)子中心截面為Π，定子在A、B截面Π1、Π2中心的連線與截面Π交于點N，轉(zhuǎn)子慣性主軸與Π、Π1、Π2分別交于C、C1、C2，幾何主軸與三個截面分別交于O、O1、O2，建立慣性坐標(biāo)系NXY和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系Oηε，其中N為慣性坐標(biāo)系的原點，O為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的原點，由于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系和轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，則旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)速等于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速Ω，四點C1、C2、O1、O2在轉(zhuǎn)子中心截面上的投影在慣性坐標(biāo)系中分別為(XA,YA)、(XB,YB)、(xA,yA)、(xB,yB)，由此可得與轉(zhuǎn)速Ω同頻的四自由度不平衡位移量和位移方程：