CN111692210B - 一种基于查表法的主动磁轴承控制器的构造方法 - Google Patents

一种基于查表法的主动磁轴承控制器的构造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于查表法的主动磁轴承控制器的构造方法，建立主动磁轴承有限元模型，基于范Kriging模型得到主动磁轴承X、Y轴方向的实际悬浮力关于实际位移偏心和实际控制电流的X、Y轴方向的两个范Kriging预测模型，从而建立实际悬浮力与实际位移偏心、实际控制电流的X、Y轴方向的两个模型状态表，分别构造内置有模型状态表的两个查表模块，将两个模糊自适应PID控制器、相应的X、Y轴方向的两个放大器模块、两个查表模块与相应的X、Y轴方向的两个测量模块共同构成主动磁轴承控制器，实现对主动磁轴承的精确控制；本发明省略了过程中固定的位移刚度与电流刚度，提升了控制精度与控制范围。

Description

一种基于查表法的主动磁轴承控制器的构造方法
技术领域
本发明涉及主动磁轴承的控制技术，适用于高速压缩机、风力发电、分子泵等高速运转设备中主动磁轴承的控制，属于磁悬浮技术领域，具体是主动磁轴承控制器的构造方法。
背景技术
磁轴承是利用电磁力克服转子重力和干扰力，实现无机械接触悬浮的转子支撑系统，其具有无机械接触、使用寿命长、易于维护的特点，同时，其刚度和阻尼可调，可通过控制绕组内的电流灵活的调节电磁力的输出，实现磁轴承刚度和阻尼的运动调节。目前，如分子泵、风力发电、飞轮储能等多种具有高速转轴使用的应用场合的增多，传统机械轴承由于摩擦损耗会大大降低设备的使用寿命。因此，磁轴承的应用不断推广。
磁轴承可分为主动、被动、混动磁轴承三种形式，主动磁轴承因结构简单、悬浮力可调等优点得到了较多的运用，但是目前，主动磁轴承稳定控制存在缺陷，最大的问题在于不能得到精确的控制模型，即电流刚度与位移刚度。当前一般采用的控制方法都是用的固定的电流刚度系数与位移刚度系数，但是，主动磁轴承仅在工作点时，其位移、电流与悬浮力才呈近似的线性关系，当位移与电流有较大变化时，模型将不再精确。现有技术一般使用模糊逻辑控制、神经网络控制、基于先进算法的参数调节控制等，对于模型的调整极为有限，或对控制的调节仅存在控制器参数调节上。因此，当前亟需一种合理的方法，能随主动磁轴承转子位移变化改变模型参数，实现更精确的控制。
目前，查表法在各个领域的控制方法中得到了一定的使用。查表法是一种在控制中利用已知试验或仿真数据，通过表上数据或进行插值计算获得相应结果的一种控制方法。在电气领域中，查表法也广泛被使用。例如在开关磁阻电机的控制中，通过传感器获得的位置信息以及控制电流大小查表获得磁链信息。因此，借鉴当前的查表法，在主动磁轴承的控制中通过查表法获得准确地模型参数，是一种可行的方案。但当前的查表法存在一些问题：最主要的问题是建立一个可用的参数表需要进行大量的实验或者仿真，并且反复进行验证，为此需要花费大量的实验成本以及时间成本，为此，如何快速地建立准确度较高的参数表是一个值得研究的问题。
Kriging模型是一种依据协方差函数对随机过程随机场进行空间建模和预测的回归算法。在特定的随机过程，例如固有平稳过程中，Kriging模型能够给出最优线性无偏估计，在统计学中也被称为空间最优无偏估计器。因此，Kriging模型在地理科学、环境科学、大气科学等诸多领域中都有应用。在许多情况下，会出现区域化量不平稳的现象，此时则需要运用范Kriging模型进行处理。通过范Kriging模型，只利用较少量的数据即可得到主动磁轴承的参数表。
发明内容
本发明的目的是为了克服当前主动磁轴承在控制过程中模型不精确的问题，提出了一种基于查表法的主动磁轴承控制器的构造方法，利用范Kriging模型建立模型状态表，通过查表法实现主动磁轴承控制，能根据主动磁轴承在运行过程中的位移与电流变化，实时调节电流刚度系数与位移刚度系数。
本发明一种基于查表法的主动磁轴承控制器的构造方法采用的技术方案是具有以下步骤：
步骤(1)：建立主动磁轴承有限元模型，在有限元模型上基于一般范Kriging模型得到X、Y轴方向的实际悬浮力
Figure BDA0002514976230000021
关于实际位移偏心
Figure BDA0002514976230000022
和实际控制电流
Figure BDA0002514976230000023
对应的两个范Kriging预测模型；
步骤(2)：基于两个范Kriging预测模型，建立实际悬浮力
Figure BDA0002514976230000024
与实际位移偏心
Figure BDA0002514976230000025
Figure BDA0002514976230000026
