CN111177943B - 一种转子不平衡系数变角度迭代搜寻的不平衡补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转子不平衡系数变角度迭代搜寻的不平衡补偿方法，包括振动信号处理、变角度补偿算法搜寻辨识系数和补偿电流计算：振动信号处理模块依据转子振动信息、转子旋转角度信息以及转速信息，计算转子不平衡振动信号幅值；变角度补偿算法搜寻辨识系数是以转子不平衡振动信号幅值为判断依据，通过变角度迭代搜寻方法反复辨识优化不平衡系数，迭代出一组使不平衡振动幅值降到最小的不平衡系数；补偿电流计算依据不平衡系数计算相应的补偿电流，输入到电磁线圈中对转子不平衡振动进行抑制。本发明可用于带有主动控制单元的主动转子系统，实现对主动转子系统的不平衡在线补偿，实现整个转速范围内加减速运行过程中的不平衡振动进行抑制。

Description

一种转子不平衡系数变角度迭代搜寻的不平衡补偿方法

技术领域

本发明涉及了一种用于主动转子系统中的补偿方法，尤其是涉及了一种转子不平衡系数变角度迭代搜寻的不平衡补偿方法。

背景技术

随着主动电磁轴承(Active Magnetic Bearing,AMB)技术日益成熟，AMB已被广泛应用于压缩机、飞轮储能和分子泵等高速旋转机械领域。在AMB高速旋转机械的转子系统中，由于加工误差和材质不均等因素会导致转子的形心与质心不重合。在转子旋转过程中，这种不重合会给转子系统引入同频的不平衡激励力，激发转子系统的振动，严重时会导致转子无法正常工作。因此，抑制AMB转子系统的不平衡振动是保证其高性能运行的必备条件。

AMB转子系统能够给转子施加一个可控外力，从而能够对转子的不平衡振动进行主动控制，这是主动转子系统最重要的优势之一。主动转子系统不平衡的补偿，特别是AMB刚性转子系统的不平衡补偿，已经开展了多年的研究。对于全转速范围内的不平衡补偿，目前主要的方法可以分为两类：一类是对陷波器结构进行改进，比如交叉反馈陷波器和相移陷波器，但对传统陷波器的结构改进存在一定的设计技巧，且要充分考虑改进后的陷波器对系统稳定性的影响。另一类是保持传统陷波器结构不变，引入极性开关。但极性开关的切换瞬间也可能会造成转子系统失控，产生较大的振动冲击。因此在系统整个转速区间内加减速运行的场合，应用效果不佳。

因此，现有技术中缺少一种方法，既能避免对传统陷波器的结构进行改造，又不必引入极性开关，就能通过简单的控制规律实现转子系统在全转速区间内对不平衡振动的抑制。

发明内容

为了克服现有主动转子系统在不平衡振动抑制方面的不足，特别是转子系统需要在整个转速范围内加减速运行时不易实现高精度定位的问题，本发明提供一种转子不平衡系数变角度迭代搜寻的不平衡补偿方法，依据转子系统的实时振动信息，通过变角度迭代搜寻在线辨识转子不平衡系数，对转子系统不平衡主动补偿，实现在整个转速范围内不平衡振动的抑制。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种转子不平衡系数变角度迭代搜寻的不平衡补偿方法，该方法包括一下步骤：

(1)振动信号处理：振动信号处理是依据位移传感器获取的转子振动信息、转子旋转角度信息以及速度传感器获得的转速信息ω，计算转子不平衡振动信号的幅值A(k)；所述位移传感器采用非接触式位移传感器，转子旋转速度及旋转角度检测装置采用编码盘及光电或磁电开关。

(2)变角度补偿算法搜寻辨识系数：以转子振动信息的幅值A(k)作为判断依据，通过变角度迭代搜寻方法反复辨识优化不平衡系数，迭代出一组可以使不平衡振动幅值降到最小的不平衡系数；

