CN112152515B - 磁悬浮转子系统及其极微振动控制方法和控制装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种磁悬浮转子系统及其极微振动控制方法和控制装置，该控制方法包括：获取质心位置处的转子动力学模型，并基于该转子动力学模型推导得到磁轴承位置处的不平衡振动模型；其后，结合基于转子的位置信息得到的磁轴承位置处的位移测量信号，建立系统模型；基于自抗扰控制原理，将系统模型引入扰动分离扩张状态观测器，同步精确估计系统各通道的位移、不平衡量及其他扰动参量，基于此，建立自抗扰控制器，可使转子绕惯性轴旋转，实现系统的极微振动控制。本技术方案具有控制精度高、抗扰能力强和可实现闭环振动抑制等优点，有利于实现精密仪器设备加工制造中磁悬浮分子泵的高性能运行，及航天器姿态控制中磁悬浮控制力矩陀螺的稳定控制。

Description

磁悬浮转子系统及其极微振动控制方法和控制装置

技术领域

本公开涉及运动控制技术领域，尤其涉及一种磁悬浮转子系统及其极微振动控制方法和控制装置。

背景技术

磁悬浮技术因采用无接触的支承方式，具有高转速、无摩擦、无需润滑、使用寿命长等优势，在各类旋转机械(例如磁悬浮分子泵) 中具有广阔的应用前景。为了追求高精度、高能量密度以及在超静环境中运行，振动抑制成为保证设备性能的重要因素。

其中，最主要的振动源是由转子质量不均匀分布导致惯性轴与几何轴偏离，在高速旋转时所产生的与转速平方成正比的同频不平衡振动力。即便很小的偏心量在高速下也会造成持续强烈的振动，产生噪声污染，严重威胁系统稳定性，加速机械疲劳失效，甚至影响其他外部设备的正常运行。对于磁轴承系统，线圈电流也会出现不平衡电流响应，降低系统能量效率。现有的不平衡振动抑制方法，使用同频陷波器抑制电流中的同频量，并提取位移信号中同频量，依据轴承力模型进行前馈实现。但是，该方法系统稳定性较差。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种磁悬浮转子系统及其极微振动控制方法和控制装置，以克服现有方法利用磁轴承刚度进行开环前馈补偿的不足。具体地，通过观测得到质心处的不平衡量及其他扰动，设计自抗扰控制器，在补偿其他扰动的同时，实现不受实际运行中轴承刚度变化影响的极微振动控制。

