轴向分相磁悬浮飞轮转子陀螺效应抑制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108846201A(43)申请公布日2018.11.20(21)申请号201810605150.3(22)申请日2018.06.12(71)申请人南京工程学院地址211167江苏省南京市江宁科学园弘景大道1号(72)发明人朱志莹孙玉坤郭旋朱金任元(74)专利代理机构南京正联知识产权代理有限公司32243代理人王素琴(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)H02N15/00(2006.01)权利要求书3页说明书9页附图1页(54)发明名称轴向分相磁悬浮飞轮转子陀螺效应抑制方法(57)摘要本发明提供一种轴向分相磁悬浮飞轮转子陀螺效应抑制方法，属于磁悬浮传动技术领域。首先基于平动和转动坐标系构建轴向分相磁悬浮转子动力学模型，进而采用分散控制实现平动模态与转动模态解耦，再基于逆系统解耦的集中控制实现章动模态与进动模态解耦，最后对解耦后的非线性系统通过鲁棒伺服调节器和动态补偿器进行系统闭环综合。本发明将分散控制和集中控制相结合，完成基于模态解耦的磁悬浮飞轮转子陀螺效应抑制算法，能够简化控制算法，同时提高控制精度和鲁棒性。CN108846201ACN108846201A权利要求书1/3页1.一种轴向分相磁悬浮飞轮转子陀螺效应抑制方法，其特征在于：包括以下步骤，S1、基于平动和转动坐标系构建轴向分相磁悬浮飞轮转子动力学模型；S2、采用分散控制实现平动模态与转动模态解耦；S3、基于逆系统解耦的集中控制实现章动模态与进动模态解耦；S4、对解耦后的非线性系统通过鲁棒伺服调节器和动态补偿器进行系统闭环综合。2.如权利要求1所述的轴向分相磁悬浮飞轮转子陀螺效应抑制方法，其特征在于：步骤S1中，构建包含陀螺力矩项的飞轮转子动力学模型，具体为，根据牛顿力学，得到磁悬浮转子的动力学模型用矩阵表示如下：其中，M为平动质量与转动惯量组成的对角矩阵M＝diag(mJymJx)；q为质心处转子平动位移与转动角组成的向量q＝[xβy-α]T，为其一阶导数和二阶导数；G为陀螺力矩T系数矩阵，F为电磁悬浮力与力矩组成的向量F＝[fxpyfy-px]，ΔF为T外界干扰力和干扰力矩组成的向量ΔF＝[ΔfxΔpyΔfy-Δpx]。3.如权利要求1所述的轴向分相磁悬浮飞轮转子陀螺效应抑制方法，其特征在于：步骤S2具体为，步骤S21、将位移传感器检测到的转子径向位移信号变换到转子质心处，坐标变换矩阵A为：步骤S22、对平动模态与转动模态分别采用控制器，得到质心坐标系下的控制电流信号{ix,iy,iα,iβ}；步骤S23、采用坐标变换矩阵B，将质心坐标系的坐标转化为电机A相和B相坐标系下的坐标，即将转子质心处的控制信号转化为电机A相和B相悬浮绕组的控制信号：步骤S24、采用负刚度补偿器产生补偿信号式(8)，将其与电机悬浮力控制信号叠加，驱动悬浮绕组功率放大器(PWM放大器)产生电流；2CN108846201A权利要求书2/3页其中，Δibx为电机B相x轴方向悬浮绕组补偿电流信号，Δiay为电机A相y轴方向悬浮绕组补偿电流信号；Δkhx为电机A相和B相x轴方向的位移刚度差Δkhx＝khax-khbx，Δkhy为电机A相和B相y轴方向的位移刚度差Δkhy＝khay-khby；通过不对称的负刚度补偿，对象被描述为：。4.如权利要求3所述的轴向分相磁悬浮飞轮转子陀螺效应抑制方法，其特征在于：步骤S3具体为，S31、基于逆系统方法构建章动与进动模态模型的动态逆系统；构建章动与进动模态的动态逆系统，包含静态逆模型与两个积分环节1/s，其中静态逆模型的输入为输出为{iα,iβ}，其用于描述系统内部静态特性，积分环节1/s用于描述系统动态特性；S32、将动态逆系统与磁悬浮飞轮转子系统串联，构造伪线性复合系统，实现章动模态与进动模态解耦控制。5.根据权利要求4所述的轴向分相磁悬浮飞轮电机转子陀螺效应抑制方法，其特征在于，步骤S32中，动态逆系统、坐标变换矩阵B、负刚度补偿、PWM放大器、轴向分相磁悬浮飞轮转子、坐标变换矩阵A依次串联，构建伪线性复合系统，实现章动模态和进动模态解耦，解耦2后的伪线性子系统可以等效为两个二阶积分子系统，其传递函数为Gp(s)＝1/s。6.根据权利要求5所述的轴向分相磁悬浮飞轮电机转子陀螺效应抑制方法，其特征在于，步骤S32中，动态逆系统的输出{iα,iβ}经过动态补偿器Gc(s)进行滤波，以克服带宽、延时与信号噪声对章动模态控制效果的影响；平动模态控制器与动态补偿器的输出按照式(7)进行矩阵变换，形成A/B相坐标系下驱动电流给定信号其中与式(8)的负刚度补偿信号叠加，进而形成PWM放大器驱动控制信号再产生实际控制电流{iax,ibx,iay,iby}。7.根据权利要求1-6