所述变角度补偿算法搜寻辨识系数是以一定的步长开始搜寻，选择初始搜寻角度为0°。每一步搜寻后对方向进行判断调整的同时，对搜寻角度也进行判断调整，再继续进行下一步搜寻：

当第k拍的转子系统振动比第k-1拍的振动小，搜寻角度增加Δθ_k；其具体值与A(k-1)/A_obj有关；具体计算如下：

其中，θ_k为当前角度，θ_k-1为上一拍角度，A_obj为设定的振动目标值。本发明在抑制当前转子系统的不平衡振动时，A(k)逐渐逼近A_obj，若要求辨识值与目标值完全相等，A_obj理论上取值为零，不过为避免算法频繁启动导致频繁占用控制系统资源，同时又能保证算法的精度，通常将A_obj取为一个很小的正数。

当第k拍的转子系统振动比第k-1拍的振动大，搜寻角度增大90°。

(3)补偿电流计算：依据最小的不平衡系数计算相应的补偿电流，输入到电磁线圈中对转子的不平衡振动进行抑制。

进一步地，所述步骤(1)具体为：针对转子其中一端A端，在离散采样情况下依据A端x和y方向的转子振动信息(x_A,y_A)获得的A端不平衡振动信号幅值A(k)的具体过程是：

首先，建立垂直于转轴方向的xoy平面坐标系，x和y方向与所述位移传感器采集到的转子振动信号(x_A,y_A)的振动方向对应一致；

然后，依据傅里叶级数计算方法通过以下公式计算获得转子其中一端A端沿x方向和y方向的同频分量中的正弦和余弦分量幅值：

其中，M＝2πN/(ωT)，k为采样周期数，T为采样周期，N为离散积分周期数。ω为转子的旋转角速度，x_A表示转子A端离散采集到的沿x方向的振动信号，y_A表示转子A端离散采集到的沿y方向的振动信号，a_AX表示转子A端离散采集到的沿x方向的振动信号x_A中同频成分的余弦分量，b_AX表示转子A端离散采集到的沿x方向的振动信号x_A中同频成分的正弦分量，a_AY表示转子A端离散采集到的沿y方向的振动信号x_A中同频成分的余弦分量，b_AY表示转子A端离散采集到的沿y方向的振动信号x_A中同频成分的正弦分量；

进一步，再采用以下公式计算获得转子A端x和y方向的振动幅值A_AX和A_AY：

最后，通过以下公式获得转子其中一端A端的振动幅值A(k)为：

其中，A(k)表征了转子其中一端A端振动信号中第k个采样周期时刻的振动幅值。

进一步地，所述不平衡振动信号的频率与转子转速ω对应的频率相同。

进一步地，所述步骤(2)具体为：转子其中一端A端x方向的不平衡系数(α_AX,β_AX)，设置不平衡系数的初始值(α_AX,β_AX)₀，从不平衡系数的初始值开始，采用变角度补偿算法搜寻辨识系数实时调整方向进行搜寻，所述变角度补偿算法搜寻辨识系数是相对于定角度迭代搜寻算法搜寻不平衡系数的改进，变角度补偿算法搜寻辨识系数以幅值A(k)最小为目标，使辨识值接近目标值，最终输出能保证转子一端A端x方向的振动幅值最小的一组不平衡系数(α_AX,β_AX)；A端y方向的振动幅值最小的一组不平衡系数同理可得为(α_AY,β_AY)；并且转子B端的x和y方向的振动幅值最小的一组不平衡系数同理可得为(α_BX,β_BX)、(α_BY,β_BY)。