本公开提供了一种磁悬浮转子系统极微振动控制方法，包括：

获取质心位置处的转子动力学模型；

基于所述转子动力学模型获取磁轴承位置处的不平衡振动模型；

实时获取转子的位置信息，转换为磁轴承位置处的位移测量信号；

基于所述不平衡振动模型和所述位移测量信号，建立系统模型；

基于系统模型，建立系统模型信息辅助的扰动分离扩张状态观测器；

基于所述扰动分离扩张状态观测器，获取各通道的位移、不平衡量及其他扰动参量；

基于所述位移、所述不平衡量以及所述其他扰动参量，建立自抗扰控制器。

可选的，该控制方法还可包括：

可选的，该控制方法还可包括：

获取系统中的功率放大器的传递函数；

基于所述传递函数，获取由各通道控制量表示的磁轴承线圈电流；

基于所述磁轴承线圈电流对所述系统模型进行处理，得到包含功放环节的系统模型。

可选的，所述基于系统模型，建立系统模型信息辅助的扰动分离扩张状态观测器，包括：

基于所述系统模型，获取各通道的不平衡振动量之间的关系；

建立四个并联并具有耦合项的扰动分离状态观测器。

本公开还提供了一种磁悬浮转子系统极微振动控制装置，包括：

转子动力学模型获取模块，用于获取质心位置处的转子动力学模型；

不平衡振动模型获取模块，用于基于所述转子动力学模型获取磁轴承位置处的不平衡振动模型；

位移测量信号转换模块，用于将实时获取到的转子的位置信息转换为磁轴承位置处的位移测量信号；

系统模型建立模块，用于基于所述不平衡振动模型和所述位移测量信号，建立系统模型；

扰动分离扩张状态观测器建立模块，用于基于系统模型，建立系统模型信息辅助的扰动分离扩张状态观测器；

参量获取模块，用于基于所述扰动分离扩张状态观测器，获取各通道的位移、不平衡量及其他扰动参量；

自抗扰控制器建立模块，用于基于所述位移、所述不平衡量以及所述其他扰动参量，建立自抗扰控制器。

可选的，该控制装置还可包括功放建模模块；

所述功放建模模块用于获取系统中的功率放大器的传递函数、基于所述传递函数，获取由各通道控制量表示的磁轴承线圈电流以及基于所述磁轴承线圈电流对所述系统模型进行处理，得到包含功放环节的系统模型。

可选的，所述功放建模模块包括：

传递函数获取子模块，用于获取系统中的功率放大器的传递函数；

磁轴承线圈电流获取子模块，用于基于所述传递函数，获取由各通道控制量表示的磁轴承线圈电流；

系统模型优化子模块，用于基于所述磁轴承线圈电流对所述系统模型进行处理，得到包含功放环节的系统模型。

本公开还提供了一种磁悬浮转子系统，包括上述任一种控制装置。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本技术方案的控制方法和装置，可用于磁悬浮转子系统的极微振动稳定控制，其通过系统建模得到磁轴承位置处转子不平衡量的精确模型，可实现对不平衡量的准确抑制；同时，通过设计扰动分离扩张状态观测器，同时估计不平衡量和系统其他扰动，实现对不平衡振动和其他集合干扰的同步抑制；以及，利用扰动分离扩张观测器输出的观测量，设计自抗扰控制器，提高转子系统的鲁棒性和稳定性。具体地，该控制方法包括：获取质心位置处的转子动力学模型，并基于该转子动力学模型推导得到磁轴承位置处的不平衡振动模型；其后，结合基于转子的位置信息得到的磁轴承位置处的位移测量信号，建立系统模型；基于自抗扰控制原理，将系统模型引入扰动分离扩张状态观测器，同步精确估计系统各通道的位移、不平衡量及其他扰动参量，基于此，建立自抗扰控制器，可使转子绕惯性轴旋转，实现系统的极微振动控制；具有控制精度高、抗扰能力强和可实现闭环振动抑制等优点，有利于实现精密仪器设备加工制造中磁悬浮分子泵的高性能运行，及航天器姿态控制中磁悬浮控制力矩陀螺的稳定控制。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例提供的一种磁悬浮转子系统极微振动控制方法的流程示意图；

图2为本公开实施例提供的另一种磁悬浮转子系统极微振动控制方法的流程示意图；

图3为本公开实施例提供的磁悬浮转子系统极微振动控制方法的原理框图；

图4为本公开实施例中的ax通道扰动分离状态观测器基本结构图；

图5为本公开实施例中的ax通道自抗扰控制器的结构框图；

图6为本公开实施例提供的一种磁悬浮转子系统极微振动控制装置的结构示意图；

图7为本公开实施例提供的另一种磁悬浮转子系统极微振动控制装置的结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

本公开实施例的技术方案的实现原理是：由质量分布不均匀导致的转子惯性轴与几何轴偏离，在高速旋转时所产生的与转速平方成正比的同频不平衡振动力和力矩，通过磁轴承的电流响应传递到系统机壳，造成整体的不平衡振动。不平衡量在质心位置的具体表达形式是与转速同频率，未知幅值和相位的正余弦函数。本公开实施例中，将不平衡量模型与质心位置处的转子动力学模型相结合，经过坐标变换可推导得到磁轴承位置处的不平衡振动模型；可利用位移传感器实时获取传感器平面的转子位置信息，通过坐标变换将其转化为磁轴承平面的位移测量信号；基于不平衡振动模型和位移测量信号，建立系统模型；设计系统模型信息辅助的扰动分离扩张状态观测器(即模型辅助扩张状态观测器)，可实现同步精确估计系统各通道的位移、不平衡量及其他扰动参量，并利用上述观测器的估计量设计自抗扰控制器，在抑制除不平衡振动之外的其他扰动的同时，使转子绕惯性轴旋转，实现系统的极微振动控制，且控制稳定性较好。