实际控制电流
Figure BDA0002514976230000027
对应的两个模型状态表，分别构造内置模型状态表的对应的两个查表模块；
步骤(3)：由X、Y轴方向的两个模糊自适应PID控制器、两个放大器模块、两个查表模块、两个测量模块构成主动磁轴承控制器，由X轴方向的模糊自适应PID控制器、放大器模块、查表模块串联后与主动磁轴承输入端相接，由Y轴方向的模糊自适应PID控制器、放大器模块、查表模块串联后与主动磁轴承输入端相接，X、Y轴方向的两个测量模块分别测得主动磁轴承X、Y轴方向的实际位移偏心
Figure BDA0002514976230000028
将实际位移偏心
Figure BDA0002514976230000029
各自分别输入对应的两个查表模块中，X、Y轴方向的参考位移x*、y*分别与对应的实际位移偏心
Figure BDA00025149762300000210
相减得到的位移误差ex、ey各自分别通过对应的模糊自适应PID控制器得到初始控制电流Ix0、Iy0，初始控制电流Ix0、Iy0各自分别通过对应的放大器模块得到实际控制电流
Figure BDA00025149762300000211
将实际控制电流
Figure BDA00025149762300000212
输入对应的查表模块中，两个查表模块输出对应的实际悬浮力
Figure BDA00025149762300000213
至主动磁轴承。
进一步地，步骤(1)中，选取N个等级的控制电流与M个等级的位移偏心进行有限元仿真，得到N*M个有限元模型，采集N*M个有限元模型的X、Y轴方向的控制电流、位移偏心以及对应的悬浮力，将每个有限元模型的X、Y轴方向的控制电流、位移偏心作为自变量数据x，对应的悬浮力作为因变数据
Figure BDA0002514976230000031
分别带入一般范Kriging模型
Figure BDA0002514976230000032
通过拟合得到所述的两个范Kriging预测模型
Figure BDA0002514976230000033
F(β,x)、
Figure BDA0002514976230000034
和
Figure BDA0002514976230000035
为回归模型，z(x)、
Figure BDA0002514976230000036
和
Figure BDA0002514976230000037
是误差项，β为一般范Kriging模型回归系数，
Figure BDA0002514976230000038
为泛Kriging预测模型回归系数。
进一步地，步骤(3)中的模糊自适应PID控制器由模糊推理系统、比例部分、积分部分与微分部分构成，位移误差ex、ey及其一阶微分
Figure BDA0002514976230000039
作为对应的模糊推理系统的输入，模糊推理系统输出比例修正系数CP、积分修正系数CI以及微分修正系数CD，将比例修正系数CP、积分修正系数CI以及微分修正系数CD各自分别与相应的比例系数KP、积分系数KI、微分系数KD相乘，得到相应的修正后的比例部分、积分部分与微分部分，位移误差ex、ey各自分别通过修正后的比例部分、积分部分与微分部分，对修正后的比例部分、积分部分与微分部分的输出分别求和运算得到初始控制电流Ix0、Iy0。
本发明的有益效果是：
1、本发明基于范Kriging模型理论以及主动磁轴承悬浮控制原理，构建了主动磁轴承在不同位移偏心与控制电流下的精确变化模型，获得主动磁轴承所需实际悬浮力随转子位移变化的预测参数表，参数表建立快速，节约制表成本，可根据实际情况得到主动磁轴承更加精确模型，提高控制的精确性。
2、本发明相比传统主动磁轴承的控制，省略了过程中固定的位移刚度与电流刚度，使其适用性从工作点附近的伪线性区扩大至位移与电流都较大的非线性区域，提升了控制精度与控制范围。
3、由于模型可变的原因，普通控制器无法满足根据模型的调整的需求，本发明构造的模糊自适应PID控制模块，在PID算法的基础上以误差和误差变化率作为输入，通过当前控制条件改变PID调节器参数，利用模糊规则进行模糊推理，满足不同时刻的误差和误差变化率对PID参数自整定的要求，能实现更精确的主动磁轴承控制。
附图说明
图1为模糊自适应PID控制器的构成框图；
图2为常用PID控制器的构成框图；
图3为采用本发明方法构造的主动磁轴承控制器的结构框图。
具体实施方式
本发明首先建立主动磁轴承有限元模型，在主动磁轴承有限元模型的基础上，基于范Kriging模型得到主动磁轴承X、Y轴方向的实际悬浮力
Figure BDA0002514976230000041
关于实际位移偏心
Figure BDA0002514976230000042