进一步地，所述一定的步长为A(k)的1％～10％。

进一步地，所述定角度迭代搜寻算法搜寻不平衡系数的方法具体为：以一定的步长开始搜寻，选择一个固定的搜寻角度，每一步搜寻后对方向进行判断调整再继续进行下一步搜寻：

当第k拍的转子系统振动比第k-1拍的振动小，搜寻方向保持不变；

当第k拍的转子振动比第k-1拍的振动大时，搜寻角度增大一定角度，该角度与开始搜寻时选择的固定的搜寻角度一致。

进一步地，所述的变角度补偿算法搜寻辨识系数的方法中，Δθ_k的角度是实时变化的值，是0到360度之间的任意值。

进一步地，定义转子A端和B端x和y方向的不平衡系数为：

其中，α_AX表示转子不平衡系数在转子A端x方向的余弦分量，β_AX表示转子不平衡系数在转子A端x方向的正弦分量，α_BX表示转子不平衡系数在转子B端x方向的余弦分量，β_BX表示转子不平衡系数在转子B端x方向的正弦分量。α_AY表示转子不平衡系数在转子A端y方向的余弦分量，β_AY表示转子不平衡系数在转子A端y方向的正弦分量，α_BY表示转子不平衡系数在转子B端y方向的余弦分量，β_BY表示转子不平衡系数在转子B端y方向的正弦分量。m_e表示转子不平衡质量，ε为不平衡质量在oxy平面上的投影距离，ε_z为不平衡质量在z轴上的投影距离，l_bA和l_bB表示转子A和B两端电磁轴承AMB到转子中心平面的距离，k_i表示AMB的电流刚度系数，φ表示当前转子旋转角度，且满足

所述补偿电流计算是将变角度补偿算法搜寻辨识系数输出的转子两端的不平衡系数代入以下公式计算获得补偿电流：

其中，i_{comp_AX},i_{comp_AY},i_{comp_BX}和i_{comp_BY}分别为转子A端和B端x和y方向的补偿电流。

进一步地，所述转子振动信号(x_A,y_A)中不平衡量的幅值A(k)对应的频率为整数倍转子转速ω对应频率f_i下的幅值A_i(k)时，同样可以采用转子不平衡系数变角度迭代搜寻的不平衡补偿方法对频率为f_i的振动进行补偿控制。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明采用变角度迭代搜寻的不平衡补偿方法对转子不平衡进行辨识，避免了对传统陷波器结构进行改进，也不必考虑极性开关的引入对转子系统稳定性造成的影响。

(2)本发明中的变角度迭代搜寻算法既能保证算法对不平衡振动的辨识精度，相对于定角度迭代搜寻，变角度迭代搜寻又能加快对对不平衡振动的收敛速度。

(3)本发明中的变角度迭代搜寻算法，设计思路简单明了，算法自身程序不复杂且易于编程实现。因此，能够将其搭载于现有成熟的数字信号处理器中正常运行，不用开发新的硬件平台，即可大大降低人力和经济成本，易于批量化生产。

(4)本发明中的变角度迭代搜寻算法自身占用控制系统的资源很小，不会造成数字控制器内存不够用的情况，也不会引起明显的系统滞后。

(5)本发明不仅可以适用于转子系统恒转速运行工况下的不平衡振动控制，也可适用于转子系统在全转速范围内的不平衡振动控制。

(6)如果把不平衡振动的频率及其幅值A(k)变为其它频率及对应的幅值，也可以对其它频率的振动实现主动补偿控制。

(7)本发明最后通过补偿电流计算抑制转子系统的不平衡振动，特别适用于带有主动控制单元的主动转子系统，如AMB转子系统，可以确保转子系统全转速范围内不平衡振动的主动抑制。