下面结合图1-图7，对本公开实施例提供的磁悬浮转子系统极微振动控制方法和装置进行示例性说明。

示例性地，图1为本公开实施例提供的一种磁悬浮转子系统极微振动控制方法的流程示意图。参照图1，该控制方法可包括：

S110、获取质心位置处的转子动力学模型。

示例性地，该步骤可包括根据牛顿定律和欧拉定律可得转子动力学模型，该步骤为S120中得到不平衡振动模型做准备。

S120、基于转子动力学模型获取磁轴承位置处的不平衡振动模型。

示例性地，转子质心位置和转子几何中心位置存在偏移量，可称为不平衡量。局部线性化之后，可得磁轴承力，基于磁轴承力和转子动力学模型，经转换后，可得到磁轴承位置处的不平衡振动模型。该步骤为S140中建立系统模型做准备。

S130、实时获取转子的位置信息，转换为磁轴承位置处的位移测量信号。

示例性地，可采用位移传感器实时获取转子的位置信息，并数学转换后，得到磁轴承位置处的位移测量信号。该步骤为S140中建立系统模型做准备。

S140、基于不平衡振动模型和位移测量信号，建立系统模型。

示例性地，基于S120中得到的磁轴承位置处的不平衡振动模型和 S130中得到的磁轴承位置处的位移测量信号，建立系统模型，即建立转子系统模型。

S150、基于系统模型，建立系统模型信息辅助的扰动分离扩张状态观测器。

该步骤中，建立观测器，该观测器基于系统模型扩张了两个状态，可分别对不平衡量和外部扰动进行观测，并可在下述S170建立的自抗扰控制器中进行补偿，可实现较高精度的扰动抑制，从而实现对极微振动的控制。

S160、基于扰动分离扩张状态观测器，获取各通道的位移、不平衡量及其他扰动参量。

该步骤中，可基于S150中建立的观测器，得到各个通道的位移、不平衡量和其他扰动参量，为S170中建立自抗扰控制器做准备。

S170、基于位移、不平衡量以及其他扰动参量，建立自抗扰控制器。

该步骤中，基于S160中得到的位移、不平衡量和其他扰动参量，可建立对应于该转子系统的自抗扰控制器，该自抗扰控制器在一致除不平衡振动外的其他扰动的同时，可使转子绕惯性轴转动，实现转子系统的极微振动控制。

本公开实施例提供的控制方法，可根据质心位置处的转子动力学模型推导得到磁轴承位置处的不平衡振动模型；可利用位移传感器实时获取转子位置信息，通过坐标变换转化为轴承位置处的位移测量信号；其后，基于上述不平衡振动模型和位移测量信号建立系统模型，并建立系统模型信息辅助的扰动分离状态观测器，同步精确估计转子系统各通道的位移、不平衡量及其他扰动，并利用上述观测器得到的估计量设计自抗扰控制器，如此，可在抑制除不平衡振动之外的其他扰动的同时，使转子绕惯性轴旋转，实现系统的极微振动控制。即，该控制方法克服了轴承刚度变化对振动抑制效果的影响，并观测抑制其他集合扰动，实现极微振动控制。

该控制方法中，观测器为扰动分离扩张状态观测器，该形式的观测器是在传统无模型信息的扩张状态观测器的基本形式下，通过引入系统模型相关信息，并将扰动分类为可建模扰动与不可建模扰动；将基本形式中的集合扰动分为并联的两个状态量，进而同步估计扰动信息，可实现在上述转子系统中同时观测不平衡量与其他扰动参量。

同时，该控制方法中，控制器为自抗扰控制器，其设计可利用上述观测估计的不平衡量与基本目标值相加作为新的控制目标。可选用跟踪微分器获得目标的跟踪信号和微分信号，如图3。进而结合观测的其他干扰，设计自抗扰控制率；保证系统将可观测的扰动消除，提高控制系统鲁棒性和稳定性。