和实际控制电流
Figure BDA0002514976230000043
的X、Y轴方向的两个范Kriging预测模型，从而建立实际悬浮力
Figure BDA0002514976230000044
与实际位移偏心
Figure BDA0002514976230000045
实际控制电流
Figure BDA0002514976230000046
的X、Y轴方向的两个模型状态表，基于两个模型状态表，分别构造内置有模型状态表的两个查表模块，然后构造X、Y轴方向的两个模糊自适应PID控制器，最后将两个模糊自适应PID控制器、相应的X、Y轴方向的两个放大器模块、两个查表模块与相应的X、Y轴方向的两个测量模块共同构成主动磁轴承控制器，实现对主动磁轴承的精确控制。具体方法如下：
测量所要被控的主动磁轴承的尺寸参数，在有限元软件中建立主动磁轴承的有限元模型，并通过仿真获得主动磁轴承的性能参数。在磁场强度不饱和的前提下，选取N个等级的控制电流与M个等级的位移偏心，进行有限元仿真，得到N*M个有限元模型，N与M根据控制电流与气隙范围以及所需模型的精细程度选取。然后采集N*M个有限元模型的X、Y轴方向的控制电流、X、Y轴方向的位移偏心以及对应的X、Y轴方向的悬浮力的数据。每个模型的X、Y轴方向的控制电流、位移偏心是测量自变量数据，对应的X、Y轴方向的悬浮力是因变数据。本发明以下以X轴方向为例来描述，Y轴方向和X轴方向雷同：
采集N*M个有限元模型的X轴方向的控制电流{i11，i12，…，iNM}、位移偏心{x11，x12，…，xNM}以及对应的悬浮力{F11，F12，…，FNM}的数据。每个有限元模型的控制电流{i11，i12，…，iNM}、位移偏心{x11，x12，…，xNM}是测量的自变量数据，悬浮力{F11，F12，…，FNM}是因变数据，自变量数据可表示为Xij＝[iij,xij]T，因变数据表示为Yij＝Fij，其中i＝1,2，…，N，j＝1,2,…,M。
一般范Kriging模型的表达式为：
Figure BDA0002514976230000047
其中，
Figure BDA0002514976230000048
为最终结果值，也就是为因变数据，F(β,x)为回归模型，β为回归系数，x为范Kriging模型的自变量数据。z(x)是一个误差项，它服从均值为0，方差为
Figure BDA0002514976230000049
的正态分布，方差为
Figure BDA00025149762300000410
的选取根据具体应用确定，对近似模型精确度会产生影响。其中，回归模型F(β,x)表达式为：
F(β,x)＝β1f1(x)+…+βpfp(x)＝f(x)Tβ (2)
β1、β2、…、βp为各阶回归系数，fp(x)为p阶近似模型。
将有限元模型的自变量数据Xij与因变数据Yij分别带入一般范Kriging模型的公式(1)中，分别替代x与
Figure BDA0002514976230000051
通过拟合可以得到主动磁轴承的X轴方向的实际悬浮力
Figure BDA0002514976230000052
关于实际位移偏心
Figure BDA0002514976230000053
与实际控制电流
Figure BDA0002514976230000054
的X轴方向的范Kriging预测模型，具体表达为：
Figure BDA0002514976230000055
其中，
Figure BDA0002514976230000056
为建立的范Kriging预测模型的回归系数，
Figure BDA0002514976230000057
为关于X轴实际控制电流
Figure BDA0002514976230000058
以及实际位移偏心
Figure BDA0002514976230000059
的误差项。
同理，得到Y轴方向的范Kriging预测模型为：
Figure BDA00025149762300000510
Figure BDA00025149762300000511
为建立的范Kriging预测模型的回归模型，
Figure BDA00025149762300000512
是Y轴实际控制电流
Figure BDA00025149762300000513
以及实际位移偏心
Figure BDA00025149762300000514
的误差项。
根据获得的X、Y轴方向的两个范Kriging预测模型，分别建立实际悬浮力
Figure BDA00025149762300000515
与实际位移偏心
Figure BDA00025149762300000516
和实际控制电流
Figure BDA00025149762300000517