附图说明

图1是本发明方法的原理框图。

图2是实施例所用的AMB刚性转子系统不平衡补偿控制系统。

图3是本发明中变角度搜寻法，以定角度和变角度为例，以转子某一端为例的搜寻过程示意图。(另一端相同)。

图4是本发明变角度迭代搜寻算法以转子某一端为例的流程框图。

图5是实施例某AMB刚性转子系统在不同转速下采用变角度搜寻方法前后获得的转子振动大小和搜寻轨迹的仿真图。

图6是实施例某AMB刚性转子系统在不同转速下采用变角度搜寻方法(初始角度为10度)前后获得的转子轴心轨迹、振动大小和搜寻轨迹的实验图。

图7是实施例某AMB刚性转子系统在不同转速下采用变角度搜寻方法(初始角度为30度)前后获得的转子轴心轨迹、振动大小和搜寻轨迹的实验图。

图8为某主动电磁轴承-刚性转子系统在加速运行过程中采用本发明方法前后转子某端某方向上振动响应曲线。

具体实施方式

以下结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细说明。

如图1所示，本发明提出的一种转子不平衡系数变角度迭代搜寻的不平衡补偿方法，包括振动信号处理、变角度补偿算法搜寻辨识系数和补偿电流计算。本发明的不平衡补偿方法可以应用于带有主动控制单元的主动转子系统，例如AMB转子系统，原理上是利用特殊的变角度迭代搜寻的不平衡补偿方法，对转子不平衡系数进行在线辨识，并结合转子系统的转速与转子旋转角度检测装置以及转子系统的动力学模型，实现对主动转子系统的不平衡进行在线补偿，实现在整个转速范围内不平衡振动的抑制。

下面以AMB刚性转子系统为例对一种转子不平衡系数变角度迭代搜寻的不平衡补偿方法进行具体说明。本实施例所用的AMB刚性转子系统如图2所示。

转子的径向由一对永磁轴承支承，转子的位移用位于AMB附近的非接触式的位移传感器来进行测量。

如图2，假设AMB两端A端和B端的中心平面分别为Π_bA和Π_bB，两端位移传感器的中心平面分别为Π_sA和Π_sB。平衡转子的质心为G，且位于转子几何中心线上，过G点做平行于Π_bA和Π_bB的平面Π，Π平面与定子几何中心线交于O点。O点到Π_bA和Π_bB的距离分别为l_bA和l_bB，到Π_sA和Π_sB的距离分别为l_sA和l_sB。

建立Oxyz定子坐标系，其中z轴为旋转轴，x、y和z之间满足右手螺旋坐标系。o_{sA, B}x_sA,By_sA,B和o_bA,Bx_bA,By_bA,B分别为传感器坐标系和磁轴承坐标系。f_AX、f_AY、f_BX和f_BY分别为两个AMB在x及y方向上的电磁力。I₀为偏置电流。因此，转子运动状态可以用G点在x和y方向的平动位移(x,y)和转子绕x和y轴的角位移(θ_x,θ_y)来描述，即G点的广义坐标为q＝[θ_y,x,θ_x,y]^T。[]^T符号表示矩阵的转置。q_b为AMB坐标系下的位移，而实际系统中测量到的位移为传感器坐标系下的位移q_s，利用刚体转子的几何关系，可以得到传感器坐标系、AMB坐标系和广义坐标系q间的关系为：

其中，各变量的解释均已在上文对图2的说明中给出。

考虑到实际的转子是不平衡的，可将其等效为由一个与G点不重合的C点的附加不平衡质量m_e产生。由于m_e远远小于转子的质量，因此，可以认为不平衡转子的质心保持不变，其运动状态依然可用G点的广义坐标q＝[θ_y,x,θ_x,y]^T来描述。定义G点与C点的距离在oxy平面和z轴上的投影为分别为ε和ε_z，为方便分析，认为ε和ox轴间的初始相位角为零。定义G的瞬时旋转角度为φ，则转子稳定运行时满足φ′＝ω。

由转子动力学理论，可以得到轴对称AMB刚性转子系统的动力学方程为：

式中，J_z及J分别为转子绕z轴及绕x/y轴的转动惯量；m为转子质量。

将式(2)用矩阵表示为：

其中，

和

分别为刚性转子系统的广义质量矩阵和陀螺矩阵；

和

分别为转子系统的力臂系数矩阵和系统所受广义不平衡向量；F_AMB＝[f_AX,f_AY,f_BX,f_BY]^T为AMB坐标系下A和B端径向AMB在x和y方向上产生的电磁力向量。

