CN112803852A - 变步长变角度搜索遗传算法优化转子振动补偿系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开无轴承永磁同步电机的变步长变角度搜索遗传算法优化转子振动补偿系统及方法，转速作为改进的陷波器的输入，改进的陷波器输出的是转子x，y方向上与转子同频的振动信号的正弦系数和余弦系数，正弦和余弦系数输入到不平衡补偿模块中，不平衡补偿模块将振动总幅值与振动目标值作比较，若振动总幅值大于振动目标值，则对转子振动采用变步长变角度搜索方法进行补偿控制，当后一步振动比前一步振动小时，增加步长和角度，当后一步振动比前一步振动大时，角度变90°且步长变为初始搜索步长，以此不断改变搜索角度和方向得到辨识系数，计算出最优补偿电流；加快了转子振动补偿的反应速度，能在电机全转速运行情况下进行转子振动补偿。

Description

变步长变角度搜索遗传算法优化转子振动补偿系统及方法

技术领域

本发明涉及无轴承永磁同步电机的控制技术，具体是无轴承永磁同步电机的转子偏移和振动控制，改进了传统定步长定角度搜索算法，对转子不平衡作补偿控制。

背景技术

无轴承永磁同步电机是一种利用悬浮绕组提供悬浮力，转矩绕组提供转矩使转子悬浮旋转的电机，因此无轴承永磁同步电机具备无摩擦、无磨损、无需润滑、高转速及高精度等优点，在离心机、密封泵、涡轮分子泵、飞轮储能、半导体工业、生命科学及航空航天等高新技术领域具有重要的应用价值。对于无轴承永磁同步电机的转子来说，在一定程度上都会存在着质量不平衡，即质心和形心没有能够完全重合的问题，所以当转子转动时会产生和转子相同频率的激振力，这个力会使转子失去平衡，偏移原来的位置，从而导致转子径向振动。当转速达到一定程度时，不平衡振动的幅值会超过气隙，转子与定子发生摩擦，使得系统不能够正常工作，因此，对无轴承永磁同步电机中悬浮转子的振动补偿显得至关重要。

针对转子振动补偿控制大致可分为以下两种情况：第一种是作用力最小准则，第二类是振动位移最小准则。第一类作用力最小准则就是使得闭环控制系统中通频激振力最小，让转子围绕惯性轴旋转，也就是说在反馈信号进入控制器之前，通过消除反馈信号中的振动信号来实现，作用力最小准则利用的是凹陷滤波器技术，其原理是在闭环控制的前向通道中加入一个稳定的控制器，这个控制器将与转速同频的信号滤除，而让其他信号基本上不衰减通过，这样在陷波器设定的很窄的频带范围内悬浮转子的阻尼与刚度很小，转子的振动也会减小。第二类位移最小准则补偿技术就是将补偿信号加到闭环系统控制器的输出信号上，强迫转子绕其几何中心旋转，相当于在转子上加上一个反质量去抵消转子的质量不平衡，有效抵消由转子质量不平衡引起的离心力。第一类补偿控制不能够满足转子旋转精度高的要求，第二类补偿响应不够快，反应不够灵敏。因此需要一种既能够适应多场合又能使其补偿效果达到最佳的补偿控制策略，在第二类补偿控制下加快振动补偿速度。

传统的定步长搜索是以一定的步长开始搜索，搜索角度固定，如果后一步比前一步的振动小，则搜索方向和步长保持不变，如果后一步比前一步振动大，搜索角度改变90°，搜索步长不变。在传统的定步长搜索算法中，它的搜索步长一直不变，所以减慢了它的补偿速度，如果在搜索过程中不断改变步长和角度，则可以加快它的补偿速度。

