[发明专利]转子不平衡系数变步长多边形迭代搜寻的不平衡补偿方法

说明书

本发明公开了一种转子不平衡系数变步长多边形迭代搜寻的不平衡补偿算法。包括信号处理、不平衡系数辨识和补偿输出：信号处理是根据位移传感器获取的转子振动信号与转子转速及相位检测装置获取的转子转速和相位信号，计算得到转子振动信号中基频量的幅值；不平衡系数辨识是以转子振动信号中基频量的幅值为判断依据，通过变步长多边形迭代搜寻方法辨识获得不平衡系数；补偿输出是依据不平衡系数产生不平衡补偿电流，输入到电磁线圈中对转子的不平衡振动进行抑制。本发明可应用于带有主动控制单元的主动转子系统，实现对主动转子系统的不平衡进行在线补偿，以对转子系统在整个转速范围内加减速运行过程中的不平衡振动进行抑制。

技术领域

本发明涉及了一种用于主动转子系统中的补偿算法，尤其是涉及了一种转子不平衡系数变步长多边形迭代搜寻的不平衡补偿算法。

背景技术

转子由材质不均匀、加工误差、变形等原因，其质量中心与几何中心之间总是存在着一定的偏差，这个偏差称为残余不平衡距。在转子的旋转过程中，转子的残余不平衡将产生一个与转速同频的不平衡激励力，导致转子产生振动。不平衡振动通过轴承传递给基座，严重时会导致设备损坏。不同于传统转子系统，带有主动控制单元的主动转子系统，如主动电磁轴承转子系统，能够给转子施加一个可控外力，从而能够对转子的不平衡振动进行主动控制，这是主动转子系统最重要也是独一无二的优势之一。

主动转子系统不平衡的补偿，特别是主动电磁轴承-刚性转子系统的不平衡补偿，已经开展了多年的研究。目前主要的方法可以分为两类：一类是采用陷波滤波器提取转子振动信号中的同频量，然而由于陷波滤波器需要设置一个中心频率，并且只能在此频率附近工作，因此不能应用于转子转速发生变化的场合，特别是整个转速区间内转子加减速运行过程中不平衡振动的抑制；另一类是采用自适应控制法，如基于LMS算法的自适应滤波器、神经网络算法等，然而这些算法大多复杂，需要昂贵的先进控制器，增加了系统成本；另外如基于 LMS算法的自适应滤波器，其算法中的迭代步长为固定值，不能在保证算法的辨识精度的同时加快算法的收敛速度。因此在系统整个转速区间内加减速运行的场合，应用效果不佳。

因此，现有技术中缺少一种方法，既能在转子不同转速下起作用，算法又简单易实现，同时实时性又能满足要求，能实现转子系统在整个转速区间内加减速运行过程中不平衡振动抑制的同时又降低系统成本。

发明内容

为了克服现有主动转子系统在转子位移高精度控制方面的不足，特别是解决整个转速范围内不平衡振动控制的问题，本发明提供一种转子不平衡系数变步长多边形迭代搜寻的不平衡补偿算法，通过在线辨识转子不平衡系数，对主动转子系统的不平衡进行主动补偿，以实现在整个转速范围内不平衡振动的抑制。

如图1所示，本发明的技术解决方案是：

为了克服现有主动转子系统在转子位移高精度控制方面的不足，特别是解决整个转速范围内不平衡振动控制的问题，本发明提供一种转子不平衡系数变步长多边形迭代搜寻的不平衡补偿算法，通过在线辨识转子不平衡系数，对主动转子系统的不平衡进行主动补偿，以实现在整个转速范围内不平衡振动的抑制。

本发明的技术解决方案是：

所述的不平衡补偿算法包括实时并依次进行的信号处理、不平衡系数辨识和补偿输出步骤：

信号处理是根据位移传感器获取的转子振动信号e(kT)与转子转速及相位检测装置获取的转子转速ω和相位信号计算得到转子两端的转子振动信号e(kT) 中基频量的幅值E(k)；

不平衡系数辨识是以转子振动信号e(kT)中基频量的幅值E(k)为判断依据，通过变步长的多边形迭代搜寻方法，辨识计算后输出转子的不平衡系数(α,β)的目标值；

补偿输出是依据不平衡系数(α,β)的目标值产生不平衡补偿电流i_c，用不平衡补偿电流i_c输入到电磁线圈中对转子的不平衡振动进行抑制。