如果将AMB电磁力线性化，则有：

F_AMB＝K_iI_c+K_sq_b (4)

式中，K_s＝diag(k_sxA,k_sxB,k_syA,k_syB)为位移刚度系数向量，K_i＝diag(k_ixA,k_ixB,k_iyA,k_iyB)为电流刚度系数向量，I_c＝(i_xA,i_xB,i_yA,i_yB)为控制电流向量，其具体值由控制策略决定。

根据式(1)、式(3)和式(4)可以得到AMB坐标系下的转子动力学模型：

依据AMB坐标系下的刚性转子系统动力学模型(5)计算补偿电流。具体过程如下：

当转子绕着几何轴旋转时，即q_b＝0。由(5)可得

i_comp＝-F′_u/K_i (6)

其中，F′_u＝F_u/L_f，F′_u为等效不平衡力。

其具体表达式为：

并定义转子A端和B端x和y方向的不平衡系数定义为：

式(8)中的参数在实际系统中的具体值是未知的，因此，本发明能否准确辨识出系数(α_AX、β_AX、α_AY、β_AY)是实现不平衡补偿的关键。

以转子A端为例进行说明，本发明的不平衡补偿方法包括实时并依次进行的振动信号处理、变角度补偿算法搜寻辨识系数和补偿电流计算步骤，具体实施例及其实施过程如下：

1.不平衡振动幅值获取与振动目标值

依据傅里叶级数计算方法，将x和y方向上的转子振动信号展成傅里叶级数形式为：

从而得到与转子转速同频的正余弦分量：

将式(10)离散化，在第k拍采样时刻，计算得到AMB A端x和y方向的正余弦系数a_AX、b_AX、a_AY和b_AY分别为：

其中，M＝2πN/(ωT)，T为采样周期，N为离散积分周期数。

进一步可得到AMB A端x和y方向的不平衡振动幅值A_AX和A_AY分别为：

因此，AMB A端的不平衡振动幅值A(k)为：

A(k)表征了第k时刻AMB A端的不平衡振动程度，如果该值大于设定的振动目标值A_obj，变角度算法启动。理论上A_obj可以为零，但考虑到优化时间过长且实际中并不需要转子不平衡振动完全降为零，故该值常被选为一个相对不平衡量很小的正数。

2.定角度补偿算法的搜寻方法

为了方便阐明变角度补偿算法搜寻辨识系数的思路和优点，先简单介绍定角度补偿算法的搜寻方法。

如图3，以辨识系数(α_AX,β_AX)为例，该组系数从原点(0,0)开始，红色圈M点为目标值，补偿算法以一定的步长R开始搜寻。定角度搜寻路径如绿线所示，选择固定的搜寻角度，以90°为例。如果第k拍的转子系统振动比第k-1拍的振动小，搜寻方向保持不变，当第k拍的转子振动比第k-1拍的振动大时，搜寻角度改变90°。具体过程如下：

初始化：(α_AX,β_AX)₀＝(0,0)，r₀＝R∠90°，90°为初始搜寻角度，R为搜寻步长。

当k＝1，(α_AX,β_AX)₁＝(α_AX,β_AX)₀+r₀，搜寻至A点，判断A_AX(1)≤A_AX(0)？满足条件，则r₁＝r₀+R∠0°，保持该方向；

当k＝2，(α_AX,β_AX)₂＝(α_AX,β_AX)₁+r₁，搜寻至B点，判断A_AX(2)≤A_AX(1)？满足条件，则r₂＝r₁+R∠0°，保持该方向；

当k＝3，(α_AX,β_AX)₃＝(α_AX,β_AX)₂+r₂，搜寻至C点，判断A_AX(3)≤A_AX(2)？不满足条件，则r₃＝r₂+R∠90°，改变方向；

……

当k＝9，(α_AX,β_AX)₉＝(α_AX,β_AX)₈+r₈，搜寻至I点，判断A_AX(9)≤A_AX(8)？不满足条件，则r₉＝r₈+R∠90°，改变方向；

