[发明专利]一种主被动磁悬浮转子系统静不平衡和磁中心偏移在线辨识方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种主被动磁悬浮转子静不平衡和磁中心偏移在线辨识方法，用于主被动磁悬浮转子在线动平衡或主动振动控制中对静不平衡和磁中心偏移的分离，尤其适用于磁悬浮飞轮、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，具有无接触、不需润滑等优点，是高精度、长寿命、高速转子系统的理想支承方式。磁悬浮轴承根据悬浮力的提供形式可分为电磁轴承和永磁轴承，其中电磁轴承可以通过控制电流改变悬浮力的大小，因此又称其为主动磁轴承；永磁轴承悬浮力不可以主动控制，因此又称其为被动磁轴承。主动磁轴承结构复杂，且需要一套由传感器、控制器、功放等组成的完整的控制系统，其悬浮精度和稳定裕度等控制性能要比被动磁轴承高；被动磁轴承悬浮精度不如主动磁轴承高，但是其结构简单，不需要控制系统，不消耗能量。主被动磁轴承结合了两者优点，在精度要求高的自由度采用主动磁轴承控制，在控制性能要求不严格的自由度采用被动磁轴承控制，实现整体最优。

由于加工误差，材料密度不均匀，材料变形等原因，转子存在残余不平衡。高速旋转时，不平衡质量产生的离心力通过磁轴承的支承作用传递到基座。不平衡振动一方面会增加系统的功耗，使功放饱和而降低磁轴承控制系统的稳定裕度；另一方面不平衡振动产生噪声污染，剧烈的振动影响设备的安全运行。为减小转子的不平衡振动，通常对转子进行在线的或离线的动平衡，离线动平衡将转子在动平衡机上单独进行动平衡，操作环境与转子的工作状态有差别，因此平衡精度一般不高；在线动平衡利用磁轴承系统自有的传感器，通过测量转子的不平衡响应，解算不平衡量的大小和相位。磁轴承转子系统另一种消除转子不平衡振动的方式为主动振动控制，通过控制转子绕惯性主轴旋转，避免磁轴承向外传递不平衡力。对于主被动混合支承的磁悬浮转子系统，除转子不平衡导致的同频振动外，还有被动磁轴承磁中心的偏移导致的同频振动力。由于永磁磁钢充磁不均匀、安装误差等原因，永磁磁环的磁中心与其几何中心不重合，当转子带动永磁磁环旋转时，被动磁轴承向外输出与转速同频的磁力。为提高在线动平衡或主动振动控制的精度，有必要对转子不平衡和磁中心偏移进行区分和辨识。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：对主被动混合支承的磁悬浮转子系统，同时存在转子不平衡和磁中心偏移，提供一种转子静不平衡和磁中心偏移的在线辨识方法。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种主被动磁悬浮转子静不平衡和磁中心偏移在线辨识方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤(1)、建立磁悬浮转子静不平衡和磁中心偏移的数学模型

静不平衡为转子质心相对于几何中心的位移，磁中心偏移为永磁环磁中心相对于其几何中心的位移；静不平衡在转子随动坐标系Oξη中表示为：

rxry=lcosθlsinθ]]>

其中，l是转子几何中心与质心的距离，θ是l与坐标轴Oξ的夹角，l、θ是表征转子静不平衡的相关参数，r_x为l在Oξ轴的分量，r_y为l在Oη轴的分量；

磁中心偏移在转子随动坐标系Oξη中表示为：

其中，a是转子中心平面内转子永磁环磁中心与几何中心的距离，是a与坐标轴Oξ的夹角，a、是表征磁中心偏移的相关参数，p_x为a在Oξ轴的分量，p_y为a在Oη轴的分量；

在转速Ω下，利用所建立的静不平衡模型和磁中心偏移模型，建立磁轴承转子系统的动力学模型：