在图1示出的控制方法的基础上，还可对系统模型进行优化，以提高控制准确性。

在一实施例中，图2为本公开实施例提供的另一种磁悬浮转子系统极微振动控制方法的流程示意图。参照图2，在图1的基础上，该控制方法可包括：

S210、获取质心位置处的转子动力学模型。

S220、基于转子动力学模型获取磁轴承位置处的不平衡振动模型。

S230、实时获取转子的位置信息，转换为磁轴承位置处的位移测量信号。

S240、基于不平衡振动模型和位移测量信号，建立系统模型。

S250、基于系统模型，建立系统模型信息辅助的扰动分离扩张状态观测器。

S260、基于扰动分离扩张状态观测器，获取各通道的位移、不平衡量及其他扰动参量。

S270、基于位移、不平衡量以及其他扰动参量，建立自抗扰控制器。

上述各步骤均可参照对图1的对应步骤的解释说明进行理解，在此不赘述。图2与图1的区别点包括：在S250之前还可包括：

S242、获取系统中的功率放大器的传递函数。

其中，功率放大器是保证数字控制系统驱动能力的重要组成部件，本实施例中将功率放大器结合至系统建模以及控制系统的建立中，有利于进一步提高系统模型和控制系统的控制准确性。

示例性地，该步骤中获取到的传递函数，为S244中转换得到磁轴承线圈电流做准备。

S244、基于传递函数，获取由各通道控制量表示的磁轴承线圈电流。

示例性地，该步骤可基于S242获取到的功率放大器的传递函数，得到磁轴承线圈电流，可由各通道控制量表示。

S246、基于磁轴承线圈电流对系统模型进行处理，得到包含功放环节的系统模型。

示例性地，该步骤中，可基于S244中得到的磁轴承电流对S240 中建立的系统模型进行处理，得到包含功放环节的系统模型，该系统模型较准确，从而有利于提高控制方法的控制准确性。

在一实施例中，继续参照图2，S250可包括：

S251、基于系统模型，获取各通道的不平衡振动量之间的关系。

S252、建立四个并联并具有耦合项的扰动分离状态观测器。

示例性地，S250中，在通用扩张状态观测器的基础上，对应四个控制通道，建立四个并联并具有耦合项的扰动分离状态观测器，同步精确估计系统各通道的位移、不平衡量及其他扰动参量。

下面结合图3-图5，对上述方法进行示例性说明。

示例性地，图3为本公开实施例提供的磁悬浮转子系统极微振动控制方法的原理框图，图4为本公开实施例中的ax通道扰动分离状态观测器基本结构图，图5为本公开实施例中的ax通道自抗扰控制器的结构框图。参照图3、图4以及图5，本公开实施例提供的控制方法可包括：

1)根据牛顿定律和欧拉定律可得转子动力学模型：

式中，m为转子质量，J_z为转子极转动惯量，J_x、J_y分别为转子x、 y方向的赤道转动惯量，l_am、l_bm分别为A、B端磁轴承中心到转子质心的距离；x_I(α_I)、y_I(β_I)分别为转子质心在几何坐标系下x、y方向上的平动(转动)位移；f_ax、f_bx、f_ay、f_by为对应径向磁轴承在各方向上产生的电磁力；Ω为转子转动角速度。

为表达清晰，采用向量形式描述，(x,y,α,β)^T表示相对几何坐标系中心O的位置，则q_I＝(x_I,y_I,α_I,β_I)^T为转子质心位置，q_G＝(x_G,y_G,α_G,β_G)^T为转子几何中心位置，可定义广义坐标系下不平衡量为：

式中，ε(θ)、σ(φ)分别为质心平面处转子不平衡量的幅值(初始相位)。x＝(x_ax,x_bx,x_ay,x_by)^T为转子在A、B端径向磁轴承平面处的位移， (f_ax,f_bx,f_ay,f_by)^T表示A、B端径向磁轴承产生的电磁力，(i_ax,i_bx,i_ay,i_by)^T为对应电磁铁的绕组电流，k_ax、k_bx为对应磁轴承的位移刚度，k_ai、k_bi为磁轴承的电流刚度。小范围局部线性化后，磁轴承力可近似表示为：

