基于模型參考自適應系統的電磁軸承支承轉子不平衡量辨識及振動抑制

轉子振動是限制旋轉機械性能提升的關鍵因素之一,由于制造條件受限、轉子材質不均勻以及加工裝配誤差等影響,由轉子的質量不平衡造成的同頻振動一直無法避免,特別是在高速旋轉情況下尤為嚴重。因此,對旋轉機械的振動控制尤為重要,而主動磁軸承(active magnetic bearings,AMB)通過電磁力將轉子穩定地懸浮,具有電磁力主動可控的獨特優勢

,這使得對轉子振動的主動控制成為可能。

目前,根據控制目標的不同,針對AMB轉子系統的不平衡擾動抑制方法可分為自動平衡和不平衡補償兩類

。自動平衡通過消除電磁力中的同頻成分使轉子處于力自由狀態從而趨近于繞慣性主軸旋轉,達到降低傳遞到基座振動的目的。在磁軸承的自動平衡控制中,陷波器由于具有結構簡單、實用性強的特點被廣泛應用,且與前饋控制策略相結合,能最大限度地抑制不平衡力

。但是,引入陷波器會對閉環系統在低頻段的穩定性造成影響,為此很多學者提出了極性切換陷波器

、相位補償陷波器

等改進算法。自動平衡雖能夠有效抑制不平衡力、降低系統的振動水平,但由于對轉子位移的抑制效果較小,不適用于對轉子回轉精度要求較高的場合。

不平衡補償是通過對轉子位移信號中的轉速同頻分量進行辨識,據此生成補償電流并添加到軸承線圈,產生能夠抵消不平衡力的電磁力,從而強迫轉子繞其幾何軸旋轉,使轉子振動位移最小化。自適應迭代控制由于對模型的依賴度低,近些年來在不平衡補償領域受到廣泛關注,其中多邊形迭代搜索是一種簡單且有效的方法。……