本發(fā)明涉及無軸承電機控制,尤其涉及一種基于偏心補償?shù)臒o軸承電機三環(huán)懸浮控制方法。
背景技術(shù):
1、軸承電機是一種集電機與磁懸浮軸承功能于一體的電機。因其無機械摩擦、無需潤滑,廣泛應用于航空航天、半導體制造與生命科學等領域。然而,無軸承電機轉(zhuǎn)子徑向位移容易發(fā)生振蕩,實現(xiàn)高精度穩(wěn)定懸浮仍存在較大挑戰(zhàn)。
2、無軸承電機轉(zhuǎn)子徑向位移難以控制的根源在于轉(zhuǎn)子偏心帶來的正反饋,而且偏心越大,正反饋越劇烈,這將導致懸浮控制系統(tǒng)更加難以穩(wěn)定。即使懸浮控制系統(tǒng)能夠達到穩(wěn)定,在調(diào)節(jié)過程中轉(zhuǎn)子徑向位移也會出現(xiàn)超調(diào),降低懸浮控制精度。此外,懸浮控制器參數(shù)眾多,且與電機電流、轉(zhuǎn)子徑向位移等變量耦合嚴重,因此參數(shù)設計較為復雜。若選取了不合適的控制器參數(shù),可能會導致徑向位移波動增加,甚至懸浮控制系統(tǒng)失穩(wěn)。
3、因此,如何在保障無軸承電機轉(zhuǎn)子無超調(diào)與振蕩地運動到給定位置的同時,還能夠降低懸浮控制器參數(shù)設計難度,成為了需要研究的課題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的實施例提供一種基于偏心補償?shù)臒o軸承電機三環(huán)懸浮控制方法,本發(fā)明所提出的一種考慮偏心補償?shù)臒o軸承電機三環(huán)懸浮控制方法,在傳統(tǒng)位移電流雙環(huán)懸浮控制的基礎上(目前的無軸承電機的懸浮控制部分都是采用位移電流雙環(huán)控制的),引入了偏心補償控制與徑向速度控制。
2、為達到上述目的,本發(fā)明的實施例采用如下技術(shù)方案:
3、s1、通過所述無軸承電機中安裝的位移傳感器采樣得到徑向位移采樣信號xsn。徑向位移給定信號x*減去xsn后,將得到的徑向位移誤差信號向徑向位移控制器apr傳輸,apr輸出徑向速度給定信號vx*;
4、s2、根據(jù)xsn和位移傳感器增益ksn,獲取實際徑向速度信號vx;
5、s3、vx*減去vx,將得到的徑向速度誤差信號向徑向速度控制器asr傳輸,得到未補償前的懸浮力給定信號;
6、s4、asr的輸出結(jié)果,即未補償前的懸浮力給定信號,減去偏心補償控制器的輸出結(jié)果,獲取懸浮力給定信號fx*;
7、s5、fx*經(jīng)過數(shù)學模型計算,可以得到無軸承電機的懸浮電流給定值ix*。
8、本發(fā)明實施例提供的基于偏心補償?shù)臒o軸承電機三環(huán)懸浮控制方法,針對無軸承電機轉(zhuǎn)子容易發(fā)生振蕩,難以穩(wěn)定懸浮的問題,引入了偏心補償,可以抑制由轉(zhuǎn)子偏心產(chǎn)生的正反饋。針對徑向位移調(diào)節(jié)過程中超調(diào)較大的問題,在傳統(tǒng)位移電流雙環(huán)懸浮控制的基礎上,引入徑向速度環(huán),可以實現(xiàn)位移誤差為零時,徑向速度給定值與實際徑向速度皆為零,轉(zhuǎn)子因而能夠無超調(diào)與振蕩地運動到給定位置。本發(fā)明通過引入偏心補償與徑向速度控制,能夠?qū)碗s、難以控制的無軸承電機等效為傳統(tǒng)伺服電機,降低了控制器參數(shù)的設計難度,同時提高了懸浮控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
1.一種基于偏心補償?shù)臒o軸承電機三環(huán)懸浮控制方法,其特征在于,包括:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,s2包括:將xsn除以ksn后對時間微分得到vx。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,s4包括:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法,其特征在于,所述偏心補償控制器的傳遞函數(shù)為:kx為力位移系數(shù),ksn為位移傳感器增益,s為復變量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,s5包括:
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法,其特征在于,s5包括:
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,apr采用比例(p)控制算法,asr采用比例-積分(pi)控制算法,所述懸浮電流控制器采用比例-積分(pi)控制算法。