发明内容

本发明的目的是为了克服无轴承永磁同步电机工作时转子出现的振动和偏心等缺点，尤其是电机工作在不同转速情况下，因为偏移和振动带来的转子不能够高精度定位等问题，提出一种基于变步长变角度搜索遗传算法优化的转子振动补偿系统以及转子振动补偿方法，根据变步长变角度迭代搜索辨识转子的振动系数，当搜索收敛于某一区域时利用遗传算法选择最优解，计算出转子振动所需要的补偿电流，实现对转子在不同转速下的高精度振动补偿。

本发明所提供的变步长变角度搜索遗传算法优化转子振动补偿系统采用的技术方案是：包括转矩控制部分和悬浮力控制部分，采用光电编码器检测无轴承永磁同步电机的转速ω，转速ω作为改进的陷波器的输入，改进的陷波器输出的是转子x，y方向上与转子同频的振动信号的正弦系数a_AX，a_AY和余弦系数b_AX，b_AX，改进的陷波器的输出端连接不平衡补偿模块的输入端，正弦系数a_AX，a_AY和余弦系数b_AX，b_AX输入到不平衡补偿模块，不平衡补偿模块输出的是x方向和y方向的最优补偿电流i_c-x-B和i_c-y-B，最优解补偿电流i_c-x-B和i_c-y-B输入到所述的悬浮力控制部分中。

所述的改进的陷波器包括依次串联的正弦第一乘法模块、正弦第一积分模块和正弦第二乘法模块以及依次串联的余弦第一乘法模块、余弦第一积分模块和余弦第二乘法模块，正弦第二乘法模块和余弦第二乘法模块的输出端均连接不平衡补偿模块的输入端，正弦第二乘法模块输出的是所述的正弦系数a_AX，a_AY，余弦第二乘法模块(122)输出的是所述的余弦系数b_AX，b_AY。

所述的正弦系数a_AX，a_AY和余弦系数b_AX，b_AY是：

本发明所提供的变步长变角度搜索遗传算法优化转子振动补偿方法采用的技术方案是包括以下步骤：

步骤1)：不平衡补偿模块基于正弦系数a_AX，a_AY和余弦系数b_AX，b_AY计算出转子振动总幅值A(k)；

步骤2)：将振动总幅值A(k)与振动目标值A_obj作比较，若振动总幅值A(k)值大于振动目标值A_obj，则对转子振动采用变步长变角度搜索方法进行补偿控制，采用变步长变角度搜索方法是：当后一步振动比前一步振动小时，增加步长和角度，当后一步振动比前一步振动大时，角度变90°且步长变为设定的初始搜索步长，以此不断改变搜索角度和方向，得到x方向和y方向的辨识系数分别为α_AX，β_AX和α_AY，β_AY；

步骤3)：采用遗传算法对辨识系数α_AX，β_AX，α_AY，β_AY优化，得到辨识系数最优解α_AX-B，β_A，α_AY-B，β_AY-B；

步骤4)：根据辨识系数最优解α_AX-B，β_AX-B，α_AY-B，β_AY-B进行计算出x方向和y方向的最优补偿电流i_c-x-B和i_c-y-B并输出。

所述的变步长变角度搜索方法中，若第k步的振动总幅值A(k)小于第k-1步的振动总幅值A(k-1)，搜索步长增大一个步长差ΔR_k，搜索角度增大Δθ_k，若第k步的振动总幅值A(k)大于或等于振动总幅值A(k-1)，搜索角度顺时针改变90°且搜索步长为R，所述的