当k＝10，(α_AX,β_AX)₁₀＝(α_AX,β_AX)₉+r₉，搜寻至F点，判断A_AX(10)≤A_AX(9)？不满足条件，则r₁₀＝r₉+R∠90°，改变方向；

最终，(α_AX,β_AX)在目标值M附近，稳定在步长为R的正方形F-G-H-I内。

3.变角度补偿算法的搜寻方法

类似地，变角度搜寻路径如蓝线所示，搜寻角度从初始角0°开始，若第k拍的转子振动比第k-1拍的小，搜寻角度增大Δθ_k；反之，搜寻角度改变90°。Δθ_k的计算方法为：

变角度搜寻方法的具体过程如下：

初始化：(α_AX,β_AX)₀＝(0,0)，r₀＝R∠Δθ₀°＝R∠0°，初始搜寻角度为0°，R为搜寻步长。

当k＝1，(α_AX,β_AX)_1’＝(α_AX,β_AX)₀+r₀，搜寻至A1点，判断A_AX(1)≤A_AX(0)？满足条件，则r_1’＝r₀+R∠Δθ₁°，改变方向；

当k＝2，(α_AX,β_AX)_2’＝(α_AX,β_AX)_1’+r_1’，搜寻至B1点，判断A_AX(2)≤A_AX(1)？满足条件，则r_2’＝r₁+R∠Δθ₂°，改变方向；

……

当k＝5，(α_AX,β_AX)_5’＝(α_AX,β_AX)_4’+r_4’，搜寻至E1点，判断A_AX(5)≤A_AX(4)？不满足条件，则r_5’＝r_4’+R∠90°，改变方向；

当k＝6，(α_AX,β_AX)_6’＝(α_AX,β_AX)_5’+r_5’，搜寻至F1点，判断A_AX(5)≤A_AX(4)？满足条件，则r_5’＝r_4’+R∠90°，改变方向；

……

当k＝8，(α_AX,β_AX)_8’＝(α_AX,β_AX)_7’+r_7’，搜寻至D1点，判断A_AX(8)≤A_AX(7)？满足条件，则r_8’＝r_7’+R∠90°，改变方向；

最终，(α_AX,β_AX)也收敛在正方形D1-E1-F1-G1中，可以看出变角度搜寻可增快搜寻速度。

如图4所示，在变角度补偿算法搜寻辨识系数流程图中，首先对(α_AX,β_AX)进行初始化，令搜寻起点从原点(0,0)开始，设定初始值(α_AX,β_AX)₀＝(0,0)，r₀＝R∠Δθ₀°＝R∠0°，k＝1，然后进入循环搜寻主体部分；在循环主体中，首先判断A_AX(k)>A_obj是否满足？如果满足条件，变角度迭代搜寻算法启动，执行循环主体内的搜寻过程，直到A_AX(k)>A_obj不满足，变角度迭代搜寻算法启动停止，退出循环主体；此时即可得到最终可以有效抑制不平衡振动的一组不平衡系数(α_AX,β_AX)。

本实施例某AMB刚性转子系统在转速4800rpm的临界转速附近采用本发明前后的转子的振动大小和搜寻轨迹的仿真图如图5所示，其中变角度迭代搜寻的初始角度分别为30°和10°。可以看出算法对转子不平衡振动的抑制效果十分明显，不平衡系数的搜寻轨迹也从原点出发，向着目标值(0,0.006)趋近，最终稳定在目标值附近。发现最终的不平衡系数坐标值与搜寻角度的初始值和路径无关。

