[发明专利]一种基于分数阶模型的主动磁轴承控制方法

摘要

本发明提供一种基于分数阶模型的主动磁轴承控制方法，涉及轴承控制技术领域。该方法在有限元分析的建立的磁悬浮轴承系统整数阶模型上采用闭环频域辨识的方法建立磁悬浮轴承系统的分数阶模型，并通过非线性最小二乘法得到基于确定结构下的最优模型；设计的分数阶PID控制器通过量子粒子群算法来得到分数阶参数的全局最优解，并利用oustaloup滤波器近似法来对分数阶微积分算子在所选频段内的有理近似，实现分数阶PID控制器的设计；最后基于分数阶PID控制器使磁悬浮轴承稳定悬浮。本发明方法能够明显改善涡流及磁滞损耗导致驱动电流与电磁力之间相位滞后对控制系统的影响，实现对磁悬浮轴承系统稳定、快速、精确的控制。

主权项

1.一种基于分数阶模型的主动磁轴承控制方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤1、通过有限元分析方法建立磁悬浮轴承系统的整数阶模型；/n所述磁悬浮轴承系统的整数阶模型包括磁悬浮轴承模型、功率放大器和位置传感器；/n所述功率放大器和位移传感器在磁悬浮轴承系统整数阶模型中的传递函数用比例环节的比例系数来描述；/n步骤2、基于磁悬浮轴承系统的整数阶模型设计PID控制器，使磁悬浮轴承稳定悬浮；/n根据磁悬浮轴承系统的整数阶模型整定PID控制器的各项参数，在数值仿真软件中进行五自由度整数阶模型的仿真，并以此为基础设计PID控制器，使磁悬浮轴承系统中的转子稳定悬浮；/n步骤3、对磁悬浮轴承系统进行闭环频域辨识，从而得到磁悬浮轴承系统的频率响应；/n步骤4、根据磁悬浮轴承的整数阶模型构建磁悬浮轴承系统的分数阶模型结构；/n步骤5、通过非线性最小二乘法确定磁悬浮轴承系统的最优分数阶模型；/n步骤5.1、构建磁悬浮轴承系统频率响应与分数阶模型间的频响误差，将频响误差的平方和作为优化指标；/n步骤5.2、运用非线性最小二乘法调整磁悬浮轴承系统的分数阶模型参数值来使优化指标Φ达到最小，此时的分数阶模型即为最优模型；/n步骤6、基于量子粒子群算法以及磁悬浮轴承系统的最优分数阶模型进行分数阶PID控制器的参数整定，得到分数阶PID的最优参数，设计分数阶PID控制器；/n步骤7、基于oustaloup近似法实现分数阶PID控制器的最终设计；/n步骤8、基于分数阶PID控制器使磁悬浮轴承稳定悬浮；/n以位移传感器的输出和参考位移作为分数阶PID控制器的输入，分数阶PID控制器的输出经过功率放大器对磁悬浮轴承电磁铁的电流进行控制，从而实现磁悬浮轴承的稳定悬浮。/n