《強陀螺效應磁懸浮轉子的自平衡控制算法及收斂性分析》是依託北京航空航天大學，由魏彤擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：強陀螺效應磁懸浮轉子的自平衡控制算法及收斂性分析
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：魏彤
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
磁懸浮轉子具有重要套用前景，但強陀螺效應磁懸浮高速轉子的自平衡控制問題迄今未有效解決，將影響磁軸承的進一步推廣。本項目針對具有動、靜不平衡的強陀螺效應磁懸浮轉子，立足動力學機理分析，研究自主的完全自平衡控制算法：(1)建立強陀螺效應磁懸浮轉子系統動力學模型，包括非線性軸承力模型和考慮自轉軸遷移的轉子動力學模型，進行動力學機理分析；（2）研究基於軸承力精確模型的靜、動不平衡參數辨識方法，和基於給定軌跡跟蹤的軸承力極小化的自平衡算法；(3)基於考慮軸承力非線性和自轉軸遷移的強陀螺效應轉子動力學模型，證明自平衡算法的收斂條件，分析其在實際套用環境中的收斂速度和精度；（4）對參數辨識、自平衡控制以及收斂性能等進行針對性實驗驗證。通過上述研究，完成適用於強陀螺效應磁懸浮高速轉子的自平衡算法設計，為實現真正安靜的磁軸承，並推廣套用於低噪聲低振動高端環境提供必要基礎。
結題摘要
磁懸浮高速轉子因其潛在的低振動、高精度、長壽命優勢而具有重要的套用前景，但強陀螺效應磁懸浮轉子的自平衡控制問題迄今未有效解決，將影響磁軸承的推廣。本項目依據計畫書擬定的方案，針對強陀螺效應磁懸浮不平衡轉子系統，立足動力學機理，綜合理論分析、仿真、實驗等手段研究自平衡控制方法，主要研究成果包括：(1)建立了非線性磁軸承力模型，提出“遞推最小二乘-差分進化”辨識方法構建了強陀螺效應磁懸浮轉子系統及其不平衡振動動力學模型，實驗結果模型輸出的誤差相對於漸消記憶最小二乘法降低了52.11%，分析了不平衡轉子振動動力學機理，為自平衡控制算法設計提供了重要基礎；(2)研究和實現了轉子不平衡參數線上辨識，提出基於位移剛度力超前前饋和功率放大器補償的強陀螺效應磁懸浮轉子自平衡算法，實驗結果轉速12000r/min時不平衡軸承力抑制比達到99.1%，實現了固定轉速下不平衡振動力接近徹底的消除；(3)面向套用，針對固定轉速自平衡精度跟隨轉速參數測量精度的降低而降低問題，提出帶有轉速自適應的廣義陷波器自平衡算法，證明其收斂性，分析了算法收斂精度和速度的矛盾關係，給出按穩定性設計廣義陷波器參數的方法，實驗結果在轉速3600r/min（誤差10%）情況下，不平衡軸承力由16N降低到1.8N（降低了88.75%），提高了自平衡算法的轉速適應性；針對轉子不平衡量參數隨轉子套用時間增長而增大，導致自平衡後轉子位移過大的問題，提出基於改進GPM的自平衡方法，實現了給定不平衡振動位移閾值下的最小不平衡振動力和力矩的控制，並進行實驗驗證；(4)面向控制力矩陀螺套用背景，分析動框架情況下的磁懸浮轉子動力學行為，針對動框架時磁軸承力非線性加劇導致的不平衡諧波振動問題，提出基於重複控制的多諧波抑制自平衡算法，實驗結果不平衡振動力減小了8dB，顯著提高了動框架情況下的自平衡控制效果。本項目在數位化改造後的實驗系統上實現了一整套強陀螺效應磁懸浮轉子系統的自平衡控制算法和軟體，研究內容覆蓋和完成了申請書擬定的研究任務，相關成果共發表學術論文13篇（SCI檢索5篇，EI檢索8篇），申請國家發明專利5項（已授權2項），培養博士研究生畢業2人，碩士研究生畢業4人，在讀4人。通過上述研究，完成了適用於強陀螺效應磁懸浮高速轉子的自平衡算法設計，為實現真正“安靜”的磁軸承，並推廣套用於低噪聲低振動高端環境提供了重要基礎。