所述的

R_k-1为k-1时刻的步长，θ_k-1为k-1时刻的角度。

本发明采用上述技术方案后的优点是：

1、本发明采用变步长变角度迭代搜索加快了转子振动补偿的反应速度，能够在电机全转速运行的情况下进行转子振动补偿，提高了系统的可靠性，保证了电机的正常运行。

2、采用遗传算法对搜索结果择优，使得搜索精度更高，得到的补偿电流更加精确，最大程度上抑制了转子的振动和偏移，确保了无轴承永磁同步电机的高精度性能。

3、转子振动补偿可以在较大转速范围内实现转子的振动补偿，能够应用于多种场合。

4、由于本发明的振动补偿是利用悬浮绕组的电流所产生的麦克斯韦力去平衡离心力，所以不需要外加设备去平衡转子，只需要通过软件控制算法实现，调试较为方便。

5、本发明能在最大程度上抑制转子振动的基础上，保证系统其他部分稳定运行的可靠性，补偿速度较快和对系统干扰小。

附图说明

图1是本发明所提供的变步长变角度搜索遗传算法优化转子振动补偿系统的结构控制框图；

图2是图1中的改进的陷波器的改进结构和原理框图：

图3是图1中的不平衡补偿模块9的补偿方法流程图；

图4是图3中变步长变角度搜索辨识系数的方法流程图；

图5是传统的定步长搜索和图4中变步长变角度搜索的过程对照示意图；

图6是图3中遗传算法选择最优解的方法流程图；

图中：3.力/电流变换模块；4.转矩控制模块；5.悬浮力控制模块；7.光电编码器；8.改进的陷波器；9.不平衡补偿模块；21、22.PID模块；23.PI模块；61、62.CLARK/PARK变换模块；101.正弦第一乘法模块；102.余弦第一乘法模块；111.正弦第一积分模块；112.余弦第一积分模块；121.正弦第二乘法模块；122.余弦第二乘法模块；131.正弦第三乘法模块；132.余弦第三乘法模块。

具体实施方式

参见图1，本发明所述的变步长变角度搜索遗传算法优化转子振动补偿系统(以下简称振动补偿系统)包括转矩控制部分、悬浮力控制部分、改进的陷波器8以及不平衡补偿模块9。其中，转矩控制部分和悬浮力控制部分均是无轴承永磁同步电机控制系统的常规控制部分。转矩控制部分由转矩控制模块4、CLARK/PARK变换模块61以及PI模块23组成，悬浮力控制部分由悬浮力控制模块5、CLARK/PARK变换模块62、力/电流变换模块3以及两个PID模块21、22组成。

对于转矩控制部分，由转矩控制模块4输出三相转矩控制电流i_Ma，i_Mb，i_Mc控制无轴承永磁同步电机的转矩绕组，三相转矩控制电流i_Ma，i_Mb，i_Mc经CLARK/PARK变换模块61变换为dq轴坐标系下的转矩反馈电流i_Mq，i_Md。采用光电编码器7检测无轴承永磁同步电机的转速ω，将转速ω和参考转速ω*作差得到转速差，将转速差输入到PI模块23中得到参考转矩电流i_Mq ^*，设定参考转矩电流i_Md ^*为0。将q轴坐标系下的参考转矩电流i_Mq ^*，i_Md ^*与dq轴坐标系下的转矩反馈电流i_Mq，i_Md对应地作差得到电流差，电流差作为转矩控制模块4的输入，转矩控制模块4输出所述的三相转控制电流i_Ma，i_Mb，i_Mc给无轴承永磁同步电机。

将光电编码器7检测到的无轴承永磁同步电机的转速ω输入到改进的陷波器8中，作为改进的陷波器8的输入，经改进的陷波器8处理后得到与转子同频的振动信号的正弦系数a_AX，a_AY和余弦系数b_AX，b_AX。改进的陷波器8的输出端连接不平衡补偿模块9的输入端，将正弦系数a_AX，a_AY和余弦系数b_AX，b_AX输入到不平衡补偿模块9中，经不平衡补偿模块9处理后得到x方向和y方向的最优补偿电流i_c-x-B和i_c-y-B，不平衡补偿模块9将最优解补偿电流i_c-x-B和i_c-y-B输入到所述的悬浮力控制部分中。

