[发明专利]一种基于同频位移自适应滤波的自动平衡磁悬浮转子系统

说明书

技术领域

本发明属于磁悬浮转子的技术领域，具体涉及一种基于同频位移自适应滤波的自动平衡磁悬浮转子系统，用于磁悬浮转子的高精度自动平衡，尤其适用于磁悬浮控制力矩陀螺等高速磁悬浮转子系统。

背景技术

磁悬浮轴承是一种新型高性能轴承，利用可控电磁场把转子稳定悬浮于给定位置，具有无接触、刚度主动可控等突出优点，是高精度、长寿命高速转子系统的理想支承方式。

工业转子存在残余不平衡且长期慢变，不平衡量在高速旋转时的离心力是磁悬浮高速转子系统最主要的扰动源之一，使转子出现不平衡振动，同时向外部环境传递不平衡支承反力，前者降低支承精度，限制转子转速提高，影响轴承寿命，后者导致外部环境的噪声和振动。利用磁轴承的主动控制能力可以干预不平衡振动。消除支承反力使转子绕惯性主轴旋转，称为自动平衡。自动平衡是磁悬浮高速转子推广应用的关键技术之一。

磁悬浮转子自动平衡方法可以分为两大类：惯性主轴同频位移消除方法和同频轴承力消除方法，这两类方法需要在转子转速已知的情况下实施。但实际系统中，传感器误差、系统噪声等因素导致测得的转子转速不准确，如何准确估计转子转速成为磁悬浮转子高精度自动平衡必须解决的重要问题。

现有多种方法估计磁悬浮转子转速：1)角位置测算方法；2)基于锁相环的方法；3)频率观测器；4)递归控制；5)参数辨识；6)自寻最优控制。作为一种开环算法，角位置测算方法易受噪声干扰；基于锁相环的方法存在捕获带窄、收敛速度慢的缺陷；频率观测器运用多个辅助滤波器，结构复杂；递归控制的收敛性严重依赖于频率估计的初值，当初值距离真实值较远时，频率收敛到错误的数值；参数辨识方法需要存储大量数据，计算复杂，不能满足磁轴承实时控制的需求；自寻最优控制需要利用传感器实时测量振动幅度，增加了系统复杂度。因此，现有方法无法准确简便地估计磁悬浮转子转速、实现高精度自动平衡。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：克服现有自动平衡磁悬浮转子系统转子转速检测误差严重影响自动平衡精度的缺陷，提供一种基于同频位移自适应滤波的自动平衡磁悬浮转子系统，显著提高了转子转速检测存在误差时磁悬浮转子的自动平衡精度。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种基于同频位移自适应滤波的自动平衡磁悬浮转子系统，包括同频位移自适应滤波器、前馈补偿器、控制器、功放、电磁铁、转子和位移传感器，其中，位移传感器实时检测转子的位置，将转子位移转化为电压信号；同频位移自适应滤波器接收位移传感器输出的转子位移信号，实施自适应滤波算法，对磁悬浮转子转速进行估计并自动跟踪，将转子位移信号精确分离为同频位移信号和非同频位移信号；控制器接收非同频位移信号，产生非同频控制信号且保证同频电流刚度力为零；前馈补偿器接收同频位移信号，产生同频补偿信号以消除同频位移刚度力；前馈补偿器输出的同频补偿信号与控制器输出的非同频控制信号相加后作为总控制信号输入至功放；功放将总控制信号进行功率放大并输出电流，驱动电磁铁产生相应的电磁力，吸引转子使其稳定悬浮，同时实现了转子的自动平衡。