本發(fā)明屬于磁懸浮軸承自整定，更具體地，涉及一種磁懸浮軸承系統(tǒng)控制參數(shù)自整定方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、主動磁懸浮軸承系統(tǒng)通過可控電磁力將轉(zhuǎn)子懸浮于定子磁極中間，因此具有無摩擦、無需潤滑、無污染、高速度、壽命長等優(yōu)點。目前，主動磁懸浮軸承已作為一種先進(jìn)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，在工業(yè)領(lǐng)域得到了一定的應(yīng)用，如陀螺儀、高速電機(jī)、無軸承電機(jī)、航空發(fā)動機(jī)、人工心臟泵和分布式發(fā)電系統(tǒng)等。

2、現(xiàn)有的磁軸承控制系統(tǒng)在進(jìn)行參數(shù)整定時，通常需要經(jīng)歷模型線性化、仿真分析和現(xiàn)場調(diào)試等復(fù)雜流程，設(shè)計周期長、步驟繁瑣。因此，有必要通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法對磁軸承系統(tǒng)的控制參數(shù)進(jìn)行在線自整定。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種磁懸浮軸承系統(tǒng)控制參數(shù)自整定方法，包括：

2、獲取磁懸浮軸承系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子位移信號；

3、根據(jù)所述轉(zhuǎn)子位移信號，以穩(wěn)態(tài)位置和響應(yīng)速度為指標(biāo)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的初步懸??；

4、以靈敏度函數(shù)峰值為優(yōu)化目標(biāo)，進(jìn)一步優(yōu)化控制參數(shù)，采用廣度優(yōu)先剪枝搜索樹算法實現(xiàn)控制參數(shù)的自整定。

5、進(jìn)一步的，包括：

6、將固定ki值的pid控制器控制參數(shù)組合構(gòu)成的平面無限細(xì)分為網(wǎng)格，其中，所述平面包括：kp-kd平面，kp為pid控制器比例環(huán)節(jié)系數(shù)，kd為微分環(huán)節(jié)系數(shù)；

7、對網(wǎng)格節(jié)點所代表的參數(shù)進(jìn)行測試打分；

8、利用剪枝算法挑選出分?jǐn)?shù)最高的節(jié)點，并用剪枝后的節(jié)點作為父節(jié)點向四周衍生出子節(jié)點對參數(shù)平面進(jìn)行更細(xì)致的探索。

9、進(jìn)一步的，包括：

10、設(shè)置pid控制器控制參數(shù)的搜索范圍和步長；

11、將pid控制器控制參數(shù)的范圍按照步長細(xì)分為多個網(wǎng)格點，并將所有網(wǎng)格的節(jié)點加入到搜索隊列中；

12、從搜索隊列中選擇第一個控制參數(shù)組合進(jìn)行測試，并判斷選定的控制參數(shù)組合是否能夠使轉(zhuǎn)子達(dá)到穩(wěn)定懸浮狀態(tài)；

13、對于通過穩(wěn)定性測試的控制參數(shù)組合，記錄為穩(wěn)定節(jié)點，并從搜索隊列中移除所述控制參數(shù)組合。

14、進(jìn)一步的，包括：

15、對每一個自由度的通過穩(wěn)定性測試的控制參數(shù)組合，在各自的自由度的參數(shù)平面上所構(gòu)成的封閉空間取幾何中心，并以所述幾何中心所對應(yīng)的控制參數(shù)組合作為搜索樹的根節(jié)點的控制參數(shù)組合；

16、對根節(jié)點的控制參數(shù)組合進(jìn)行靈敏度函數(shù)的頻掃測試，并記錄根節(jié)點的控制參數(shù)組合的分?jǐn)?shù)以及靈敏度函數(shù)幅值。

17、進(jìn)一步的，包括：

18、pid控制器在閉環(huán)控制系統(tǒng)中加入不同頻率的激振信號作為轉(zhuǎn)子位移指令，并輸出位移誤差信號；

19、基于掃頻的頻率以及對應(yīng)的靈敏度測試結(jié)果，繪制各自由度檢測結(jié)果。

20、本發(fā)明還提出一種磁懸浮軸承系統(tǒng)控制參數(shù)自整定系統(tǒng)，包括：

21、獲取信號模塊，用于獲取磁懸浮軸承系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子位移信號；

22、初步懸浮模塊，用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)子位移信號，以穩(wěn)態(tài)位置和響應(yīng)速度為指標(biāo)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的初步懸??；

23、自整定模塊，用于以靈敏度函數(shù)峰值為優(yōu)化目標(biāo)，進(jìn)一步優(yōu)化控制參數(shù)，采用廣度優(yōu)先剪枝搜索樹算法實現(xiàn)控制參數(shù)的自整定。

