[发明专利]一种动压气浮轴承在轨摩擦力矩测试方法

权利要求书

1.一种动压气浮轴承在轨摩擦力矩测试方法，其特征在于，包括步骤如下：

(1)建立动压气浮轴承转速ω与动压气浮轴承的摩擦力矩M的数学模型M(ω)＝α_nωⁿ+α_n-1ω^n-1+……+α₁ω,n＝1,2,……,10；

(2)根据动压气浮轴承的永磁同步电机的动力学方程和步骤(1)中建立的数学模型，制定摩擦力矩测试实验流程和数据采集方式；

摩擦力矩测试实验流程为：开启永磁同步电机，永磁同步电机运行经过设定的时间段后，关闭永磁同步电机，再经过设定的时间段后再开启永磁同步电机；重复进行上述实验流程若干次；

数据采集方式为：在设定的采用周期内，对永磁同步电机关闭后的永磁同步电机转速进行采集；

(3)根据步骤(2)中采集的永磁同步电机关闭后的永磁同步电机转速数据，采用数值计算方法和最小二乘的参数辨识方法，辨识出动压气浮轴承的摩擦力矩数学模型参数；

(4)根据步骤(3)的参数辨识方法，分别获得n等于10、9、…、2、1时摩擦力矩的数学模型参数；

(5)根据步骤(4)辨识出的数学模型，采用实验实测数据计算拟合度误差E；

(6)根据步骤(5)计算的拟合度误差E确定最终摩擦力矩数学模型的阶数，确定最终的摩擦力矩数学模型；

(7)根据步骤(6)确定的摩擦力矩数学模型，按照步骤(3)描述的动力学方程，进行数学解算，并与步骤(2)中采集的永磁同步电机关闭后的永磁同步电机转速数据进行对比，验证数学解算结果是否与步骤(2)中采集的永磁同步电机关闭后的永磁同步电机转速数据一致。

2.根据权利要求1所述的一种动压气浮轴承在轨摩擦力矩测试方法，其特征在于：所述的步骤(2)制定的摩擦力矩测试实验流程和数据采集方式具体为：

摩擦力矩测试实验流程为：开启永磁同步电机，等待永磁同步电机运行5分钟后，关闭永磁同步电机，再等待5分钟；重复上述实验流程10次；

采样周期设置为25ms。

3.根据权利要求1或2所述的一种动压气浮轴承在轨摩擦力矩测试方法，其特征在于：所述步骤(2)中动压气浮轴承的永磁同步电机的动力学方程为：

其中，T_e为电磁力矩，J为永磁同步电机的转动惯量。

4.根据权利要求3所述的一种动压气浮轴承在轨摩擦力矩测试方法，其特征在于：所述的步骤(3)的具体方法为：

当永磁同步电机处于关闭状态时，电磁力矩T_e＝0，动力学方程简化为：

采用数值计算方法可得：

根据最小二乘参数辨识方法可得：

其中，m为步骤(2)中采集到的数据个数；i＝1,2,3,...,m。

5.根据权利要求1所述的一种动压气浮轴承在轨摩擦力矩测试方法，其特征在于：所述的步骤(5)中采用实验实测数据计算拟合度误差E的具体方法为；

根据步骤(4)辨识出的数学模型，利用如下公式计算获得n组拟合度误差E：

其中，ω_i为步骤(2)中的实验采样数据，M(ω_i)为根据步骤(4)辨识出的摩擦力矩的数学模型计算出的实时摩擦力矩。

6.根据权利要求5所述的一种动压气浮轴承在轨摩擦力矩测试方法，其特征在于：

所述的步骤(6)根据拟合度误差确定最终摩擦力矩数学模型的阶数的具体方法为：

步骤6.1：绘制阶数n与拟合度误差之间的曲线，阶数n为横坐标，拟合度误差E为纵坐标；

步骤6.2：确定拟合度误差随阶数n的稳定区间，稳定区间定义为[0.998a,1.002a]；a为拟合度误差稳定值；拟合度误差稳定值指当拟合度误差随阶数n变化趋于稳定时求得的拟合度误差平均值；

步骤6.3：将进入稳定区间的最小阶数n将作为摩擦力矩数学模型的阶数。