[发明专利]径向六极主动磁轴承的改进无模型控制系统及控制方法

说明书

本发明公开一种径向六极主动磁轴承的改进无模型控制系统及控制方法，径向六极主动磁轴承的输出端分别连接第一个、第二改进泛模型以及径向方向位移传感器，第一个改进泛模型和第二个改进泛模型的输出端均连接于径向方向位移传感器的输入端，径向方向位移传感器的输出端连接上位机运算模块，第一个、第二个改进泛模型计算出泛模型位移，第一个、第二个改进无模型控制器同时计算得到径向悬浮力，改进的无模型控制器在利用当前数据的同时，也使用了系统的历史数据，不仅能提高辨识的收敛性，也提高无模型控制率的精度和数据的准确性，改进泛模型加入了新的参数，克服系统采集到的坏数据对控制器输出结果的影响，提高了泛模型的输出精度。

技术领域

本发明属于高速及超高速电气传动领域，涉及磁悬浮轴承的控制技术，具体是一种主动磁轴承的控制系统，适用于航空航天、真空技术、机械工业及能源交通等领域。

背景技术

磁悬浮轴承(称磁轴承)是利用线圈中的电流或者永磁体产生电磁力，使转子悬浮于空间中，实现转子和定子之间没有任何机械接触的一种新型高性能轴承。目前磁轴承多采用PID控制器进行控制，但PID控制器过分依赖控制对象的模型参数，鲁棒性较差，很难满足系统精密控制的要求。对于较为复杂的控制系统，事先去实现复杂模型的建模是较为困难的。目前处理控制非线性系统，常用的解决方法是将非线性系统线性化，将非线性系统控制问题变为线性系统的控制问题。线性化方法如泰勒展开线性化，虽然能够将非线性化变为线性化，但是会对控制过程造成其他影响，将非线性转线性后会导致时变的线性部分和高阶忽略项。

无模型控制的基本思想是将一般离散化时间非线性系统采用动态线性化方法折现化，并仅用被控对象输入与输出的数据，结合系统的控制输入进行在线迭代辨识，实现控制系统的结构和参数的一体化辨识与控制。测控技术2017年第36卷第2期出版的文献《轴向主动磁轴承的无模型控制》中利用无模型控制方法控制轴向主动磁轴承，仿真和实验结果表明，此控制方法较PID控制器控制效果较好，但其不使用磁轴承系统的历史数据，辨识的收敛性和收敛速度差。

发明内容

本发明的目的是改进现有技术的不足而提供了一种径向六极主动磁轴承的改进无模型控制系统及其控制方法，充分利用了磁轴承系统历史数据，提高无模型控制器的精度和辨识的收敛性及收敛速度。

本发明一种径向六极主动磁轴承的改进无模型控制系统采用的技术方案是：包括依次串联的径向力电流变换模块、Clark逆变换模块和电压源逆变器，电压源逆变器的输出端连接径向六极主动磁轴承的输入端，径向六极主动磁轴承输出的是t时刻转子在x，y方向的径向位移x(t)，y(t)，径向六极主动磁轴承的输出端分别连接第一个改进泛模型、第二个改进泛模型以及径向方向位移传感器，径向位移x(t)，y(t)为径向方向位移传感器的第一个和第二输入量，径向位移x(t)为第一个改进泛模型的第一个输入量，径向位移y(t)为第二个改进泛模型的第一个输入量，第一个改进泛模型输出的是x方向t时刻泛模型位移X(t)，第二个改进泛模型输出的是y方向t时刻泛模型位移Y(t)。第一个改进泛模型和第二个改进泛模型的输出端均连接于径向方向位移传感器的输入端，泛模型位移X(t)，Y(t)为径向方向位移传感器的第三个和第四个输入量，径向方向位移传感器的输出端连接上位机运算模块，上位机运算模块输出的是x，y方向的检测位移x′(t)，y′(t)，检测位移x′(t)，y′(t)与x，y方向的参考位移信号x^*、y^*对应地比较得到位移偏差值Δu(t)，Δu′(t)，位移偏差值Δu(t)为第一个改进泛模型的第二个输入量，位移偏差值Δu′(t)为第二个改进泛模型的第二个输入量。

本发明一种径向六极主动磁轴承的改进无模型控制系统的控制方法采用的技术方案是：包括以下步骤：

步骤A：径向位移x(t)，y(t)输入到对应的第一改进泛模型和第一改进泛模型中，第一改进泛模型和第二改进泛模型计算出泛模型位移X(t)，Y(t)；