24、進(jìn)一步的，包括：

25、將固定ki值pid控制器控制參數(shù)組合構(gòu)成的平面無限細(xì)分為網(wǎng)格，其中，所述平面包括：kp-kd平面，kp為pid控制器比例環(huán)節(jié)系數(shù)，kd為微分環(huán)節(jié)系數(shù)；

26、對網(wǎng)格節(jié)點所代表的參數(shù)進(jìn)行測試打分；

27、利用剪枝算法挑選出分?jǐn)?shù)最高的節(jié)點，并用剪枝后的節(jié)點作為父節(jié)點向四周衍生出子節(jié)點對參數(shù)平面進(jìn)行更細(xì)致的探索。

28、進(jìn)一步的，包括：

29、設(shè)置pid控制器控制參數(shù)的搜索范圍和步長；

30、將pid控制器控制參數(shù)的范圍按照步長細(xì)分為多個網(wǎng)格點，并將所有網(wǎng)格的節(jié)點加入到搜索隊列中；

31、從搜索隊列中選擇第一個控制參數(shù)組合進(jìn)行測試，并判斷選定的控制參數(shù)組合是否能夠使轉(zhuǎn)子達(dá)到穩(wěn)定懸浮狀態(tài)；

32、對于通過穩(wěn)定性測試的控制參數(shù)組合，記錄為穩(wěn)定節(jié)點，并從搜索隊列中移除所述控制參數(shù)組合。

33、進(jìn)一步的，包括：

34、對每一個自由度的通過穩(wěn)定性測試的控制參數(shù)組合，在各自的自由度的平面上所構(gòu)成的封閉空間取幾何中心，并以所述幾何中心所對應(yīng)的控制參數(shù)組合作為搜索樹的根節(jié)點的控制參數(shù)組合；

35、對根節(jié)點的控制參數(shù)組合進(jìn)行靈敏度函數(shù)的頻掃測試，并記錄根節(jié)點的控制參數(shù)組合的分?jǐn)?shù)以及靈敏度函數(shù)幅值。

36、進(jìn)一步的，包括：

37、pid控制器在閉環(huán)控制系統(tǒng)中加入不同頻率的激振信號作為轉(zhuǎn)子位移指令，并輸出位移誤差信號；

38、基于掃頻的頻率以及對應(yīng)的靈敏度測試結(jié)果，繪制各自由度檢測結(jié)果。

39、總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

40、本發(fā)明通過以上技術(shù)方案，能夠基于靈敏度函數(shù)對磁懸浮軸承系統(tǒng)的控制參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確高效的自整定操作。

技術(shù)特征：

1.一種磁懸浮軸承系統(tǒng)控制參數(shù)自整定方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的一種磁懸浮軸承系統(tǒng)控制參數(shù)自整定方法，其特征在于，包括：

3.如權(quán)利要求2所述的一種磁懸浮軸承系統(tǒng)控制參數(shù)自整定方法，其特征在于，包括：

4.如權(quán)利要求3所述的一種磁懸浮軸承系統(tǒng)控制參數(shù)自整定方法，其特征在于，包括：

5.如權(quán)利要求4所述的一種磁懸浮軸承系統(tǒng)控制參數(shù)自整定方法，其特征在于，包括：

6.一種磁懸浮軸承系統(tǒng)控制參數(shù)自整定系統(tǒng)，其特征在于，包括：

7.如權(quán)利要求6所述的一種磁懸浮軸承系統(tǒng)控制參數(shù)自整定系統(tǒng)，其特征在于，包括：

8.如權(quán)利要求7所述的一種磁懸浮軸承系統(tǒng)控制參數(shù)自整定系統(tǒng)，其特征在于，包括：

9.如權(quán)利要求8所述的一種磁懸浮軸承系統(tǒng)控制參數(shù)自整定系統(tǒng)，其特征在于，包括：

10.如權(quán)利要求9所述的一種磁懸浮軸承系統(tǒng)控制參數(shù)自整定系統(tǒng)，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種磁懸浮軸承系統(tǒng)控制參數(shù)自整定方法及系統(tǒng)，該方法包括：獲取磁懸浮軸承系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子位移信號；根據(jù)所述轉(zhuǎn)子位移信號，以穩(wěn)態(tài)位置和響應(yīng)速度為指標(biāo)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的初步懸??；以靈敏度函數(shù)峰值為優(yōu)化目標(biāo)，進(jìn)一步優(yōu)化控制參數(shù)，采用廣度優(yōu)先剪枝搜索樹算法實現(xiàn)控制參數(shù)的自整定。

技術(shù)研發(fā)人員：李健,李昊東,盧陽,徐宏偉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華中科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19