的对应的两个模型状态表。具体是建立以下的X轴方向实际悬浮力
Figure BDA00025149762300000518
与实际位移偏心
Figure BDA00025149762300000519
和实际控制电流
Figure BDA00025149762300000520
的模型状态表1以及Y轴方向实际悬浮力
Figure BDA00025149762300000521
与实际位移偏心
Figure BDA00025149762300000522
和实际控制电流
Figure BDA00025149762300000523
的模型状态表2：
表1
Figure BDA00025149762300000524
表2
Figure BDA0002514976230000061
以表1为例，第一行为X轴方向上的实际位移偏心
Figure BDA0002514976230000062
第一列为实际控制电流
Figure BDA0002514976230000063
实际位移偏心
Figure BDA0002514976230000064
从0开始到最大偏心xmax，每隔0.01mm进行采样，同时，实际控制电流
Figure BDA0002514976230000065
从0开始，每隔0.1A进行采样。将实际位移偏心
Figure BDA0002514976230000066
与实际控制电流
Figure BDA0002514976230000067
的采样值带入公式(3)中，即可计算出当前采样值下的实际悬浮力
Figure BDA0002514976230000068
大小，建立模型状态表1。因此，每个实际位移偏心
Figure BDA0002514976230000069
与实际控制电流
Figure BDA00025149762300000610
都对应一个实际悬浮力
Figure BDA00025149762300000611
大小，如表1中F11～Fba所示，xmax为X轴方向的最大位移，imax为最大控制电流。例如，以表1为例，当实际位移偏心为0.01mm，实际控制电流为0.1A时，此时的实际悬浮力大小为F11；当实际位移偏心为0.03mm，实际控制电流为0.2A时，此时的实际悬浮力大小为F34。其中b，a为实际位移偏心与实际控制电流的采样个数。同理，表2中实际悬浮力为F’11～F’ba，ymax为Y轴方向的最大位移，iymax为Y轴方向的最大控制电流。同理，对于表2，第一行为Y轴方向上的实际位移偏心
Figure BDA00025149762300000612
第一列为实际控制电流
Figure BDA00025149762300000613
采样方式与X轴方向上采样方式的相同，将实际位移偏心
Figure BDA00025149762300000614
与实际控制电流
Figure BDA00025149762300000615
的采样值带入公式(3)中，即可计算出当前采样值下的实际悬浮力
Figure BDA00025149762300000616
大小，建立模型状态表2。
对于实际位移偏心、实际控制电流不在采样点上的数据，采用插值法计算其对应的实际悬浮力大小。以X轴方向为例，设当前实际位移偏心为x0，实际控制电流为i0，此时，首先需要确定x0与i0在表一中的位置。假设{x0，i0}位移偏心位于x1与点x2之间，控制电流位于i1与采样点i2之间，其中x1与x2满足x1+0.01mm＝x2；i1与i2满足i1+0.1A＝i2，且x1，x2，i1与i2数值皆为采样点上的位移与电流数值。此时，采样点{x1，i1}对应的实际悬浮力大小为Fc，d，{x1，i2}对应的实际悬浮力大小为Fc，d+1，{x2，i1}对应的实际悬浮力大小为Fc+1，d，{x2，i2}对应的实际悬浮力大小为Fc+1，d+1。c，d为采样点{x1，i1}在表一中的行列数。则此时{x0，i0}处的实际悬浮力可计算为：
Figure BDA0002514976230000071
举例，当实际位移偏心为0.025mm，实际控制电流为0.25A，根据表一中数据可以算该点的悬浮力值为
Figure BDA0002514976230000072
同理，对于Y轴方向上的实际位移偏心、实际控制电流不在采样点上的数据，采用雷同的插值法计算其对应的实际悬浮力大小。
将模型状态表1和表2各自分别内置于X轴方向上的查表模块和Y轴方向上的查表模块中，构造成两个查表模块。