本实施例某AMB刚性转子系统在不同转速下采用变角度搜寻方法前后获得的转子轴心轨迹、振动大小和搜寻轨迹的实验图如图6和图7所示。图6中，变角度迭代搜寻的初始角度为30°时，可以看出转子系统的振动幅值由0.028mm收敛到0.012mm，(α_AX,β_AX)搜寻轨迹的“目标值”坐标也收敛到了(0.02,0.01)附近。图7中，变角度迭代搜寻的初始角度为10°时，可以看出最大振幅由0.025mm收敛到0.015mm，而且依然保证(α_AX,β_AX)搜寻轨迹的目标值坐标在(0.02,0.01)附近。

本实施例某主动电磁轴承-刚性转子系统在加速过程中采用本发明方法前后，转子系统在某端某方向上振动响应曲线对比如图8所示。可见转子在加速过程中，方法对(尤其在临界转速附近)转子同频振动的抑制效果非常明显，能够保证系统在宽转速范围内的稳定运行。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种转子不平衡系数变角度迭代搜寻的不平衡补偿方法，其特征在于：该方法包括一下步骤：

(1)振动信号处理：振动信号处理是依据位移传感器获取的转子振动信息、转子旋转角度信息以及速度传感器获得的转子的旋转角速度ω，计算转子不平衡振动信号的幅值A(k)；

(2)变角度补偿算法搜寻辨识系数：以转子不平衡振动信号的幅值A(k)作为判断依据，通过变角度迭代搜寻方法反复辨识优化不平衡系数，迭代出一组可以使不平衡振动幅值降到最小的不平衡系数；

所述变角度补偿算法搜寻辨识系数是以一定的步长开始搜寻，所述一定的步长为A(k)的1％～10％，选择初始搜寻角度为0°，每一步搜寻后对方向进行判断调整的同时，对搜寻角度也进行判断调整，再继续进行下一步搜寻；具体为：当第k拍的转子系统振动比第k-1拍的振动小，搜寻角度增加Δθ_k；具体计算如下：

其中，θ_k为当前角度，θ_k-1为上一拍角度，A_obj为设定的振动目标值；

当第k拍的转子系统振动比第k-1拍的振动大，搜寻角度增大90°；

(3)补偿电流计算：依据最小的不平衡系数计算相应的补偿电流，输入到电磁线圈中对转子的不平衡振动进行抑制。

2.根据权利要求1所述的一种转子不平衡系数变角度迭代搜寻的不平衡补偿方法，其特征在于：所述步骤(1)具体为：针对转子其中一端A端，在离散采样情况下依据A端x和y方向的转子振动信息(x_A,y_A)获得的A端不平衡振动信号幅值A(k)的具体过程是：

首先，建立垂直于转轴方向的xoy平面坐标系，x和y方向与所述位移传感器采集到的转子振动信号(x_A,y_A)的振动方向对应一致；

然后，依据傅里叶级数计算方法通过以下公式计算获得转子其中一端A端沿x方向和y方向的同频分量中的正弦和余弦分量幅值：

其中，M＝2πN/(ωT)，T为采样周期，N为离散积分周期数；ω为转子的旋转角速度，x_A表示转子A端离散采集到的沿x方向的振动信号，y_A表示转子A端离散采集到的沿y方向的振动信号，a_AX表示转子A端离散采集到的沿x方向的振动信号x_A中同频成分的余弦分量，b_AX表示转子A端离散采集到的沿x方向的振动信号x_A中同频成分的正弦分量，a_AY表示转子A端离散采集到的沿y方向的振动信号x_A中同频成分的余弦分量，b_AY表示转子A端离散采集到的沿y方向的振动信号x_A中同频成分的正弦分量；

