[发明专利]一种转子不平衡系数变角度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角度迭代搜寻的不平衡补偿方法，包括振动信号处理、变角度补偿算法搜寻辨识系数和补偿电流计算：振动信号处理模块依据转子振动信息、转子旋转角度信息以及转速信息，计算转子不平衡振动信号幅值；变角度补偿算法搜寻辨识系数是以转子不平衡振动信号幅值为判断依据，通过变角度迭代搜寻方法反复辨识优化不平衡系数，迭代出一组使不平衡振动幅值降到最小的不平衡系数；补偿电流计算依据不平衡系数计算相应的补偿电流，输入到电磁线圈中对转子不平衡振动进行抑制。本发明可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在线补偿，实现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方法，尤其是涉及了一种转子不平衡系数变角度迭代搜寻的不平衡补偿方法。

背景技术

随着主动电磁轴承(Active Magnetic Bearing,AMB)技术日益成熟，AMB已被广泛应用于压缩机、飞轮储能和分子泵等高速旋转机械领域。在AMB高速旋转机械的转子系统中，由于加工误差和材质不均等因素会导致转子的形心与质心不重合。在转子旋转过程中，这种不重合会给转子系统引入同频的不平衡激励力，激发转子系统的振动，严重时会导致转子无法正常工作。因此，抑制AMB转子系统的不平衡振动是保证其高性能运行的必备条件。

AMB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的优势之一。主动转子系统不平衡的补偿，特别是AMB刚性转子系统的不平衡补偿，已经开展了多年的研究。对于全转速范围内的不平衡补偿，目前主要的方法可以分为两类：一类是对陷波器结构进行改进，比如交叉反馈陷波器和相移陷波器，但对传统陷波器的结构改进存在一定的设计技巧，且要充分考虑改进后的陷波器对系统稳定性的影响。另一类是保持传统陷波器结构不变，引入极性开关。但极性开关的切换瞬间也可能会造成转子系统失控，产生较大的振动冲击。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，既能避免对传统陷波器的结构进行改造，又不必引入极性开关，就能通过简单的控制规律实现转子系统在全转速区间内对不平衡振动的抑制。

发明内容

为了克服现有主动转子系统在不平衡振动抑制方面的不足，特别是转子系统需要在整个转速范围内加减速运行时不易实现高精度定位的问题，本发明提供一种转子不平衡系数变角度迭代搜寻的不平衡补偿方法，依据转子系统的实时振动信息，通过变角度迭代搜寻在线辨识转子不平衡系数，对转子系统不平衡主动补偿，实现在整个转速范围内不平衡振动的抑制。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种转子不平衡系数变角度迭代搜寻的不平衡补偿方法，该方法包括一下步骤：

(1)振动信号处理：振动信号处理是依据位移传感器获取的转子振动信息、转子旋转角度信息以及速度传感器获得的转速信息ω，计算转子不平衡振动信号的幅值A(k)；所述位移传感器采用非接触式位移传感器，转子旋转速度及旋转角度检测装置采用编码盘及光电或磁电开关。

(2)变角度补偿算法搜寻辨识系数：以转子振动信息的幅值A(k)作为判断依据，通过变角度迭代搜寻方法反复辨识优化不平衡系数，迭代出一组可以使不平衡振动幅值降到最小的不平衡系数；

所述变角度补偿算法搜寻辨识系数是以一定的步长开始搜寻，选择初始搜寻角度为0°。每一步搜寻后对方向进行判断调整的同时，对搜寻角度也进行判断调整，再继续进行下一步搜寻：

当第k拍的转子系统振动比第k-1拍的振动小，搜寻角度增加Δθ_k；其具体值与A(k-1)/A_obj有关；具体计算如下：