[发明专利]用于磁悬浮飞轮的变化模态频率计算方法及自适应陷波器组

说明书

本发明提供一种用于磁悬浮飞轮的变化模态频率计算方法及自适应陷波器组。计算方法，如下，用示波器对AD采样芯片采样的电压信号进行计算，得到静态下飞轮转子的模态频率为f₀；在常温20°下，测得两个不同转速时的模态频率分别为f₁、f₂，额定转速发热时，模态频率为f₃，转速为n，温度为t时，转速补偿f_转速：温度补偿为f_温度：不同转速和温度下的模态频率计算如下：在温度20°、转速达到额定转速15000r/min之前的模态频率f_a为：f₀+f_转速；当转速n达到额定转速时，温度为t时的模态频率f_b为：f₀+f_转速+f_温度。本发明提高了磁悬浮飞轮系统的运行的安全性，有效消除了自激振荡。

技术领域

本发明涉及一种用于磁悬浮飞轮的变化模态频率计算方法及自适应陷波器组。

背景技术

目前，磁悬浮控制技术在飞轮储能以及航空航天等领域应用广泛，与机械轴承相比磁轴承有更为显著的优点，高速转子系统已经在离心机，高精度数控机床、透平机、储能飞轮、以及磁悬浮飞轮得到广泛应用。但转子的额定转速较高时，磁轴承需要更高的控制带宽，强陀螺效应和非线性因素会使转子出现震荡扰动，影响磁悬浮控制系统的正常运作。磁悬浮飞轮转子的扰动根频域特征可分为同频分量、倍频分量以及模态分量三类，实验测试结果表明，在飞轮转速变化，倍频分量与机械固有频率重合共振的情况下，倍频分量更加突出，此时会产生自激振荡，经过陷波器处理后虽能抑制此状况，但随转速和温度的变化，模态频率也会随着发生变化，此时的陷波器不能有效的将移动变化的模态频率滤除，自激振荡的出现会导致转子在高转速下失稳。同时，经实验发现随着转速升高导致细长型转子变短的微小形变使模态频率变大，额定转速下长时间运行下温度升高使细长型转子变长，使固有频率在原来基础上变小，原来的滤除模态的陷波器就失去作用。

发明内容

为解决此问题，本发明提出了一种用于磁悬浮飞轮的变化模态频率计算方法，应用于磁悬浮系统，计算出不同转速和温度下的模态频率。

本发明所采用的技术方案为：一种用于磁悬浮飞轮的变化模态频率计算方法，如下，用示波器对AD采样芯片采样的电压信号进行FFT计算，得到静态下飞轮转子的模态频率为f₀；当飞轮转子在升速过程中，同时测得变化的模态频率：在常温20°下，转速分别达到5000r/min和15000r/min时，模态频率分别为f₁、f₂，额定转速15000r/min下长时间运行温度80°时，模态频率为f₃，

设转速为n，温度为t时，

转速补偿f_转速：

温度补偿为f_温度：不同转速和温度下的模态频率计算如下：

在温度20°、转速达到额定转速15000r/min之前的模态频率f_a为：f₀+f_转速；

当转速n达到额定转速15000r/min时，温度为t时的模态频率fb为：f₀+f_转速+f_温度。

本发明的另一目的是提供采用如上所述的变化模态频率计算方法得出的一种自适应陷波器组，将飞轮转子在不同温度和转速条件下的变化模态频率滤除，抑制高速飞轮转子出现扰动震荡，使其保持稳定。