进一步，再采用以下公式计算获得转子A端x和y方向的振动幅值A_AX和A_AY：

最后，通过以下公式获得转子其中一端A端的振动幅值A(k)为：

其中，A(k)表征了转子其中一端A端振动信号中第k拍采样时刻的振动幅值。

3.根据权利要求2所述的一种转子不平衡系数变角度迭代搜寻的不平衡补偿方法，其特征在于：所述不平衡振动信号的频率与转子的旋转角速度ω对应的频率相同。

4.根据权利要求1所述的一种转子不平衡系数变角度迭代搜寻的不平衡补偿方法，其特征在于：所述步骤(2)具体为：转子其中一端A端x方向的不平衡系数(α_AX,β_AX)，设置不平衡系数的初始值(α_AX,β_AX)₀，从不平衡系数的初始值开始，采用变角度补偿算法搜寻辨识系数实时调整方向进行搜寻，所述变角度补偿算法搜寻辨识系数是相对于定角度迭代搜寻算法搜寻不平衡系数的改进，变角度补偿算法搜寻辨识系数以幅值A(k)最小为目标，使辨识值接近目标值，最终输出能保证转子一端A端x方向的振动幅值最小的一组不平衡系数(α_AX,β_AX)；A端y方向的振动幅值最小的一组不平衡系数同理可得为(α_AY,β_AY)；并且转子B端的x和y方向的振动幅值最小的一组不平衡系数同理可得为(α_BX,β_BX)、(α_BY,β_BY)。

5.根据权利要求4所述的一种转子不平衡系数变角度迭代搜寻的不平衡补偿方法，其特征在于：所述定角度迭代搜寻算法搜寻不平衡系数的方法具体为：以一定的步长开始搜寻，所述一定的步长为A(k)的1％～10％，选择一个固定的搜寻角度，每一步搜寻后对方向进行判断调整再继续进行下一步搜寻：

当第k拍的转子系统振动比第k-1拍的振动小，搜寻方向保持不变；

当第k拍的转子振动比第k-1拍的振动大时，搜寻角度增大一定角度，该角度与开始搜寻时选择的固定的搜寻角度一致。

6.根据权利要求4所述的一种转子不平衡系数变角度迭代搜寻的不平衡补偿方法，其特征在于：所述的变角度补偿算法搜寻辨识系数的方法中，Δθ_k的角度是实时变化的值，是0到360度之间的任意值。

7.根据权利要求4所述的一种转子不平衡系数变角度迭代搜寻的不平衡补偿方法，其特征在于：定义转子A端和B端x和y方向的不平衡系数为：

其中，α_AX表示转子不平衡系数在转子A端x方向的余弦分量，β_AX表示转子不平衡系数在转子A端x方向的正弦分量，α_BX表示转子不平衡系数在转子B端x方向的余弦分量，β_BX表示转子不平衡系数在转子B端x方向的正弦分量；α_AY表示转子不平衡系数在转子A端y方向的余弦分量，β_AY表示转子不平衡系数在转子A端y方向的正弦分量，α_BY表示转子不平衡系数在转子B端y方向的余弦分量，β_BY表示转子不平衡系数在转子B端y方向的正弦分量；m_e表示转子不平衡质量，ε为不平衡质量在oxy平面上的投影距离，ε_z为不平衡质量在z轴上的投影距离，AMB两端A端和B端的中心平面分别为Π_bA和Π_bB，过平衡转子的质心做平行于Π_bA和Π_bB的平面Π，Π平面与定子几何中心线交于O点，l_bA和l_bB表示O点到Π_bA和Π_bB的距离，k_i表示AMB的电流刚度系数，φ表示当前转子旋转角度，且满足

所述补偿电流计算是将变角度补偿算法搜寻辨识系数输出的转子两端的不平衡系数代入以下公式计算获得补偿电流：

其中，i_{comp_AX},i_{comp_AY},i_{comp_BX}和i_{comp_BY}分别为转子A端x方向、转子A端y方向、转子B端x方向和转子B端y方向的补偿电流。

8.根据权利要求1所述的一种转子不平衡系数变角度迭代搜寻的不平衡补偿方法，其特征在于：所述转子振动信号(x_A,y_A)中不平衡量的幅值A(k)对应的频率为整数倍转子转速ω对应频率f_i下的幅值A_i(k)时，同样可以采用转子不平衡系数变角度迭代搜寻的不平衡补偿方法对频率为f_i的振动进行补偿控制。

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