[发明专利]一种三自由度混合磁轴承转子位移自检测方法

说明书

本发明公开一种三自由度混合磁轴承转子位移自检测方法，属于高速及超高速电机传动领域，本发明是利用混合核函数支持向量机位移预测模型实现三自由度交直流混合磁轴承位移自检测的方法，以磁轴承控制电流为输入样本，径向和轴向位移为输出样本，采集样本数据，选用混合核函数，通过粒子群算法优化支持向量机性能参数，利用训练样本和性能参数训练最小二乘支持向量机，建立非线性预测模型，将预测模型串接到三自由度交直流混合磁轴承之前，与线性闭环控制器相连，加上扩展的电流滞环三相功率逆变器和开关功率放大器共同构成磁轴承位移闭环控制，实现三自由度交流混合磁轴承无位移传感器自检测。

技术领域

本发明属于高速及超高速电机传动领域，具体是一种三自由度混合磁轴承转子位移自检测方法，在航空航天、真空技术、机械工业及能源交通等领域具有广泛的应用前景。

背景技术

磁轴承是利用磁场力将转子无接触地悬浮在空中，并且悬浮位置可以由控制系统控制。与传统轴承相比，磁轴承具备了无摩擦磨损、无需润滑、转速高、精度高、寿命长等许多突出优点，特别是在高速机床主轴系统中，主轴的支承方式在很大程度上决定了机床所能达到的切削速度、加工精度和应用范围，将磁轴承应用于高速机床主轴的支承中，为高速机床主轴技术水平的提高创造了有利条件。

磁轴承中位移传感器的存在，会占用空间、增加系统成本、降低系统的动态性能，并不适用于高速高精场合，且由于结构的限制，传感器不能装在磁轴承的中间，使系统的控制方程相互耦合，控制器设计较为复杂，为此，磁轴承自检测技术的研究就十分必要。目前常用的自检测技术主要包括高频信号注入法、PWM载波分析法、差动变压器法、卡尔曼滤波器法等。但这些方法都是基于磁轴承数学模型的基础上完成的，由于交流混合磁轴承的本质非线性和参数不稳定性，难以建立转子位移的准确计算模型。近年来，由Vapnik等人创立的支持向量机(support vector machine，SVM)以其特有的表达任意非线性映射能力，专门针对小样本情况，能根据有限的样本信息在得到当前的全局最优解，其训练速度快、拓扑结构固定、泛化能力强，能较好地解决非线性、高维数、局部极小等问题，给转子位移的准确预测带来了新的可能性。

中国专利公开号为CN103631138A的文献中公开了三自由度混合磁轴承混合核函数支持向量机位移检测方法，针对混合磁轴承的本质非线性和参数不稳定性，难以建立转子位移的准确计算模型的特点，利用混合核函数支持向量机建立交磁轴承位移与电流之间的非线性预测模型，既可实现三自由度交直流混合磁轴承无位移传感器的自检测，又克服现有的几种常用磁轴承自检测技术方法的不足，但是在支持向量机预测模型力使用粒子群算法仍存在过学习，易陷入局部最优和收敛速度慢的问题，导致得不到最优的核函数性能参数，从而得到磁轴承混合核函数支持向量机位移预测模型不够准确。

发明内容

为了解决粒子群算法存在的过学习，易陷入局部最优和收敛速度慢的问题，本发明提出一种三自由度混合磁轴承转子位移自检测方法，对混合核函数支持向量机位移预测模型中的粒子群算法进行优化。

本发明是这样实现的：

一种三自由度混合磁轴承转子位移自检测方法，其特征在于，所述的方法为：

步骤一、以磁轴承控制电流为输入样本，径向和轴向位移为输出样本，采集样本数据；

步骤二、选用混合核函数，通过粒子群算法优化支持向量机性能参数，利用训练样本和性能参数训练最小二乘支持向量机，建立非线性预测模型；

步骤三、将预测模型串与线性闭环控制器相连，加上扩展的电流滞环三相功率逆变器和开关功率放大器共同构成磁轴承位移闭环控制，实现三自由度交流混合磁轴承无位移传感器自检测。