[发明专利]LMS自适应滤波无轴承电机的不平衡激振力补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及交流电机驱动与控制技术领域的无轴承电机的高精度磁悬浮控制技术，尤其是关于一种实时性较强的LMS(最小均方)自适应滤波无轴承电机的不平衡激振力补偿控制方法。

背景技术

无轴承电机是近年来发展起来的适合于高速运转的新型电机，在航空航天、物料密封传输、先进制造等领域具有广泛的应用前景。无轴承电机作为旋转驱动电机，由于材质不均、加工精度、装配误差等原因，不可避免会存在一定程度的转子质量偏心，在旋转时将产生与转速同频的离心激振力，导致转子不平衡振动或径向位移波动，影响转子的悬浮控制精度。

悬浮转子的径向位移，可分为随机位移和不平衡振动位移两部分。关于无轴承电机的转子不平衡振动控制技术，现有技术大多是同步型无轴承电机的不平衡振动控制，选用的步长函数较复杂且未给出快速调节步长因子与慢速调节步长因子之间临界跟踪误差的调节方法。目前，关于异步型无轴承电机的不平衡振动控制，无论是“振动位移的补偿控制”，还是“不平衡激振力的补偿控制”，一直未见适用的设计被发展完成，是当前业界急需改进的目标。为克服无轴承电机的不平衡振动问题，提高转子悬浮控制精度，需要设计出实时性较强的不平衡激振力的补偿控制方法。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种LMS自适应滤波无轴承电机的不平衡激振力补偿方法，以克服现有无轴承电机的不平衡振动问题，选用较简便且有效的步长因子自适应调整函数，提高不平衡位移的跟踪提取速度和精度，通过不平衡激振力补偿器抑制转子不平衡振动，提高悬浮控制精度。

本发明具体是采用以下技术方案及技术措施来实现的。

本发明提出一种LMS自适应滤波无轴承电机的不平衡激振力补偿方法，包括如下步骤：

（1）、测量电机转子的旋转机械角速度和转子实时径向位移，由构造LMS滤波器的双参考信号和；

（2）、将、和送入LMS滤波器，由不平衡振动位移信号的估计算式：，得到转子不平衡振动位移的估计值，其中，和为权值；计算得到当前误差，利用权值调整算式对和进行权值调整，其中，为步长因子，，是输入信号自相关矩阵的最大特征值；

（3）、重复步骤（1）-（2），直至达到稳态时，得到的即为转子不平衡振动位移的最佳估计值；

（4）、对转子不平衡振动位移的最佳估计值进行转子同步旋转变换、零值给定值的闭环反馈调节及反转子同步旋转变换，即得到不平衡振动补偿控制力信号。

较佳的，前述LMS自适应滤波无轴承电机的不平衡激振力补偿方法，步骤（1）中所述LMS滤波器的双参考信号和 为：，其中，T为采样周期，KT表示信号采样时刻。

较佳的，前述LMS自适应滤波无轴承电机的不平衡激振力补偿方法，其中所述电机转子的实时径向位移信号是水平方向的转子径向位移信号或垂直方向的转子径向位移信号，由此得到的为水平方向的转子不平衡振动位移的最佳估计值或垂直方向的转子不平衡振动位移的最佳估计值。

较佳的，前述LMS自适应滤波无轴承电机的不平衡激振力补偿方法，其中所述的步长因子为自适应变步长因子，其调整函数为：，其中，a和c是调节步长因子随误差变化的参数，a＞0, 用于控制步长因子调整函数的取值范围, 保证不平衡振动位移的跟踪快速性和收敛稳定性；0＜c＜1,用于控制步长因子调整函数的形状，并以作为误差绝对值的临界点将步长因子调整阶段分为自适应慢调步长阶段与自适应快调步长阶段。

较佳的，前述LMS自适应滤波无轴承电机的不平衡激振力补偿方法，在所述自适应慢调步长阶段，当不平衡位移跟踪误差绝对值进入[0, ]范围内时, 所述步长因子调整函数在较小的步长因子变化范围内自适应慢调步长因子，且在误差接近零处变化缓慢。

较佳的，前述LMS自适应滤波无轴承电机的不平衡激振力补偿方法，在所述自适应快调步长阶段，当不平衡位移跟踪误差绝对值大于时，所述步长因子调整函数加快跟踪速度自适应快调步长因子。

较佳的，前述LMS自适应滤波无轴承电机的不平衡激振力补偿方法，步骤（4）中所述转子同步旋转变换的方法是将转子不平衡振动位移信号最佳估计值转换成uv坐标系的转子不平衡振动位移直变信号，当为水平方向的转子不平衡振动位移估计值时，转子不平衡振动位移直变信号为，当为垂直方向的转子不平衡振动位移估计值时，转子不平衡振动位移直变信号为 ，其中，该uv坐标系为与转子同步旋转的转子机械坐标系，其位置角是。