构造如图1所示的模糊自适应PID控制器。由于主动磁轴承根据输入电流与当前位移的变化会导致模型存在一定的误差，普通控制器无法满足根据模型的调整的需求，故本发明采用模糊自适应PID控制器进行控制。图2所示为现有常用的PID控制器的结构框图，其主要包括比例部分、积分部分与微分部分三部分组成，比例部分直接由比例系数KP构成，积分部分直接由积分系数KI与积分模块∫组成，微分部分直接由微分系数KD与微分模块d/dt组成，三个部分通过求和运算∑得到最终输出。图1所示为本发明构造的X轴方向的模糊自适应PID控制器，其由模糊推理系统、比例部分、积分部分与微分部分构成，其在图2所示的现有常用PID控制器的基础上加以改进，在保留了图2中PID控制器的比例部分、积分部分与微分部分之外，增加了一个模糊推理系统。以X轴方向的模糊自适应PID控制器为例：X轴方向位移误差ex以及其一阶微分
Figure BDA0002514976230000073
作为模糊推理系统的输入，模糊推理系统对位移误差ex和一阶微分
Figure BDA0002514976230000074
进行计算输出比例修正系数CP、积分修正系数CI以及微分修正系数CD。将比例修正系数CP、积分修正系数CI以及微分修正系数CD分别于相应的比例系数KP、积分系数KI、微分系数KD系数相乘，得到修正后的的修正比例系数、修正积分系数与修正微分系数，其表达为：
Figure BDA0002514976230000081
对修正后的比例部分、积分部分与微分部分三部分通过求和运算∑得到最终输出，即位移误差ex通过修正后的比例部分、积分部分与微分部分，即可准确地控制其输出的X轴方向的初始控制电流Ix0。
根据调节参数对系统输出性能的影响情况，制定修正系数CP、CI、CD的调节原则如下：当ex较大时，应通过修正系数提高
Figure BDA0002514976230000082
减小
Figure BDA0002514976230000083
以及使
Figure BDA0002514976230000084
保持适中来提高系统的响应速度，同时防止过大的超调量；当ex为中等大小时，通过修正系数使
Figure BDA0002514976230000085
保持较小值，以及使
Figure BDA0002514976230000086
适中来减小超调量，同时保持系统有较快的响应速度；当ex较小时，应通过修正系数提高
Figure BDA0002514976230000087
以及使
Figure BDA0002514976230000088
保持适中来保证系统良好的稳定性，同时免系统出现振荡现象，增强系统的抗干扰性。
同理，Y轴方向的模糊自适应PID控制器的构造方向与X轴方向的模糊自适应PID控制器的构造方向雷同。Y轴方向的位移误差ey及其一阶微分
Figure BDA0002514976230000089
作为对应的Y轴方向的模糊推理系统的输入，模糊推理系统输出比例修正系数CP、积分修正系数CI以及微分修正系数CD，将比例修正系数CP、积分修正系数CI以及微分修正系数CD各自分别与相应的比例系数KP、积分系数KI、微分系数KD相乘，得到相应的修正后的比例部分、积分部分与微分部分，位移误差ey各自分别通过修正后的比例部分、积分部分与微分部分，对修正后的比例部分、积分部分与微分部分的输出分别求和运算得到Y轴方向的初始控制电流Iy0。
构造图3所示的主动磁轴承控制器，该主动磁轴承控制器由X轴、Y轴方向的两个模糊自适应PID控制器、放大器模块、查表模块、测量模块构成，连接于主动磁轴承的输入端，实现对主动磁轴承的控制。其中，X轴方向的模糊自适应PID控制器、放大器模块、查表模块串联后与主动磁轴承的输入端相连接，Y轴方向的模糊自适应PID控制器、放大器模块、查表模块串联后与主动磁轴承的输入端相连接，X、Y轴方向的两个测量模块通过位移传感器分别测得主动磁轴承X轴、Y轴方向的实际位移偏心
Figure BDA00025149762300000810
X轴方向的实际位移偏心
Figure BDA00025149762300000811
输入X轴方向的查表模块中，Y轴方向的实际位移偏心
Figure BDA00025149762300000812
输入Y轴方向的查表模块中。X轴方向的参考位移x*与实际位移偏心
Figure BDA00025149762300000813
相减得到位移误差ex，位移误差ex通过X轴方向的模糊自适应PID控制器得到初始控制电流Ix0，并通过X轴方向的放大器模块得到实际控制电流
Figure BDA0002514976230000091
该实际控制电流
Figure BDA0002514976230000092
输入X轴方向的查表模块中，X轴方向的查表模块根据模型状态表1中的数据获得此时的实际悬浮力
Figure BDA0002514976230000093
同理，Y轴方向的参考位移y*与实际位移偏心
