[发明专利]一种磁轴承隔振与抗冲击控制方法及系统

权利要求书

1.一种磁轴承隔振与抗冲击控制方法，其特征在于，应用于磁轴承系统，所述磁轴承系统包括：磁轴承本体、控制器、功率放大器、位移传感器和转子，所述控制方法包括：

S1、根据不同的振动与冲击载荷工况，设计具有高静低动特性的力-位移非线性动力学特性曲线；

S2、根据所述力-位移非线性动力学特性曲线中的系数，设置高静低动控制算法中的增益环节函数表达式f_p(e)；

S3、根据工程应用的阻尼比需求，设置所述高静低动控制算法中的微分环节函数表达式f_d(e)；

S4、将设置好的高静低动控制算法编程写入至所述磁轴承系统的控制器内，形成高静低动控制器；

S5、所述高静低动控制器通过所述位移传感器以预设采样频率实时采集所述转子的位移；

S6、所述高静低动控制器将所述位移与参考位置比较后得到偏差值，根据所述偏差值、所述增益环节函数表达式f_p(e)和所述微分环节函数表达式f_d(e)计算并生成相应的控制信号，并将所述控制信号输入所述功率放大器；

S7、所述功率放大器根据所述控制信号产生控制电流，控制所述磁轴承本体对所述转子的吸引力大小，对所述转子的位移进行修正；

S8、循环执行步骤S5-S7，直至断电；

步骤S1还包括：预估被支承物体振动响应与冲击响应的范围；

所述力-位移非线性动力学特性曲线满足：预估的振动响应在平衡位置附近的δ区域内的系统刚度在第一刚度范围内的第一位移范围内；预估的冲击响应在平衡位置附近的δ区域外的系统刚度在第二刚度范围内的第二位移范围内；所述系统刚度为所述力-位移非线性动力学特性曲线的曲率；

所述力-位移非线性动力学特性曲线为下式三次函数表示的曲线，

y＝Ax³+Bx²+Cx+D

其中，A、B、C、D为根据该曲线而确定的三次函数系数，所述三次函数满足：3·Ax²+2·Bx+C≥0；

所述增益环节函数表达式f_p(e)为：

其中，k_a为功率放大器增益，k_s为位移传感器增益，k_x为力-位移系数，k_I为力-电流系数，e为偏差值，A、B、C为常数；

所述微分环节函数表达式f_d(e)为：

其中，k_a为功率放大器增益，k_s为位移传感器增益，k_I为力-电流系数，m为支承转子质量在磁轴承上的分量，γ为阻尼比，范围0＜γ＜1；

当整个闭环控制系统具备高静低动特性的力-位移非线性动力学特性时，

当基础或转子受到振动载荷时，其对应的位移在所述力-位移非线性动力学特性曲线的所述第一位移范围内，所述磁轴承系统在平衡位置附近的δ区域内的系统刚度在第一刚度范围内，根据振动隔振原理，所述系统刚度越小，所述磁轴承系统的固有频率越小，根据经典的振动理论，隔振频带越宽，隔振效果越好；

当冲击作用于基础或转子时，其对应的位移在所述力-位移非线性动力学特性曲线的所述第二位移范围内，所述磁轴承系统在所述第二位移范围内的支承力随位移的增大/减小而非线性快速增加/减小。

2.根据权利要求1所述的一种磁轴承隔振与抗冲击控制方法，其特征在于，所述高静低动控制算法包括：

增益环节：

将所述偏差值代入所述增益环节函数表达式fp(e)，计算得到增益环节控制量，用以调节动态支承系统的刚度；

微分环节：

将所述偏差值乘以所述微分环节函数表达式fd(e)后进行微分，得到微分环节控制量，用以调节动态支承系统的阻尼特性；

将所述增益环节控制量和所述微分环节控制量之和作为总的高静低动控制器输出量。