对于悬浮力控制部分，由悬浮力控制模块5输出三相悬浮力控制电流i_Ba，i_Bb，i_Bc控制无轴承永磁同步电机的悬浮力绕组，该三相悬浮力控制电流i_Ba，i_Bb，i_Bc经CLARK/PARK变换模块62变换为dq轴坐标系下的悬浮力反馈电流i_Bd，i_Bq。同时，采用位移传感器检测无轴承永磁同步电机的实际位移x，y，将实际位移x、y和设定的参考位移x*，y*作差(参考位移x*，y*一般都设定为0)，作差得到的位移差经过PID模块21、22后得到x，y方向的参考悬浮力F_x ^*，F_y ^*，参考悬浮力F_x ^*，F_y ^*输入力/电流变换模块3中，经力/电流变换模块3的变换得到x，y方向的悬浮力参考电流i_Bd ^*，i_Bq ^*，为dq轴坐标系下的电流。将悬浮力参考电流i_Bd ^*，i_Bq ^*和不平衡补偿模块9输入的x方向和y方向的最优补偿电流i_c-x-B，i_c-y-B相加后再与CLARK/PARK变换模块62输出的悬浮反馈电流i_Bd，i_Bq作差，得到悬浮力输入电流i_c-Bd，i_c-Bq为：

将悬浮力输入电流i_c-Bd，i_c-Bq作为悬浮力控制模块5的输入信号，悬浮力控制模块5输出所述的三相悬浮力控制电流i_Ba，i_Bb，i_Bc给无轴承永磁同步电机。

参见图2，改进的陷波器8由正弦乘法模块、正弦积分模块以及余弦乘法模块和余弦积分模块组成。其中，正弦第一乘法模块101、正弦第一积分模块111和正弦第二乘法模块121依次串联；余弦第一乘法模块102、余弦第一积分模块112和余弦第二乘法模块122依次串联。正弦第二乘法模块121的输出端直接连接不平衡补偿模块9的输入端，正弦第二乘法模块121输出的是x方向和y方向的正弦系数a_AX，a_AY，将x方向和y方向的正弦系数a_AX，a_AY输入到不平衡补偿模块9中。同理，余弦第二乘法模块122的输出端直接连接不平衡补偿模块9的输入端，余弦第二乘法模块122输出的是x方向和y方向的余弦系数b_AX，b_AY，将余弦系数b_AX，b_AY输入到不平衡补偿模块9中。而传统的陷波器是在正弦第二乘法模块121之后再串联一个正弦第三乘法模块131，在余弦第二乘法模块122之后再串联一个余弦第三乘法模块132。正弦第三乘法模块131和余弦第三乘法模块132输出的是同频不平衡振动信号。因此，本发明在传统的陷波器的基础上，将输入信号经过第一乘法模块、第一积分模块和第二乘法模块之后就直接输出正弦系数a_AX，a_AY以及余弦系数b_AX，b_AY。由此可见，本发明中的改进的陷波器8去掉了传统的陷波器中的正弦第三乘法模块131和余弦第三乘法模块132，将正弦系数a_AX，a_AY以及余弦系数b_AX，b_AY直接输出给不平衡补偿模块9。

电机在旋转时，当转子发生振动，光电编码器7测得的转速ω送入到改进的陷波器8中，作为改进的陷波器8的输入，由改进的陷波器8产生和转子同频的正弦信号sinωt和余弦信号cosωt，正弦信号sinωt输入到对应的正弦第一乘法模块101和正弦第二乘法模块121中，余弦信号cosωt输入到对应的余弦第一乘法模块102和余弦第二乘法模块122中。由此得到正弦系数a_AX，a_AY以及余弦系数b_AX，b_AY如下：

式中：a_AX为转子x方向上与转子同频的振动信号的正弦系数；a_AY为转子y方向上与转子同频的振动信号的正弦系数；b_AX为转子x方向上与转子同频的振动信号的余弦系数；b_AY为转子y方向上与转子同频的振动信号的余弦系数；ω为转子的转速。

