[发明专利]一种用于控制主动磁悬浮轴承系统的控制器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种主动磁悬浮轴承系统的控制方法，利用位移传感器获取转子位移信号测量值x_s；并将其输入到锁相环计算得到转子位移信号计算值和转子速度信号计算值将和反馈到滑模控制器，通过转子位置控制器调节得到所需要的电磁力F_smc；同时，转子位移信号计算值、速度信号计算值以及滑模变量s输入到单层神经网络调节器中，计算得到补偿力F_Δ；F_smc和F_Δ之和作为将转子控制到平衡位置时所需要的电磁总力F_ref，然后计算出参考电流；通过电流调节器控制磁悬浮轴承线圈电流，从而控制转子到平衡位置。本发明三段级联控制结构简单灵活，加入结构简单的单层神经网络调节器抑制系统的不确定性因素和外部扰动，在提高控制系统鲁棒性的同时，保证了控制系统的简洁高效。

技术领域

本发明涉及主动磁悬浮轴承领域，具体涉及一种用于控制主动磁悬浮轴承系统的控制器及其控制方法。

背景技术

主动磁悬浮轴承是一种通过电磁力将转子悬浮，以实现转子与定子之间无机械接触的轴承系统。主动磁悬浮轴承具有摩擦极低、无需润滑、免维护、可主动控制转子动力学特性等优点。主动磁悬浮轴承在高速、超高速电机等领域具有广泛的应用前景。

主动磁悬浮轴承系统是一个典型的机电一体化的系统，该系统是一个具有较高非线性和较强耦合作用的复杂系统。在设计控制器时，通常根据其在平衡点附近的线性化模型设计位移-电流双闭环的线性控制器，但线性化模型只在平衡点附近范围内有效，由此设计的控制器未能计及系统内部未建模的非线性因素以及外部扰动，因此传统的控制器具有一定的局限性和较差的鲁棒性，从而影响主动磁悬浮轴承的稳定性和控制精度等。

发明内容

发明目的：针对现有技术上存在的不足，本发明的目的是在于提供一种主动磁悬浮轴承的控制方法，在保持原有控制硬件不变的条件下，获取更高的控制精度、系统的稳定性和鲁棒性，易于推广使用。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于控制主动磁悬浮轴承系统的控制器，包括位移传感器、锁相环、转子位置控制器、神经网络调节器、第一电流调节器和第二电流调节器，其中，转子位置控制器为滑模控制器，位移传感器用于采集一对主动磁悬浮轴承中转子位移信号测量值x_s，并将转子位移信号测量值x_s输入至锁相环，锁相环计算得到的转子位移信号计算值和转子速度信号计算值反馈到转子位移控制器中，获得电磁力F_smc；另外，转子位移信号计算值和转子速度信号计算值以及滑模变量s输入到神经网络调节器，计算得到补偿力F_Δ；F_smc与F_Δ之和作为将转子控制到平衡位置时所需要的电磁力F_ref，然后计算出一对主动磁悬浮轴承所需要的参考电流i_1ref，i_2ref；参考电流i_1ref和i_2ref分别输入第一电流调节器和第二电流调节器中，用于分别控制一对主动磁悬浮轴承中的两个线圈中的电流，从而达到控制转子位置保持在平衡位置的目的。

可选的，神经网络调节器为单层神经网络调节器。

本发明还提供了一种采用上述控制器控制主动磁悬浮轴承系统的控制方法，包括以下步骤：

(1)通过位移传感器检测转子位移信号测量值x_s；

(2)将转子位移信号测量值x_s输入到锁相环，计算得到转子位移信号计算值和转子速度信号计算值

(3)将转子位移信号计算值和转子速度信号计算值反馈到转子位置控制器中，通过转子位置控制器的调节获得所需电磁力F_smc；