軸向混合磁軸承無模型自適應控制系統及其控制方法
2023-05-07 16:03:26 1
專利名稱：軸向混合磁軸承無模型自適應控制系統及其控制方法
技術領域：
本發明屬於控制技術領域，具體涉及一種非機械接觸的軸向混合磁懸浮軸承。
背景技術：
磁軸承是利用磁場力將轉子懸浮於空間，使其與定子沒有機械接觸的一種支承軸承，具有無摩擦、無磨損、無需潤滑和密封，高速度、高精度及壽命長等優點。軸向混合磁軸承是一種由控制線圈產生控制磁通、由永磁體產生偏置磁通，從而使轉子懸浮於空間的磁軸承，具有懸浮力可控、精度高、剛度可調、功耗低、成本低、空間散熱性好等優點。目前，磁軸承多採用PID控制器進行控制，但PID控制器過分依賴控制對象的模型參數，魯棒性較差。由於軸向混合磁軸承的數學模型隨磁飽和、轉子偏心位移、轉速和負載等參數的變化而隨時變化，因此建立軸向混合磁軸承精確的數學模型會使得控制算法極其複雜，且會導致控制系統的響應變慢。無模型自適應控制器就是一種不依賴於被控對象數學模型的控制器，僅採用被控對象的輸入輸出數據，通過建立泛模型(一種線性化模型)，構造控制輸入準則函數和參數估計準則函數，根據優化思想得到控制律和構建實際位置估計器，從而實現非線性系統的無模型自適應控制。該無模型自適應控制器的控制方法採用邊建模邊控制的方式，在得到新的觀測數據後，再建模再控制，使每次得到的泛模型逐漸精確，從而使控制器的性能也隨之得到改善。如果採用無模型自適應控制器對軸向混合磁軸承進行控制，可以更好地實現系統的快速響應，且具有更強的自適應能力與魯棒性。但是無模型自適應控制器所針對的控制對象一般指被控對象本體，而對於軸向混合磁軸承而言，除了本身結構參數的變化影響其數學模型之外，其驅動模塊和位移採樣模塊等參數變化對數學模型也會產生巨大影響。因此，僅根據軸向混合磁軸承本體的輸入輸出數據來構建控制系統不足以實現對軸向混合磁軸承的更好控制，且得到的控制律和構建的實際位置估計器也不能很好地實現預期效果。
發明內容
本發明的目的是針對現有軸向混合磁軸承控制存在的問題，將凡是能引起軸向混合磁軸承控制系統的數學模型變化的情況全部考慮在內，從而提出一種具有更好的魯棒性、抗幹擾性、適應性和控制精度的軸向混合磁軸承無模型自適應控制系統；本發明同時還提出該軸向混合磁軸承無模型自適應控制系統的控制方法，無需被控對象的數學模型，將整體控制模型作為複合被控對象，解決建立數學模型困難的問題，實現精密控制。本發明軸向混合磁軸承無模型自適應控制系統採用的技術方案是:所述軸向混合磁軸承無模型自適應控制系統是由無模型自適應控制器、軸向混合磁軸承系統控制模型、泛模型和實際位置估計器構成的閉環控制系統，軸向混合磁軸承系統控制模型由力/電流變換、功率放大模塊、軸向混合磁軸承、位移傳感器和位移接口電路依次串聯構成；軸向混合磁軸承系統控制模型的輸入數據為無模型自適應控制器的輸出控制量/C，軸向混合磁軸承系統控制模型的輸出數據是轉子位移輸出信號Z;軸向混合磁軸承系統控制模型的輸入與輸出均為泛模型和實際位置估計器的輸入，泛模型的輸出也為實際位置估計器的輸入，實際位置估計器的輸出既反饋給泛模型又反饋給無模型自適應控制器。本發明軸向混合磁軸承無模型自適應控制系統的控制方法採用的技術方案是:先採用電渦流位移傳感器檢測軸向混合磁軸承的軸向位置，檢測出的軸向位移信號通過位移接口電路處理，輸出調製後的轉子位移輸出信號A與給定的轉子參考位置信號科進行比較，得到轉子位移偏差e:再將轉子位移偏差e作為無模型自適應控制器的輸入變量，依據無模型自適應控制器的控制律調整無模型自適應控制器的輸出控制量/T ;所述無模型自適應控制器的控制律是:
權利要求
1.一種軸向混合磁軸承無模型自適應控制系統，其特徵是:所述軸向混合磁軸承無模型自適應控制系統是由無模型自適應控制器(a)、軸向混合磁軸承系統控制模型(/O、泛模型(c)和實際位置估計器(V)構成的閉環控制系統，軸向混合磁軸承系統控制模型O)由力/電流變換(Al)、功率放大模塊02)、軸向混合磁軸承(M)、位移傳感器04)和位移接口電路(65)依次串聯構成；軸向混合磁軸承系統控制模型Qd)的輸入數據為無模型自適應控制器Ca)的輸出控制量/C，軸向混合磁軸承系統控制模型㈧的輸出數據是轉子位移輸出信號^ ;軸向混合磁軸承系統控制模型(幻的輸入與輸出均為泛模型(C)和實際位置估計器U)的輸入，泛模型(C)的輸出也為實際位置估計器(V)的輸入，實際位置估計器(V)的輸出既反饋給泛模型(c)又反饋給無模型自適應控制器UX
2.一種如權利要求1所述軸向混合磁軸承無模型自適應控制系統的控制方法，採用電渦流位移傳感器(64)檢測軸向混合磁軸承03)的軸向位置，檢測出的軸向位移信號通過位移接口電路(65)處理，輸出轉子位移輸出信號&與給定的轉子參考位置信號進行比較，得到轉子位移偏差e，其特徵是還具有以下步驟: (1)將轉子位移偏差e作為無模型自適應控制器U)的輸入變量，依據無模型自適應控制器Ca)的控制律調整無模型自適應控制器Ca)的輸出控制量; 所述無模型自適應控制器00的控制律是:
全文摘要
本發明公開一種軸向混合磁軸承無模型自適應控制系統及其控制方法，由無模型自適應控制器、軸向混合磁軸承系統控制模型、泛模型和實際位置估計器連接構成閉環控制系統，軸向混合磁軸承系統控制模型由力/電流變換、功率放大模塊、軸向混合磁軸承、位移傳感器和位移接口電路依次串聯構成；將轉子位移偏差作為無模型自適應控制器的輸入變量，依據無模型自適應控制器的控制律調整其輸出控制量，將軸向混合磁軸承控制模型的輸入、輸出及泛模型的輸出作為實際位置估計器的輸入，估計出的偽偏導數作為實際位置估計器的輸出，將偽偏導數反饋給泛模型也反饋給無模型自適應控制器；無需構建複雜的非線性數學模型，可以更好地實現快速響應，計算量小。
文檔編號G05B13/04GK103116281SQ20131001633
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月17日 優先權日2013年1月17日
發明者張維煜, 曹莉, 朱熀秋 申請人:江蘇大學