如图3所示，不平衡补偿模块9根据正弦系数a_AX，a_AY和余弦系数b_AX，b_AY，计算出x方向和y方向上的振动幅值分别为：

式中：A_AX(k)，A_AY(k)分别是转子在第k时刻x和y方向的振动幅值。

再计算出转子振动总幅值为：

式中：A(k)为转子在第k时刻的振动总幅值，也是第k步的振动总幅值。

参见图3和图4所示，不平衡补偿模块9得到振动总幅值A(k)后，将振动总幅值A(k)与振动目标值A_obj作比较，根据振动目标值A_obj和实际的振动总幅值A(k)的比较结果再进行变步长变角度搜索补偿。若振动总幅值A(k)值大于振动目标值A_obj，则对转子振动进行补偿控制，反之不工作。理论上振动目标值A_obj可以取0，但考虑实际过程中并不需要转子振动为0，所以振动目标值A_obj可以取个很小的值。当不平衡补偿模块9对转子振动进行补偿控制时，基于所述的振动总幅值A(k)，采用变步长变角度搜索方法获得两个x方向和两个y方向的辨识系数分别为α_AX，β_AX和α_AY，β_AY。

变步长变角度搜寻路径如图5所示，当后一步振动比前一步振动小的时候，步长增加和角度增加，当后一步振动比前一步振动大的时候，角度变90°，步长变为设定的固定不变的初始搜索步长，以此来不断改变搜索角度和方向，得到达到要求的辨识系数。以搜索x方向的辨识系数α_AX，β_AX为例，首先对x方向的辨识系数α_AX，β_AX进行初始化，设定初始值(α_AX,β_AX)₀＝(0,0)，初始搜索角度θ₀为0°，初始搜索步长R为0。若第k步的转子振动比第k-1步的小，即第k步的振动总幅值A(k)小于第k-1步的振动总幅值A(k-1)，搜索步长增大一个步长差ΔR_k，搜索角度增大Δθ_k，本发明中的第k步等同于转子在第k时刻。若第k步的转子振动大于或等于第k-1步的振动，即振动总幅值A(k)大于或等于振动总幅值A(k-1)，搜索角度顺时针改变90°且搜索步长为R。其中，步长差ΔR_k和角度差Δθ_k分别为：

式中：ΔR_k为第k步和第k-1步的步长差；A(k-1)为k-1时刻的转子振动总幅值；R_k和R_k-1分别为k和k-1时刻的步长；Δθ_k为第k步和第k-1步的角度差；θ_k和θ_k-1分别为k和k-1时刻的角度。

搜索x方向的辨识系数α_AX，β_AX具体过程是是：

当k＝1时，将第1步的振动总幅值A_AX(1)和振动目标值A_obj进行比较，若第一次补偿后振动总幅值A_AX(1)小于或等于A_obj，则中止并退出；若第一次补偿后A_AX(1)大于A_obj，则执行变步长变角度搜索：若满足A_AX(1)＜A_AX(0)，即第一次补偿后振动总幅值A_AX(1)小于初始振动总幅值A_AX(0)，则以(α_AX,β_AX)₀为起点，搜索步长增加ΔR₁，搜索角度增加Δθ₁，得到辨识系数(α_AX,β_AX)₁。反之，若A_AX(1)≥A_AX(0)，即第一次补偿后振动总幅值A_AX(1)大于或等于初始振动总幅值A_AX(0)，则以(α_AX,β_AX)₀为起点搜索步长为R，搜索角度顺时针改变90°。其中，(α_AX,β_AX)₁为第一次搜索得到的辨识系数；ΔR₁为第一次变化的步长；Δθ₁为第一次变化的角度。