将式(2)、(3)带入式(1)，可得磁轴承位置处的不平衡振动模型：

在实际系统中，转子几何中心位置不可直接测量，需通过位移传感器获取的传感器平面转子位置信息s＝(s_ax,s_bx,s_ay,s_by)^T，经过坐标变换进行转换，具体关系如下：

但位移传感器与磁轴承位置不重合，导致实际测量得到的s与磁轴承平面的转子位移x存在一定偏差Δ，即Δ＝s-x＝(Δ₁,Δ₂,Δ₃,Δ₄)^T。其中，在磁轴承系统中，位移传感器测量得到位移信号，仅需要通过坐标变换即可得到磁轴承位置处的位移，也可理解为磁轴承平面处的位移。传感器和磁轴承位置不重合导致的偏差是通过下文中建立的观测器进行补偿的。将式(5)带入式(4)并基于扰动分离的思想进行化简，得到系统模型：

式中：

由式(8)可知，Δ_x中包括各通道之间的耦合项、陀螺效应耦合项以及传感器与磁轴承不重合带来的测量误差。

2)功率放大器是保证数字控制系统驱动能力的重要组成，同时也是系统建模及控制系统设计中必须考虑的环节。磁轴承转子系统通常采用开关型功率放大器，建模可知其传递函数可表示为：

式中，k_w为功率放大器的增益，w_w为功率放大器的带宽。则磁轴承线圈电流可由各通道控制量u＝(u_ax,u_bx,u_ay,u_by)^T表示为：

式中，k_w1、w_w1为A端磁轴承功放的增益和带宽，k_w2、w_w2为B端磁轴承功放的增益和带宽。对于非对称转子，两端磁轴承的刚度可能有所差异，但功放带宽可通过电流反馈环节进行调整，因此近似认为各通道功放带宽相同。将式(10)带入式(6)并化简，可得到包含功放环节的系统模型：

式中：

上述公式推导中，根据实际系统的参数关系对模型进行简化。为满足磁悬浮转子系统高转速的要求，一般选用转动惯量比

的细长轴转子。并且受限于系统体积限制，转子质心到两端径向传感器的距离l_as和l_bs均远小于单位一。因此式(12)为将对应项忽略后的简化结果，并经过仿真验证了其可行性。

3)设计基于模型信息辅助的扰动分离状态观测器。自抗扰控制思想是将系统动态中异于标准模型的部分均视为扰动，通过扩张状态观测总扰动并在控制信号中消除。不平衡振动属于可准确建模的扰动，且根据式(12)可知，各通道的不平衡振动量之间有如下关系：

由此在通用扩张状态观测器的基础上，对应四个控制通道，设计四个并联并具有耦合项的扰动分离状态观测器，同步精确估计系统各通道的位移、不平衡量及其他扰动。观测器输入为AD采样位移传感器信号得到的数字量(x₁,x₂,x₃,x₄)^T及各通道控制量(u_ax,u_bx,u_ay,u_by)^T，具体设计如下：

式中，(z₁,z₆,z₁₁,z₁₆)^T为传感器测得的转子位移信号(s_ax,s_bx,s_ay,s_by)^T，经AD采样后的数字信号的估计量；(z₂,z₇,z₁₂,z₁₇)^T为对应四通道数字位移信号一阶微分的估计量；(z₃,z₈,z₁₃,z₁₈)^T为对应四通道数字位移信号二阶微分的估计量；(z₄,z₉,z₁₄,z₁₉)^T为对应四通道的不平衡振动估计量； (z₅,z₁₀,z₁₅,z₂₀)^T为对应四通道除不平衡扰动外，其他外部和内部扰动总和的估计量；系数β₁,β₂,β₃,β₄的选取可参考传统线性扩张状态观测器整定方法；参数b_a0、b_b0与系统模型输入和传感器增益有关。图4所示为对应ax通道观测器的基本结构图，其中参数：

其他各通道的观测器具有相同形式，可根据式(15)确定各参数。

4)利用观测器的估计量可进一步设计自抗扰控制器。由上述建模过程可知，若控制转子绕惯性轴旋转，四通道的控制目标(I_ax,I_bx,I_ay,I_by)^T可表示为：

