[发明专利]一种设计磁悬浮高速转子系统进动交叉参数的方法

权利要求书

1.一种设计磁悬浮高速转子系统进动交叉参数的方法，其特征在于：建立磁悬浮闭环转子系统复系数动力学模型，绘制最高速下复系数开环传递函数的负频Nyquist曲线并计算进动交叉的低通截止频率，然后根据进动模态的相角裕度要求确定最高速下的校正目标、搜索设计频率和确定最高速下的进动交叉增益，进而确定整个转速范围内的进动交叉增益，确保转子进动在整个转速范围内的相角稳定裕度。

2.根据权利要求1所述的设计磁悬浮高速转子系统进动交叉参数的方法，其特征在于：所述的建立磁悬浮闭环转子系统复系数动力学模型的步骤包括：

(1)根据陀螺技术方程建立磁悬浮转子系统的径向转动运动动力学微分方程模型：

Jyβ··-Hα·-2khlm2β=-2lmlskiksgw(gcβ-gcrα)+pdyJxα··+Hβ·-2khlm2α=-2lmlskiksgw(gcα+gcrβ)+pdx]]>

上式中α、β表示转子径向相对定子绕x，y轴转动的角位移，J_x＝J_y和J_z分别为转子径向和轴向的转动惯量，H＝J_zΩ为转子角动量，Ω＝2πF_r为转子转速，p_dx和p_dy为转子径向的扰动力矩，k_i和k_h为磁轴承的位移刚度和电流刚度，k_s为磁轴承位移传感器灵敏度，l_m和l_s分别为磁轴承和位移传感器到转子中心的距离，g_c、g_cr和g_w分别为PID控制器、进动交叉控制器和功放的输入-输出变换算子，即有L[gc(ddt)]=gc(s),]]>L[gcr(ddt)]=gcr(s),]]>L[gw(ddt)]=gw(s),]]>L表示拉氏变换，s为算子，g_c(s)、g_cr(s)和g_w(s)分别为PID控制器、进动交叉控制器和功放的传递函数；

(2)采用复数变换将步骤(1)中的实系数两变量方程转化为复系数单变量形式，得到复系数单变量等效系统。用J_rr统一表示J_x＝J_y，且令φ＝α+jβ，p_d＝p_dx+jp_dy，其中j为虚数单位，将微分方程组的第一式乘以j再加到第二式，再做拉氏变换得到：

Jrrs2-jHs-2khlm2=-2lmlskiksgw(s)[gc(s)+gcr(s)]+pd]]>

令goeff(s)=1Jrrs2-jHs-2khlm2,]]>g_ceff(s)＝2l_ml_sk_ik_sg_w(s)[g_c(s)+g_cr(s)]，则系统的复系数开环传递函数为：

g_OL(s)＝g_oeff(s)g_ceff(s)。