当k＝2时，将第2步的振动总幅值A_AX(2)和振动目标值A_obj进行比较，若A_AX(2)小于或等于A_obj，则搜索中止并退出，若第二次补偿后A_AX(2)大于A_obj，则执行变步长变角度搜索：若满足A_AX(2)＜A_AX(1)，即第二次补偿后振动总幅值小于第一次补偿后振动总幅值，则以(α_AX,β_AX)₁为起点搜索步长增加ΔR₂，搜索角度增加Δθ₂，得到辨识系数(α_AX,β_AX)₂。若A_AX(2)≥A_AX(1)，即第二次补偿后振动总幅值大于或等于第一次补偿后振动总幅值，则以(α_AX,β_AX)₁为起点搜索步长为R，搜索角度顺时针改变90°。其中，(α_AX,β_AX)₂为第二次搜索得到的辨识系数；ΔR₂为第二次变化的步长；Δθ₂为第二次变化的角度。

当k＝3时，将第3步的振动总幅值A_AX(3)和A_obj进行比较，若A_AX(3)小于或等于A_obj，则搜索中止，则搜索中止并退出，若A_AX(3)大于A_obj，则执行变步长变角度搜索：若满足A_AX(3)＜A_AX(2)，即第三次补偿后振动总幅值小于第二次补偿后振动总幅值，则以(α_AX,β_AX)₂为起点搜索步长增加ΔR₃，搜索角度增加Δθ₃，得到辨识系数(α_AX,β_AX)₃。若A_AX(3)≥A_AX(2)，即第三次补偿后振动总幅值大于或等于第二次补偿后振动总幅值，则以(α_AX,β_AX)₂为起点搜索步长为R，搜索角度顺时针改变90°。其中，(α_AX,β_AX)₃为第三次搜索得到的辨识系数；ΔR₃为第三次变化的步长；Δθ₃为第三次变化的角度。

如此依次地递增步数k，重复地执行变步长变角度搜索步骤，直至搜索到的辨识系数α_AX，β_AX收敛在正方形ABDC收敛域内，则停止搜索，获得收敛域里的x方向的辨识系数α_AX，β_AX。

同理，采用雷同的变步长变角度搜索方法获得收敛域里的y方向的辨识系数α_AY，β_AY。

和定步长定角度搜索的比较，由图5中示出的搜索路径可以看出本发明中的变步长变角度迭代搜索得到的辨识系数可以增加搜索速度，搜索速度得到很大的提升。

收敛域里的x方向的辨识系数α_AX，β_AX和y方向的辨识系数α_AY，β_AY精度不够高，再采用遗传算法对其作进一步优化。遗传算法通过适应度函数来评价个体优劣。在正方形ABDC中选取收敛域中的有限个数进行二进制编码，来作为要进行求解的群体。如图5和图6所示，其中，选择是与遗传算法中的选择算子进行对应。交叉是对应的算法中的交叉算子，即基因重组产生一组新解。变异对应算法中的变异算子，即编码的一个分量发生变化的过程。首先，进行二进制编码产生初始种群，参考图5，横坐标范围是C点横坐标到B点横坐标，纵坐标范围是C点纵坐标到A点纵坐标，在这个范围段横纵坐标各取八等分，取64个辨识系数，横坐标编码范围为000-111，纵坐标编码范围为000-111，群体规模大小取4，群体由16个个体组成，每个个体可通过随机方法产生。由这64个辨识系数作为初始种群，进入下一步，gen从0开始计数，利用目标函数值作为个体的适应度。若达到适应度精度则输出结果，若没有达到对应精度，则执行选择操作，将四组计算结果求和，再将每一组的结果除以所有样本的结果总和得到一个概率百分数，概率百分数越大则适应度更好，则能将该个体复制到下一代种群中。选择操作完之后进行交叉操作，采用单点交叉方法，先对群体随机配对，如两个二进制编码110110和101011，1和4进行交叉即110、110、101、011进行交叉，重新组合后即变成新的两个个体110011和101110。交叉操作完毕后进行变异操作。随机确定变异点的位置，将原有编码值取反，得到新一代群体，依次循环，达到指定代数精度，最终输出满足条件的x方向和y方向的辨识系数最优解α_AX-B，β_A，α_AY-B，β_AY-B。