式中，(O_ax,O_bx,O_ay,O_by)^T为控制转子绕几何轴旋转时的控制目标。在保证控制性能的前提下，可放弃三阶微分项，适当简化控制器结构。图5所示为单通道的控制器框图，其他通道具有相同结构。控制律可表示为：

其中，控制目标的微分项可通过线性跟踪微分器获得。图5为ax通道自抗扰控制器的结构框图，其他通道控制器具有相同的形式，可根据式(18)确定各参数。在此控制律下，不仅可使转子绕惯性轴旋转，而且能抑制除不平衡振动之外的其他扰动，实现系统的极微振动控制。

基于同一发明构思，本公开实施例还提供了一种磁悬浮转子系统极微振动控制装置。该控制装置可用于执行上述任一种控制方法，因此，该控制装置也具有上述任一种控制方法所具有的有益效果，相同之处可参照上文中对控制方法的解释说明进行理解，下文中不在赘述。

示例性地，图6为本公开实施例提供的一种磁悬浮转子系统极微振动控制装置的结构示意图。参照图6，该控制装置包括：转子动力学模型获取模块610，用于获取质心位置处的转子动力学模型；不平衡振动模型获取模块620，用于基于转子动力学模型获取磁轴承位置处的不平衡振动模型；位移测量信号转换模块630，用于将实时获取到的转子的位置信息转换为磁轴承位置处的位移测量信号；系统模型建立模块 640，用于基于不平衡振动模型和位移测量信号，建立系统模型；扰动分离扩张状态观测器建立模块650，用于基于系统模型，建立系统模型信息辅助的扰动分离扩张状态观测器；参量获取模块660，用于基于扰动分离扩张状态观测器，获取各通道的位移、不平衡量及其他扰动参量；自抗扰控制器建立模块670，用于基于位移、不平衡量以及其他扰动参量，建立自抗扰控制器。

本公开实施例提供的控制装置中，转子动力学模型获取模块610 和不平衡振动模型获取模块620可获取质心位置处的转子动力学模型，并推导得到磁轴承位置处的不平衡振动模型；位移测量信号转换模块630可利用位移传感器实时获取转子位置信息，通过坐标变换转化为轴承位置处的位移测量信号；系统模型建立模块640、扰动分离扩张状态观测器建立模块650、参量获取模块660以及自抗扰控制器建立模块 670可基于上述不平衡振动模型和位移测量信号建立系统模型，并建立系统模型信息辅助的扰动分离状态观测器，同步精确估计转子系统各通道的位移、不平衡量及其他扰动，并利用上述观测器得到的估计量设计自抗扰控制器。如此，可在抑制除不平衡振动之外的其他扰动的同时，使转子绕惯性轴旋转，实现系统的极微振动控制。即，该控制方法克服了轴承刚度变化对振动抑制效果的影响，并观测抑制其他集合扰动，实现极微振动控制。

该控制装置中，建立的观测器为扰动分离扩张状态观测器，该观测器是在传统无模型信息的扩张状态观测器的基本形式下，通过引入系统模型相关信息，并将扰动分类为可建模扰动与不可建模扰动；将基本形式中的集合扰动分为并联的两个状态量，进而同步估计扰动信息，可实现在上述转子系统中同时观测不平衡量与其他扰动参量。

同时，该控制装置中，建立的控制器为自抗扰控制器，其设计可利用上述观测估计的不平衡量与基本目标值相加作为新的控制目标。可选用跟踪微分器获得目标的跟踪信号和微分信号，如图3。进而结合观测的其他干扰，设计自抗扰控制率；保证系统将可观测的扰动消除，提高控制系统鲁棒性和稳定性。

在一实施例中，图7为本公开实施例提供的另一种磁悬浮转子系统极微振动控制装置的结构示意图。在图6的基础上，参照图7，该控制装置还可包括功放建模模块680；功放建模模块680用于获取系统中的功率放大器的传递函数、基于传递函数，获取由各通道控制量表示的磁轴承线圈电流以及基于磁轴承线圈电流对系统模型进行处理，得到包含功放环节的系统模型。