Figure BDA0002514976230000094
相减得到位移误差ey，位移误差ey通过Y轴方向的模糊自适应PID控制器得到初始控制电流Iy0，并通过Y轴方向的放大器模块得到实际控制电流
Figure BDA0002514976230000095
该实际控制电流
Figure BDA0002514976230000096
输入Y轴方向的查表模块中，Y轴方向的查表模块根据模型状态表2中的数据获得此时的实际悬浮力
Figure BDA0002514976230000097
并输出给主动磁轴承。即X轴、Y轴方向的查表模块分别输出对应的实际悬浮力
Figure BDA0002514976230000098
至至主动磁轴承，即可实现对主动磁轴承X、Y轴方向的控制。

Claims (5)

1.一种基于查表法的主动磁轴承控制器的构造方法，其特征是具有以下步骤：
步骤(1)：建立主动磁轴承有限元模型，在有限元模型上基于一般泛Kriging模型得到X、Y轴方向的实际悬浮力
Figure FDA0002946542760000011
关于实际位移偏心
Figure FDA0002946542760000012
和实际控制电流
Figure FDA0002946542760000013
对应的两个泛Kriging预测模型；具体是选取N个等级的控制电流与M个等级的位移偏心进行有限元仿真，得到N*M个有限元模型，采集N*M个有限元模型的X、Y轴方向的控制电流、位移偏心以及对应的悬浮力，将每个有限元模型的X、Y轴方向的控制电流、位移偏心作为自变量数据x，对应的悬浮力作为因变数据
Figure FDA0002946542760000014
分别带入一般泛Kriging模型
Figure FDA0002946542760000015
通过拟合得到所述的两个泛Kriging预测模型
Figure FDA0002946542760000016
F(β,x)、
Figure FDA0002946542760000017
和
Figure FDA0002946542760000018
为回归模型，z(x)、
Figure FDA0002946542760000019
和
Figure FDA00029465427600000110
是误差项，β为一般泛Kriging模型回归系数，
Figure FDA00029465427600000111
为泛Kriging预测模型回归系数；
步骤(2)：基于两个泛Kriging预测模型，建立实际悬浮力
Figure FDA00029465427600000112
与实际位移偏心
Figure FDA00029465427600000113
Figure FDA00029465427600000114
实际控制电流
Figure FDA00029465427600000115
对应的两个模型状态表，分别构造内置模型状态表的对应的两个查表模块；
步骤(3)：由X、Y轴方向的两个模糊自适应PID控制器、两个放大器模块、两个查表模块、两个测量模块构成主动磁轴承控制器，由X轴方向的模糊自适应PID控制器、放大器模块、查表模块串联后与主动磁轴承输入端相接，由Y轴方向的模糊自适应PID控制器、放大器模块、查表模块串联后与主动磁轴承输入端相接，X、Y轴方向的两个测量模块分别测得主动磁轴承X、Y轴方向的实际位移偏心
Figure FDA00029465427600000116
将实际位移偏心
Figure FDA00029465427600000117
各自分别输入对应的两个查表模块中，X、Y轴方向的参考位移x*、y*分别与对应的实际位移偏心
Figure FDA00029465427600000118
相减得到的位移误差ex、ey各自分别通过对应的模糊自适应PID控制器得到初始控制电流Ix0、Iy0，初始控制电流Ix0、Iy0各自分别通过对应的放大器模块得到实际控制电流
Figure FDA00029465427600000119
Figure FDA00029465427600000120
将实际控制电流
Figure FDA00029465427600000121
输入对应的查表模块中，两个查表模块输出对应的实际悬浮力
Figure FDA00029465427600000122
至主动磁轴承。
2.根据权利要求1所述的基于查表法的主动磁轴承控制器的构造方法，其特征是：实际位移偏心
Figure FDA00029465427600000123
从0开始每隔0.01mm进行采样，实际控制电流
Figure FDA00029465427600000124
从0开始每隔0.1A进行采样，将实际位移偏心
Figure FDA0002946542760000021