不平衡补偿模块9基于辨识系数最优解α_AX-B，β_AX-B，α_AY-B，β_AY-B进行最优补偿电流的计算，得到x方向和y方向的最优补偿电流i_c-x-B，i_c-y-B，计算过程如下：

要实现转子振动补偿即需要一个与不平衡力等大且反向的悬浮力，悬浮力由悬浮电流产生。不平衡力计算公式如下：

式中：M为转子的质量；ω为转速；ρ为转子惯性轴相对于几何中心轴的偏心距；β₀为初始相位角；F_x1为x方向上的不平衡力；F_y1为y方向上的不平衡力。

悬浮力计算公式如下：

式中：μ_ME为转矩绕组和永磁体磁场合成等效磁场磁动势的初相位；μ_B为悬浮绕组对应悬浮磁场磁动势的初相位；i_x和i_y为控制悬浮力x和y方向的悬浮力电流，m为和电机有关的常数(由转矩绕组电流幅值、转矩绕组和悬浮绕组匝数以及转子的半径和长度相乘再乘以4.5即可求得)，F_x是x方向上的悬浮力，F_y是y方向上的悬浮力。

要达到转子振动补偿的目的就要通过控制悬浮力将不平衡力抵消，根据公式(7)和(8)的悬浮力和不平衡力的计算公式可以得出以下x和y方向的悬浮力电流如下：

若要实现转子振动补偿就要使得补偿电流产生的悬浮力等于不平衡力，此时的补偿电流计算和悬浮电流计算一致。将转速ω看作变量，其余未知量的乘积设为辨识系数，则能够得到辨识系数和电流的关系，根据辨识系数最优解，则得到x方向和y方向的最优补偿电流i_c-x-B和i_c-y-B和辨识系数最优解α_AX-B，β_AX-B，α_AY-B，β_AY-B关系计算公式如下：

不平衡补偿模块9将得到的x方向和y方向的最优补偿电流i_c-x-B和i_c-y-B输入图1中的悬浮力控制部分，与悬浮力参考电流i_Bd ^*，i_Bq ^*和悬浮力反馈电流i_Bd，i_Bq共同作用得到所述的悬浮力输入电流i_c-Bd，i_c-Bq，经过悬浮力控制模块5实现对悬浮力的控制来达到消除不平衡力的目的，即可实现转子的振动补偿。

Claims (9)

1.一种变步长变角度搜索遗传算法优化转子振动补偿系统，转矩控制部分和悬浮力控制部分，采用光电编码器(7)检测无轴承永磁同步电机的转速ω，其特征是：转速ω作为改进的陷波器(8)的输入，改进的陷波器(8)输出的是转子x，y方向上与转子同频的振动信号的正弦系数a_AX，a_AY和余弦系数b_AX，b_AX，改进的陷波器(8)的输出端连接不平衡补偿模块(9)的输入端，正弦系数a_AX，a_AY和余弦系数b_AX，b_AX输入到不平衡补偿模块(9)，不平衡补偿模块(9)输出的是x方向和y方向的最优补偿电流i_c-x-B和i_c-y-B，最优解补偿电流i_c-x-B和i_c-y-B输入到所述的悬浮力控制部分中。

2.根据权利要求1所述的变步长变角度搜索遗传算法优化转子振动补偿系统，其特征是：所述的改进的陷波器(8)包括依次串联的正弦第一乘法模块(101)、正弦第一积分模块(111)和正弦第二乘法模块(121)以及依次串联的余弦第一乘法模块(102)、余弦第一积分模块(112)和余弦第二乘法模块(122)，正弦第二乘法模块(121)和余弦第二乘法模块(122)的输出端均连接不平衡补偿模块(9)的输入端，正弦第二乘法模块(121)输出的是所述的正弦系数a_AX，a_AY，余弦第二乘法模块(122)输出的是所述的余弦系数b_AX，b_AY。

