[发明专利]径向混合磁轴承的线性自抗扰控制器消除扰动方法

说明书

本发明公开了径向混合磁轴承的线性自抗扰控制器消除扰动方法，对六极混合磁轴承建立悬浮力数学模型，通过线性扩张状态观测器对六极混合磁轴承的转子位移进行观测，得到位移估计值，将给定位移与位移估计值作差得位移误差，然后通过线性状态误差反馈律计算转子所需悬浮电流值，通过线性扩张状态观测器实时估算由扰动力产生的加速度估计值，基于速度估计值对转子所需悬浮电流值进行扰动补偿，得到扰动补偿后的控制电流，实现消除磁悬浮支承系统扰动力产生的X/Y方向的控制电流扰动，从而消除磁悬浮轴承控制系统扰动产生的控制电流扰动，提高磁悬浮轴承控制系统的抗扰性和鲁棒性。

技术领域

本发明涉及径向混合磁轴承的线性自抗扰控制器消除扰动方法，属于磁悬浮轴承的控制技术领域。

背景技术

磁悬浮轴承利用通电线圈或永磁体产生电磁力将转子悬浮于空中，使定子和转子之间没有任何机械接触，其从根本上改变了传统轴承的支承形式，具有无摩擦、无磨损、无污染、高速度、高精度、高效率、噪声小和寿命长等一系列优点，特别适用于高速电机、飞轮储能、航空航天、生命科学等领域。在磁悬浮轴承系统中，需要实时检测转子的位置变化，从而对转子运动状态进行控制，使其稳定运行在平衡位置。磁悬浮轴承由于依靠电磁力实现转子的稳定悬浮，更加容易受到外界的干扰，磁悬浮轴承控制器的优劣关系着磁悬浮支承系统整体性能，因而对磁悬浮轴承控制器进行改进是提高磁悬浮轴承性能的一个非常重要的手段。

迄今为止，已经有大量的控制算法被尝试用在磁悬浮轴承控制系统中，包括运用广泛的PID控制、神经网络等控制方法。PID控制的特点是方法简单明了，对系统模型要求不严格，但存在参数调节过程繁琐且抗干扰性较差的问题，不能适应越来越高的精度要求与稳定性要求，随着磁悬浮技术与控制理论的发展，人们开始把PID与其他智能控制算法相结合从而设计出新的控制器，如模糊PID,自适应PID等。神经网络系统具有自学习和自适应能力，但它需要和其他算法相结合，同时这种控制方式需要预先对样本进行训练，计算量大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术控制对象的特点和现有控制方法对磁轴承抗干扰性较差的缺陷，提供径向混合磁轴承的线性自抗扰控制器消除扰动方法，实现六极混合磁轴承径向两个自由度的精确控制，克服系统参数摄动、建模误差、扰动及负载变化带来的控制性能下降问题，使磁悬浮轴承控制系统具有优良的抗干扰性和鲁棒性。

为达到上述目的，本发明提供径向混合磁轴承的线性自抗扰控制器消除扰动方法，利用构建的X方向线性自抗扰控制器消除磁悬浮支承系统扰动力产生的控制电流扰动，通过以下步骤实现：

构建的X方向线性自抗扰控制器包括构造的线性扩张状态观测器、线性状态误差反馈律和扰动补偿，

利用线性扩张状态观测器对六极混合磁轴承的转子位移x进行实时观测，得到位移估计值g₁；将预先设定的给定位移x^*与位移估计值g₁作差，得到位移误差e；

将位移误差e输入线性状态误差反馈律，计算输出转子所需悬浮电流值i₀；

线性扩张状态观测器实时估算由磁悬浮支承系统扰动力产生的加速度估计值g₃；

基于速度估计值g₃对转子所需悬浮电流值i₀进行扰动补偿，得到扰动补偿后的控制电流，实现消除磁悬浮支承系统扰动力产生的X方向的控制电流扰动，扰动补偿后的X方向的磁悬浮支承系统的表达式为：