[发明专利]飞轮储能用磁悬浮轴承时滞系统变转速切换扰动抑制方法

说明书

本发明公开了飞轮储能用磁悬浮轴承时滞系统变转速切换扰动抑制方法，包括，将时滞因素τ纳入考虑构建磁悬浮轴承闭环控制系统微分方程组，进而转化为状态方程形式的时滞模型；基于所述时滞模型采用Markov随机跳变过程来对磁悬浮轴承系统进行建模，得到磁悬浮轴承系统的时滞随机跳变模型：再利用H_∞控制理论推导三种模态下相应线性矩阵不等式的满足条件，将磁悬浮轴承系统的自身参数和相应的基本转移概率矩阵引入线性矩阵不等式的满足条件，求取对应三个模态的H_∞状态反馈控制器的参数得到模态依赖H_∞状态反馈控制器。本发明在进行扰动抑制时结合模态变换关系并考虑了时滞因素，因此产生更好的扰动抑制效果。

技术领域

本发明涉及飞轮储能用磁悬浮轴承时滞系统变转速切换扰动抑制方法。

背景技术

飞轮储能系统作为一种能量转换装置有充电和放电两种状态。充电状态时，从外部电源吸收电能，在电动机带动下飞轮转子从低转速开始提高转速。飞轮转子达到额定转速时，此时飞轮储能量达到最大值，利用传感器将转速信号变换成电信号，切断电动机电源。对于放电状态，只依靠飞轮转子的惯性来发电，转速随着时间逐渐降低，飞轮储能系统的储能量也将随着转速的降低而降低。因此在对其转子运转进行高精度控制时必须考虑系统在不同工作模态之间切换情况下的控制方法，同时设计控制方法时，将闭环控制系统各环节的时滞考虑在内是必需的，而对于含时滞的磁悬浮轴承闭环控制系统而言，目前现有技术中还缺乏缺乏针对在不同工作模态之间切换情况下并将将时滞因素考虑在内的一种飞轮储能用磁悬浮轴承时滞系统变转速切换扰动抑制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供飞轮储能用磁悬浮轴承时滞系统变转速切换扰动抑制方法，以解决现有技术中扰动抑制方法不能在将时滞因素考虑在内的情况下用于不同工作模态之间切换的飞轮储能磁悬浮轴承系统，因此受时滞因素影响无法获得更好的扰动抑制效果的技术问题。

所述的飞轮储能用磁悬浮轴承时滞系统变转速切换扰动抑制方法，包括，将时滞因素τ纳入考虑构建磁悬浮轴承闭环控制系统微分方程组，进而转化为状态方程形式的时滞模型；

磁悬浮轴承转子系统在不同转速范围下的受力分析描述成马尔可夫链的统计特性，基于所述时滞模型采用Markov随机跳变过程来对磁悬浮轴承系统进行建模，将全转速划分为低速段、中速段和高速段，依次分别对应磁悬浮轴承Markov系统描述的三个模态，得到磁悬浮轴承系统的时滞随机跳变模型：

式中，x(t)为磁悬浮轴承系统的状态量位移及位移变化率，u(t)为磁悬浮轴承系统的输入量电磁铁控制电流，v(t)为磁悬浮轴承系统的质量不平衡扰动，x(t-τ)为磁悬浮轴承系统各环节引起的时滞状态量，z(t)为系统性能输出，A(r_t)、B(r_t)、E(r_t)、K(r_t)和C(r_t)都是系统矩阵；

基于上述时滞随机跳变模型利用H_∞控制理论推导三种模态下相应线性矩阵不等式的满足条件，在该满足条件下磁悬浮轴承系统在全转速变化范围内随机稳定，通过统计获取上述三个模态相互切换的基本转移概率矩阵，将磁悬浮轴承系统的自身参数和相应的基本转移概率矩阵引入线性矩阵不等式的满足条件，求取对应三个模态的H_∞状态反馈控制器的参数——比例时间系数和微分系数，将上述H_∞状态反馈控制器的参数带入所述时滞随机跳变模型得到模态依赖H_∞状态反馈控制器。