磁軸承控制參數優化方法、控制系統及磁軸承技術方案

本申請涉及一種磁軸承控制參數優化方法、控制系統及磁軸承，系統包括控制組件、電流控制器、功率放大器、線圈、轉子、位移檢測模塊、電流檢測模塊；控制組件包括位置PID控制器及與之通訊連接的ITAE指標計算模塊；ITAE指標計算模塊用以實現磁軸承控制參數優化方法；電流控制器、功率放大器、線圈、電流檢測模塊依次連接構成內控制閉環；位置PID控制器、內制閉環、轉子、位移檢測模塊依次連接構成外控制閉環；本方法以ITAE為優化指標，通過單純形法更新參數，通過自動尋優，尋找一定范圍內的最優參數，進而改善控制效果，使得磁軸承轉子穩定而且高位移精度的懸浮，增強了控制的可靠性，提升軸承控制性能，在很大程度上提高了系統的穩定性。性。性。

【技術實現步驟摘要】
磁軸承控制參數優化方法、控制系統及磁軸承


[0001]本專利技術涉及磁軸承控制
，具體涉及一種磁軸承控制參數優化方法、控制系統及磁軸承。

技術介紹

[0002]磁軸承，是一種新型高性能軸承。與傳統滾珠軸承、滑動軸承以及油膜軸承相比，磁軸承不存在機械接觸，轉子可以達到很高的運轉速度，具有機械磨損小、能耗低、噪聲小、壽命長、無需潤滑、無油污染等優點，特別適用高速、真空、超凈等特殊環境。可廣泛用于機械加工、渦輪機械、航空航天、真空技術、轉子動力學特性辨識與測試等領域，被公認為極有前途的新型軸承。
[0003]磁軸承系統是由以下五部分組成：控制器、轉子、電磁鐵、傳感器和功率放大器。其中最為關鍵的部件就是控制器。控制器的性能基本上決定了整個磁懸浮軸承系統的性能。控制器的控制規律決定了磁軸承系統的動態性能以及剛度、阻尼和穩定性。
[0004]主動磁懸浮軸承
?
轉子系統(Active Magnetic Bearing，AMB)因其與傳統軸承
?
轉子系統相比具有無摩擦、能耗低等多項優點而備受關注。但其控制較為困難，軸承控制器的參數極大地影響了軸承控制系統的動態響應速度、控制帶寬以及系統運行的穩定性，使用PID 控制時，對PID參數整定較為困難。而在實際設計該參數的過程中，軸承控制涉及到控制算法，需要調節控制參數以保證優良的軸承控制性能，人為整定很難整定到最優的參數，無法保證一定參數范圍內的最優控制。

