【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及磁悬浮储能飞轮转子动力学控制领域，尤其涉及一种基于ladrc的磁悬浮储能飞轮转子动力学双闭环控制方法。
技术介绍
1、磁悬浮储能飞轮转子是高度耦合的机电一体化系统，其控制系统由位置环和电流环控制器组成，位置环控制器实现飞轮转子的稳定悬浮和动力学控制，电流环控制器保障功率放大器对位置环控制器给出电流的快速跟踪。高速及快变转速下，系统陀螺效应加剧、参数时变、不确定问题突出、扰动多元、动力学行为复杂，容易造成系统失稳，导致转子跌落甚至解体。因此，设计弱依赖于系统数学模型，考虑解耦且抗扰能力强的控制策略保障系统稳定运行具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术设计了一种基于ladrc的磁悬浮储能飞轮转子动力学双闭环控制方法。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于ladrc的磁悬浮储能飞轮转子动力学双闭环控制方法，包括以下步骤：
3、步骤1：构建磁轴承坐标系下飞轮转子径向各自由度的数学模型；
4、步骤2：构建功率放大器-电磁铁线圈的线性化模型；
5、步骤3：将飞轮转子径向各自由度数学模型中电磁耦合项、陀螺耦合项和不平衡项定义为外界扰动，推导各自由度的二阶数学模型，设计位置环二阶ladrc控制器；
6、步骤4：推导功率放大器-电磁铁线圈的一阶数学模型，设计电流环一阶ladrc控制器；
7、步骤5：采用极点配置的方法整定位置环和电流环控制器参数。
8、所述步骤1构建磁轴承坐
9、考虑陀螺效应和不平衡力的上、下电磁轴承坐标系下xa、xb、ya、yb四个自由度的数学模型为：
10、
11、式中，xa、xb、ya、yb分别为上、下电磁轴承位置处转子几何中心沿x和y轴的位移，ixa、ixb、iya、iyb分别为xa、xb、ya、yb四个自由度的控制电流，fu1～fu4分别为转子质量不平衡对各自由度带来的影响项，k11～k46为各项系数。
12、所述步骤2构建功率放大器-电磁铁线圈的线性化模型，具体为：
13、采用状态空间平均法对功率放大器的小信号模型进行线性化分析，得出理想情况下功率放大器-电磁铁线圈的线性化模型的传递函数为：
14、
15、式中，uamp为功率放大器直流母线电压，aamp为脉宽调制过程中三角载波幅值，lm为电磁铁线圈的等效电感，rm为电磁铁线圈的等效电阻。
16、所述步骤3将飞轮转子径向各自由度数学模型中电磁耦合项、陀螺耦合项和不平衡项定义为外界扰动，推导各自由度的二阶数学模型，设计位置环二阶ladrc控制器。具体包括以下子步骤：
17、步骤3.1：将xa、xb、ya、yb各自由度数学模型中电磁耦合项、陀螺耦合项和不平衡项定义为外界扰动：
18、
19、式中，ωxa、ωxb、ωya、ωyb分别为定义的xa、xb、ya、yb自由度的外界扰动；
20、步骤3.2：定义各自由度外界扰动后，将各自由度数学模型表示为：
21、
22、由上式可知，xa、xb、ya、yb各自由度数学模型化简为包含本自由度项、控制输入项和外界扰动项的二阶数学模型；
23、步骤3.3：将二阶数学模型的一般形式表示为：
24、
25、式中，u、y分别为二阶系统的输入和输出，ω代表外界扰动，a1、a2为系统参数，b为控制增益且部分已知，将已知部分记为b0；定义包含内部扰动项和外界扰动项的总扰动f为：
26、
27、令系统状态变量x1＝y，并定义总扰动f为扩张状态x3，写出系统的扩张状态方程为：
28、
29、针对上述系统，设计三阶线性扩张状态观测器(leso)为：
30、
31、式中，z1、z2、z3为三阶leso的状态变量，通过合理配置leso误差反馈增益值β1、β2、β3的值，可使得z1→y，z3→f；为实现对leso估计的总扰动的实时补偿，设计线性状态误差反馈控制律(lsef)为：
