机械工程师
MECHANICALENGINEER
适应于飞轮储能系统的主动磁悬浮轴承专家控制
方法研究李乃安，陈宁，任正义，马强
（哈尔滨工程大学工程训练中心，哈尔滨150001）
摘要：针对电磁力支撑的轴承转子因加工精度影响存在不平衡及定子线圈维绕不均匀，导教相同PID控制参数不同转速下，支撑效果不一的问题，提出一种应用于主动磁悬浮轴承的分工况智能PID专家控制方法，使主动磁悬浮轴承控制系统具备一定抗于扰和抗积分饱和的能力。根据主动磁悬浮轴承的工作特点，将其转速分成若干区间，对每一个区间参数预整定，通过专家控制方法实现对控制器参数在线修正。以600VVh飞轮储能径向磁悬浮轴承为实验对象，提取的转子轴心软迹表明：由于在控制器设计时考虑了转子不平衡和定子缝绕不均对系统的影响，系统具有较好的动态和静态特性的同时提离了系统抗干扰能力。
关键词：主动磁悬浮轴承：参数预整定：专家控制方法；轴心轨迹
中图分类号：TH133.7
文献标志码：A
文章编号：1002-2333(2016)12-0038-04
Research of Expert Control Strategy in Active Magnetic Bearings of Flywheel Energystorage System
LINaian,CHENNing, REN Zhengyi, MA Qiang
( Center of Engineering Training, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)
Abstract:The eccentricity of active magnetic bearing rotor and non-uniform stator coil winding will lead to the different supporting effect under the same PID control parameters. This paper proposes a kind of expert PID control strategy for active magnetic bearing. The active magnetic bearing control system has a certain antiinterference and antiwindup. According'to the working characteristics of the active magnetic bearing, the speed is divided into several intervals, and the parameters are preadjusted, and the controller parameters are adjusted online by expert control strategy. Taking 600Wh flywheel radial magnetic bearing as the experimental object, rotor's axis locus show that the impact of rotor unbalance and stator winding nonuniform on the system are considered in controller design, the system has good dynamic and static characteristics and improve the antiinterference ability.
Key words:active magnetic bearing; parameter setting; expert control strategy; rotor's axis locus
引言 0
主动磁悬浮轴承（AMB），又称电磁轴承，是综合了机械设计与制造、转子动力学、电磁学、自动控制理论和计算机原理的典型机电一体化产品。和普通轴承相比，其具有转速高、寿命长、耐磨损和无需润滑的优点，被称为未来最有潜力的轴承。瑞士联邦学院Schweitzer教授，在第四届国际磁悬浮轴承会议上指出主动磁悬浮轴承技术将会引领支承技术的革命，他认为主动磁悬浮轴承技术将会被越来越多的工程领域所接受，特别是军工和航天技术因。在实际应用中，主动磁悬浮轴承转子的不平衡和定子线圈缠绕不均间题是不可避免的，其中转子的质量不平衡对系统影响最严重。能投人实际应用的主动磁悬浮轴承，必须在其转速范围内运行可靠，并能够通过控制器的调整使转子的振动迅速恢复到合理范围内。针对转子的质量不平衡间题，文献[5]提出了以最小为目标函数的方法,文献[6]研究了Hα控制方法,文献[7]采样分散 PID控制加系统辨识的方法。但将专家控制方法应用于主动磁悬浮轴承控制中，还未见有人研究。本文通过专家控基金项目：国家863计划（2013AA05802）
制方法，根据转子不同转速采用不同的控制器，建立了主动磁悬浮轴承的分工况智能PID专家控制系统，使主动磁悬浮轴承控制系统具备一定抗干扰和抗积分饱和的能力。
专家控制方法（ExpertControlStrategy）是智能控制的一个重要分支，其概念是由瑞士学者KJ.Astrom于1983 年首次提出。1977年，美国斯坦福大学成功研制出血液感染病诊断专家控制系统（MYCIN)，是专家控制方法从理论到实践应用的重要标志。目前，专家控制方法已经广泛应用于地质勘探、军事、医疗诊断等领域，如文献[10]将专家控制方法应用于低速风洞控制中,文献[11]将专家控制方法与PID控制器结合实现超声马达的控制，文献[12]建立了应用于阳离子浮选过程的专家控制系统和
文献[13]将专家控制方法成功应用于农业领域等。主动磁悬浮轴承系统模型
主动磁悬浮轴承是利用磁场力将转子悬浮在磁场中，使轴承定子和转子之间无任何直接的物理接触，实现转子在稳态位置悬浮叫。主动磁悬浮轴承控制系统主要包括控制器、功率放大器、位置传感器、磁悬浮轴承的定
32016年第12期网址：www.jxgcs.com电邮：hrbengineer@163.com 38
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