在一实施例中，功放建模模块680包括：传递函数获取子模块681，用于获取系统中的功率放大器的传递函数；磁轴承线圈电流获取子模块682，用于基于传递函数，获取由各通道控制量表示的磁轴承线圈电流；系统模型优化子模块683，用于基于磁轴承线圈电流对系统模型进行处理，得到包含功放环节的系统模型。

如此，通过系统模型进行优化，有利于使得系统模型更接近系统实际结构，从而有利于提高该控制装置的对极微振动的控制准确性。

在上述实施方式的基础上，本公开实施例还提供了一种磁悬浮转子系统，包括上述任一种控制装置。因此，该磁悬浮转子系统也具有上述控制装置和控制方法所具有的有益效果，相同之处可参照上文中对控制方法和控制装置的解释说明进行理解，在此不赘述。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种磁悬浮转子系统极微振动控制方法，其特征在于，包括：

获取质心位置处的转子动力学模型；

基于所述转子动力学模型获取磁轴承位置处的不平衡振动模型；

实时获取转子的位置信息，转换为磁轴承位置处的位移测量信号；

基于所述不平衡振动模型和所述位移测量信号，建立系统模型；

基于系统模型，建立系统模型信息辅助的扰动分离扩张状态观测器；

基于所述扰动分离扩张状态观测器，获取各通道的位移、不平衡量及其他扰动参量；

基于所述位移、所述不平衡量以及所述其他扰动参量，建立自抗扰控制器；

其中，所述基于所述位移、所述不平衡量以及所述其他扰动参量，建立自抗扰控制器，具体包括：

基于所述位移、所述不平衡量以及所述其他扰动参量，确定位移的一阶微分的估计量、二阶微分的估计量、不平衡振动估计量以及除不平衡扰动外，其他外部和内部扰动总和的估计量；

基于所述位移的一阶微分的估计量、所述二阶微分的估计量、所述不平衡振动估计量以及除不平衡扰动外，其他外部和内部扰动总和的估计量，建立自扰控制器。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，还包括：

获取系统中的功率放大器的传递函数；

基于所述传递函数，获取由各通道控制量表示的磁轴承线圈电流；

基于所述磁轴承线圈电流对所述系统模型进行处理，得到包含功放环节的系统模型。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述基于系统模型，建立系统模型信息辅助的扰动分离扩张状态观测器，包括：

基于所述系统模型，获取各通道的不平衡振动量之间的关系；

建立四个并联并具有耦合项的扰动分离状态观测器。

4.一种磁悬浮转子系统极微振动控制装置，其特征在于，包括：

转子动力学模型获取模块，用于获取质心位置处的转子动力学模型；

不平衡振动模型获取模块，用于基于所述转子动力学模型获取磁轴承位置处的不平衡振动模型；

位移测量信号转换模块，用于将实时获取到的转子的位置信息转换为磁轴承位置处的位移测量信号；

系统模型建立模块，用于基于所述不平衡振动模型和所述位移测量信号，建立系统模型；

扰动分离扩张状态观测器建立模块，用于基于系统模型，建立系统模型信息辅助的扰动分离扩张状态观测器；

参量获取模块，用于基于所述扰动分离扩张状态观测器，获取各通道的位移、不平衡量及其他扰动参量；

自抗扰控制器建立模块，用于基于所述位移、所述不平衡量以及所述其他扰动参量，建立自抗扰控制器。

5.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，还包括功放建模模块；

所述功放建模模块用于获取系统中的功率放大器的传递函数、基于所述传递函数，获取由各通道控制量表示的磁轴承线圈电流以及基于所述磁轴承线圈电流对所述系统模型进行处理，得到包含功放环节的系统模型。

6.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，功放建模模块包括：

传递函数获取子模块，用于获取系统中的功率放大器的传递函数；

磁轴承线圈电流获取子模块，用于基于所述传递函数，获取由各通道控制量表示的磁轴承线圈电流；

系统模型优化子模块，用于基于所述磁轴承线圈电流对所述系统模型进行处理，得到包含功放环节的系统模型。

7.一种磁悬浮转子系统，其特征在于，包括权利要求4-6任一项所述的控制装置。

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