3.根据权利要求2所述的变步长变角度搜索遗传算法优化转子振动补偿系统，其特征是：所述的正弦系数a_AX，a_AY和余弦系数b_AX，b_AY是：

4.根据权利要求1所述的变步长变角度搜索遗传算法优化转子振动补偿系统，其特征是：所述的悬浮力控制模块(5)输出三相悬浮力控制电流i_Ba，i_Bb，i_Bc控制无轴承永磁同步电机的悬浮力绕组，三相悬浮力控制电流i_Ba，i_Bb，i_Bc经CLARK/PARK变换模块(62)变换为悬浮力反馈电流i_Bd，i_Bq，采用位移传感器检测无轴承永磁同步电机的实际位移x，y，将实际位移x、y和设定的参考位移x*，y*作差得到的位移差经过PID模块(21、22)后得到x，y方向的参考悬浮力F_x ^*，F_y ^*，参考悬浮力F_x ^*，F_y ^*输入力/电流变换模块(3)中，力/电流变换模块(3)得到x，y方向的悬浮力参考电流i_Bd ^*，i_Bq ^*，根据式

得到悬浮力输入电流i_c-Bd，i_c-Bq，将悬浮力输入电流i_c-Bd，i_c-Bq作为悬浮力控制模块(5)的输入。

5.一种如权利要求1所述的变步长变角度搜索遗传算法优化转子振动补偿系统的转子振动补偿方法，其特征是包括以下步骤：

步骤1)：不平衡补偿模块(9)基于正弦系数a_AX，a_AY和余弦系数b_AX，b_AY计算出转子振动总幅值A(k)；

步骤2)：将振动总幅值A(k)与振动目标值A_obj作比较，若振动总幅值A(k)值大于振动目标值A_obj，则对转子振动采用变步长变角度搜索方法进行补偿控制，采用变步长变角度搜索方法是：当后一步振动比前一步振动小时，增加步长和角度，当后一步振动比前一步振动大时，角度变90°且步长变为设定的初始搜索步长，以此不断改变搜索角度和方向，得到x方向和y方向的辨识系数分别为α_AX，β_AX和α_AY，β_AY；

步骤3)：采用遗传算法对辨识系数α_AX，β_AX，α_AY，β_AY优化，得到辨识系数最优解α_AX-B，β_A，α_AY-B，β_AY-B；

步骤4)：根据辨识系数最优解α_AX-B，β_AX-B，α_AY-B，β_AY-B进行计算出x方向和y方向的最优补偿电流i_c-x-B和i_c-y-B并输出。

6.根据权利要求5所述的转子振动补偿方法，其特征是：步骤1)中，不平衡补偿模块(9)根据式

计算出转子振动总幅值A(k)，其中，

7.根据权利要求5所述的转子振动补偿方法，其特征是：步骤2)中，所述的变步长变角度搜索方法中，若第k步的振动总幅值A(k)小于第k-1步的振动总幅值A(k-1)，搜索步长增大一个步长差ΔR_k，搜索角度增大Δθ_k，若第k步的振动总幅值A(k)大于或等于振动总幅值A(k-1)，搜索角度顺时针改变90°且搜索步长为R，所述的

所述的

R_k-1为k-1时刻的步长，θ_k-1为k-1时刻的角度。

8.根据权利要求7所述的转子振动补偿方法，其特征是：步骤2)中，依次地递增步数k，重复执行变步长变角度搜索步骤，直至搜索到的辨识系数α_AX，β_AX和α_AY，β_AY收敛在正方形ABDC收敛域内停止搜索。

9.根据权利要求5所述的转子振动补偿方法，其特征是：步骤4)中，所述的x方向和y方向的最优补偿电流i_c-x-B和i_c-y-B分别是：

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