与实际控制电流
Figure FDA0002946542760000022
的采样值带入对应的泛Kriging预测模型中计算出实际悬浮力
Figure FDA0002946542760000023
建立对应的两个模型状态表。
3.根据权利要求2所述的基于查表法的主动磁轴承控制器的构造方法，其特征是：两个模型状态表中的第一行为实际位移偏心
Figure FDA0002946542760000024
第一列为实际控制电流
Figure FDA0002946542760000025
每个实际位移偏心
Figure FDA0002946542760000026
与实际控制电流
Figure FDA0002946542760000027
都对应一个实际悬浮力
Figure FDA0002946542760000028
4.根据权利要求2所述的基于查表法的主动磁轴承控制器的构造方法，其特征是：对于实际位移偏心、实际控制电流不在采样点上的数据，采用插值法计算其实际悬浮力。
5.根据权利要求1所述的基于查表法的主动磁轴承控制器的构造方法，其特征是：步骤(3)中的模糊自适应PID控制器由模糊推理系统、比例部分、积分部分与微分部分构成，位移误差ex、ey及其一阶微分
Figure FDA0002946542760000029
作为对应的模糊推理系统的输入，模糊推理系统输出比例修正系数CP、积分修正系数CI以及微分修正系数CD，将比例修正系数CP、积分修正系数CI以及微分修正系数CD各自分别与相应的比例系数KP、积分系数KI、微分系数KD相乘，得到相应的修正后的比例部分、积分部分与微分部分，位移误差ex、ey各自分别通过修正后的比例部分、积分部分与微分部分，对修正后的比例部分、积分部分与微分部分的输出分别求和运算得到初始控制电流Ix0、Iy0。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113325857B (zh) * 2021-06-08 2022-08-05 西北工业大学 基于质心与浮力系统的仿蝠鲼水下航行器定深控制方法
CN114355772B (zh) * 2021-12-16 2023-07-11 中车株洲电力机车有限公司 磁浮列车静浮平衡控制参数整定方法、系统、设备及介质
CN115199645B (zh) * 2022-07-11 2024-02-13 江苏大学 基于车辆工况因素的高稳定低功耗飞轮电池磁悬浮支承控制系统

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4795927A (en) * 1986-05-02 1989-01-03 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Control system for a magnetic type bearing
JPH0510326A (ja) * 1991-06-27 1993-01-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd 磁気軸受の制御装置
JP4139444B2 (ja) * 1998-02-03 2008-08-27 ルスト アントリープステヒニーク ゲーエムベーハー 磁気軸受を有する電気機械の軸支巻線および駆動巻線系を励磁するための方法および構造並びに電気駆動装置
CN103034127B (zh) * 2012-12-24 2015-10-28 江苏大学 一种轴向磁轴承控制系统
CN103116281B (zh) * 2013-01-17 2015-08-05 江苏大学 轴向混合磁轴承无模型自适应控制系统及其控制方法
CN103174746A (zh) * 2013-03-28 2013-06-26 南京工业大学 一种主动型磁悬浮轴承系统及控制电路
CN103246201B (zh) * 2013-05-06 2015-10-28 江苏大学 径向混合磁轴承的改进模糊无模型自适应控制系统及方法
CN103645637B (zh) * 2013-12-10 2016-01-20 江苏大学 单自由度主动磁轴承支持向量机自适应逆控制器构造方法
CN110552961B (zh) * 2019-09-12 2021-06-29 东北大学 一种基于分数阶模型的主动磁轴承控制方法
CN110531626B (zh) * 2019-09-20 2022-04-05 河海大学 基于滚动时域估计的磁悬浮转子振动补偿控制方法及系统

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