技術實現思路

[0005]本專利技術的目的是針對以上不足之處，提供了一種磁軸承控制參數優化方法、控制系統及磁軸承，該方法通過自動尋優，獲得一定參數范圍內的最優參數，從而增強控制的可靠性，提升軸承控制性能，提高系統的穩定性。
[0006]為解決上述技術問，本專利技術第一方面提供一種磁軸承控制參數優化方法，包括以下步驟：
[0007]S1:以磁軸承系統的PID控制器的kp為X軸，PID控制器的kd為Y軸，構建二維平面；
[0008]S2:設目標優化指標J
ITAE
，在所構建的二維平面中取不共線的三個點X0、X1、X2；其中，t為時間，e(t)為軸承轉子偏離參考位置X
ref
與實際反饋值X
fb
的差值；
[0009]S3:以三個點X0、X1、X2為頂點構建單純形；
[0010]S4:算出各個頂點的函數J
ITAE
值，記為f(X0)、f(X1)、f(X2)，設f(X0)>f(X1)>f(X2)；
[0011]S5:進行參數判斷；
[0012]若f(X0)
?
f(X2)<epsilon，輸出尋優結果，尋優結果為X0、X1、X2坐標值相加后的平均值；其中，epsilon為收斂誤差；
[0013]若不滿足f(X0)
?
f(X2)<epsilon，則用采用單純形法進行搜索。
[0014]進一步的，在步驟S2中，所選取的三個點均是根據經驗整定得到能穩定懸浮的PI 參數。
[0015]進一步的，在步驟S5中，所述采用單純形法進行搜索，包括以下步驟：
[0016]S51：取X1、X2的中點坐標為X3，在X0、X3的延長線上取坐標點X4，使X4
[0017]＝X3+delta(X3
?
X0)；其中，delta為反射系數；
[0018]S52：算出坐標點X4的函數J
ITAE
值，記為f(X4)；
[0019]S52：構建新單純形，并返回步驟S2。
[0020]進一步的，在步驟S52中，所述構建新單純形的方式包括擴張處理、回縮處理、壓縮處理和直接成形處理。
[0021]進一步的，所述擴張處理具體為；
[0022]若f(X4)<f(X2)，則繼續沿X0、X4方向向前搜索并取坐標點X5，使X5＝X3+
[0023]alpha(X3
?
X0)，其中，alpha為擴張因子；
[0024]若f(X5)<f(X4)，以X5代替X0，構成新單純形{X1，X2，X5}，并返回步驟S2；
[0025]若f(X5)>f(X4)，以X4代替X0，構成新單純形{X1，X2，X4}，并返回步驟S2。
[0026]進一步的，所述直接成形處理具體為；
[0027]若f(X2)<f(X4)<f(X1)，則以X4代替X0，構成新單純形{X1，X2，X4}，并返回步驟S2。
[0028]進一步的，所述回縮處理具體為；
[0029]若f(X1)<f(X4)<f(X0)，則取坐標點X6，使X6＝betaX4，其中，beta為壓縮因子；
[0030]以X6代替X0，構成新單純形{X1，X2，X6}，并返回步驟S2。
[0031]進一步的，所述壓縮處理具體為；
[0032]若f(X0)<f(X4)，則在X0、X3之間取坐標點X7，使X7＝X3
?
beta(X4
?
X0)，其中， beta為壓縮因子；
[0033]若f(X7)<f(X0)，以X7代替X0，構成新單純形{X1，X2，X7}，并返回步驟S2；
[0034]若不滿足(X7)<f(X0)，則以X2為中心進行縮邊，使頂點X0和X1向X2方向移動，形成新坐標點X8、X9，使X8＝(X0+X2)/2、X9＝(X1+X2)/2，以X8代替X0、以X9代替X1，構成新單純形{X2，X8，X9}，并返回步驟S2。
[0035]為解決上述技術問，本專利技術第二方面提供一種磁軸承控制系統，包括控制組件、電流控制器、功率放大器、線圈、轉子、位移檢測模塊、電流檢測模塊；
[0036]所述控制組件包括位置PID控制器及與之通訊連接的ITAE指標計算模塊；
[0037]所述ITAE指標計算模塊用以實現上述的磁軸承控制參數優化方法；
[0038]其中，電流控制器、功率放大器、線圈、電流檢測模塊依次連接構成內控制閉環；
[0039]其中，位置PID控制器、內制閉環、轉子、位移檢測模塊依次連接構成外控制閉環。
[0040]為解決上述技術問，本專利技術第三方面提供一種磁軸承，包括存儲有計算機程序的計算機可讀存儲介質和處理器，所述計算機程序被所述處理器讀取并運行時，實現上述的磁軸承控制參數優化方法。
[0041]與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果：以ITAE為優化指標，通過單純形法更新參數，通過自動尋優，尋找一定范圍內的最優參數，進而改善控制效果，使得磁軸承轉子穩定而且高位移精度的懸浮，增強了控制的可靠性，提升軸承控制性能，在很大程度上提高
了系統的穩定性。
附圖說明...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種磁軸承控制參數優化方法，其特征在于，包括以下步驟：S1:以磁軸承系統的PID控制器的kp為X軸，PID控制器的kd為Y軸，構建二維平面；S2:設目標優化指標J
ITAE
，在所構建的二維平面中取不共線的三個點X0、X1、X2；其中，t為時間，e(t)為軸承轉子偏離參考位置X
ref
與實際反饋值X
fb
的差值；S3:以三個點X0、X1、X2為頂點構建單純形；S4:算出各個頂點的函數J
ITAE
值，記為f(X0)、f(X1)、f(X2)，設f(X0)>f(X1)>f(X2)；S5:進行參數判斷；若f(X0)
?
f(X2)<epsilon，則輸出尋優結果，尋優結果為X0、X1、X2坐標值相加后的平均值；其中，epsilon為收斂誤差；若不滿足f(X0)
?
f(X2)<epsilon，則用采用單純形法進行搜索。2.根據權利要求1所述的磁軸承控制參數優化方法，其特征在于，在步驟S2中，所選取的三個點均是根據經驗整定得到能穩定懸浮的PI參數。3.根據權利要求1所述的磁軸承控制參數優化方法，其特征在于，在步驟S5中，所述采用單純形法進行搜索，包括以下步驟：S51：取X1、X2的中點坐標為X3，在X0、X3的延長線上取坐標點X4，使X4＝X3+delta(X3
?
X0)；其中，delta為反射系數；S52：算出坐標點X4的函數J
ITAE
值，記為f(X4)；S52：構建新單純形，并返回步驟S2。4.根據權利要求3所述的磁軸承控制參數優化方法，其特征在于，在步驟S52中，所述構建新單純形的方式包括擴張處理、回縮處理、壓縮處理和直接成形處理。5.根據權利要求4所述的磁軸承控制參數優化方法，其特征在于，所述擴張處理具體為；若f(X4)<f(X2)，則繼續沿X0、X4方向向前搜索并取坐標點X5，使X5＝X3+alpha(X3
?
X0)，其中，alpha為擴張因子；若f(X5)<f(X4)，以X5代替X0，構成新單純形{X...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李雪，陳俊能，胡叨福，
申請(專利權)人：珠海格力電器股份有限公司，
類型：發明
國別省市：