[发明专利]一种磁悬浮转子交叉反馈完全解耦控制方法

权利要求书

1.一种磁悬浮转子交叉反馈完全解耦控制方法，其特征在于：根据磁悬浮转子偏转两自由度交叉强耦合效应，利用交叉反馈控制能够实现磁悬浮转子偏转自由度的完全解耦，实现了控制器的灵活选用，通过调节交叉反馈量，实现磁悬浮转子全转速范围的完全解耦，具体包括以下步骤：

(1)建立磁悬浮转子偏转动力学模型，

在传统磁悬浮转子分散控制系统中，磁悬浮转子偏转动力学控制模型可以表示为：

其中，J_x，J_y，J_z分别是各自轴的转动惯量，Ω表示转子转速，和表示转子在惯性空间偏转两自由度的角速度，和表示转子在惯性空间偏转两自由度的角加速度，k_t表示洛伦兹力磁轴承的扭转刚度，i_x和i_y表示各自轴的控制电流，G_a表示控制系统的功率放大器，g_c表示传统的控制器；

(2)求解磁悬浮转子偏转通道的传递函数，

通过拉普拉斯变换，结合控制器传递函数和功率放大器的传递函数，求得磁悬浮转子偏转通道的传递函数可以表示为：

其中，A^-1表示矩阵A的逆矩阵，J_x表示转子在X轴的转动惯量，J_y表示转子在Y轴的转动惯量，并且J_x＝J_x，Ω表示转子转速，s表示拉普拉斯算子，k_t(s)表示洛伦兹力磁轴承扭转刚度的传递函数，g_c(s)表示控制器的传递函数，G_a(s)表示功率放大器的传递函数，I_x(s)和I_y(s)表示磁悬浮转子X轴和Y轴控制电流的传递函数；

(3)设计磁悬浮转子交叉控制量

根据磁悬浮转子偏转通道建立的传递函数，设计磁悬浮转子偏转通道控制器和反馈控制器矩阵如下式表示：

其中，G_c(s)表示磁悬浮转子偏转通道的总控制量，g_c表示偏转通道控制器，g_d表示反馈控制器。

(4)求解反馈控制器

根据建立的总的控制量，得到磁悬浮转子偏转自由度的控制系统可以表示为：

若要实现磁悬浮转子偏转自由度的完全解耦，需要满足是对角矩阵，根据这一必要条件求得反馈控制器满足下式：

通过上式求得交叉反馈控制器，根据上式可知，交叉反馈控制器可以看成转子控制器g_c和的乘积，通过求解反馈控制器可知，该发明方法能够实现完全解耦，不会受控制器g_c的影响，所以可以通过灵活地选用控制器g_c，然后确定反馈控制器，就能够实现磁悬浮转子偏转自由度的完全解耦控制。

2.根据权利要求1所述一种磁悬浮转子交叉反馈完全解耦控制方法，其特征在于：采用交叉反馈控制能够实现磁悬浮转子偏转自由度完全解耦控制，通过实时调节反馈控制量能够实现磁悬浮转子全转速方位内的完全解耦。

3.根据权利要求1所述一种磁悬浮转子交叉反馈完全解耦控制方法，其特征在于：采用本发明方法实现磁悬浮转子偏转自由度的完全解耦不受控制器的影响，只要保证系统的稳定性，可以灵活的选用控制器，实现了磁悬浮转子偏转控制器的灵活选择。