32、
33、式中，kp、kd为位置环控制器增益，r为位置环参考信号；当忽略位置环leso的状态变量z3对总扰动f的估计误差时，即z3≈f时，系统可简化为一个二阶积分器串联型：
34、
35、推导出系统的闭环传递函数为：
36、
37、定义ωc为位置环控制器带宽，采用参数化配置方法可得：
38、
39、所述步骤4推导功率放大器-电磁铁线圈的一阶数学模型，设计电流环一阶ladrc控制器，具体包括以下子步骤：
40、步骤4.1：对功率放大器-电磁铁线圈线性化模型的传递函数进行拉普拉斯逆变换，推导出其时域数学模型为：
41、
42、式中，uamp、yamp分别为功率放大器-电磁铁线圈的输入和输出；
43、步骤4.2：电流环的控制对象为功率放大器-电磁铁线圈，其数学模型的阶数为一阶，一阶系统数学模型的一般形式为：
44、
45、式中，ud、yd分别为一阶系统的输入和输出，ωd代表外界扰动，ad为系统参数，bd为电流环控制增益且部分已知，将已知部分记为bd0；定义包含内部扰动项和外界扰动项的总扰动fd为：
46、
47、令系统状态变量xd1＝yd，并定义总扰动fd为扩张状态xd2，写出系统的扩张状态方程为：
48、
49、针对上述系统，设计二阶leso为：
50、
51、式中，zd1、zd2为二阶leso的状态变量，通过合理配置leso误差反馈增益值βd1、βd2的值，可使得zd1→yd，zd2→fd；为实现对leso估计的总扰动的实时补偿，设计lsef为：
52、
53、式中，rd为电流环参考信号，kdp为电流环控制器增益，定义ωdc为电流环控制器带宽，采用参数化配置方法，令kdp＝ωdc。
54、所述步骤5采用极点配置的方法整定位置环和电流环控制器参数，具体包括以下子步骤：
55、步骤5.1：定义ωo为位置环leso带宽，采用极点配置的方法将leso特征方程的极点都配置在同一位置-ωo处，求解出：
56、
57、基于位置环被控对象的数学模型，即xa、xb、ya、yb自由度的二阶数学模型，可知位置环控制增益分别为：
58、
59、式中，b0xa、b0xb、b0ya、b0yb分别为xa、xb、ya、yb自由度的位置环控制增益；
60、步骤5.2：定义ωdo为电流环leso带宽，采用极点配置的方法将leso特征方程的极点都配置在同一位置-ωdo处，求解出：
61、
62、基于电流环被控对本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于LADRC的磁悬浮储能飞轮转子动力学双闭环控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于LADRC的磁悬浮储能飞轮转子动力学双闭环控制方法，其特征在于，所述的步骤1具体为：
3.根据权利要求1所述的一种基于LADRC的磁悬浮储能飞轮转子动力学双闭环控制方法，其特征在于，所述的步骤2具体为：
4.根据权利要求1所述的一种基于LADRC的磁悬浮储能飞轮转子动力学双闭环控制方法，其特征在于，所述的步骤3具体为：
5.根据权利要求1所述的一种基于LADRC的磁悬浮储能飞轮转子动力学双闭环控制方法，其特征在于，所述的步骤4具体为：
6.根据权利要求1所述的一种基于LADRC的磁悬浮储能飞轮转子动力学双闭环控制方法，其特征在于，所述的步骤5具体为：
【技术特征摘要】
1.一种基于ladrc的磁悬浮储能飞轮转子动力学双闭环控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于ladrc的磁悬浮储能飞轮转子动力学双闭环控制方法，其特征在于，所述的步骤1具体为：
3.根据权利要求1所述的一种基于ladrc的磁悬浮储能飞轮转子动力学双闭环控制方法，其特征在于，所述的步骤2具体为：
4.根...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。