● 摘要
随着我国制造业的飞速发展，电机产品作为重要的传统工业产品，对其节能、长寿命和体积重量的要求将越来越高。以磁悬浮轴承为支承的高速电机以其无接触、无摩擦、无润滑、允许转子超高速旋转、可主动振动控制等特点，代表了未来高端电机的发展方向。本文针对一个高速磁悬浮永磁电机对拖系统平台为对象，针对转子不平衡质量和联轴器不对中产生的基频和二倍频振动对磁悬浮高速转子性能造成的影响，做了如下几个方面的研究工作：
首先，从原理上介绍了磁轴承电磁力产生机理，对磁悬浮电机系统进行刚性建模，建立了不对中转子的力学模型，从力学角度阐述二倍频振动产生的原因，分析了磁轴承系统中仅使用PID控制器会产生周期性振动的不足，为后续章节关于多频率振动抑制方法研究奠定了基础。
针对转子的多频率振动问题，提出了一种基于FxLMS算法的前馈控制方法。在控制中将多频振动看做是作用在转子上的干扰力引发的振动，利用LMS算法得到瞬时梯度的性能特点，将FIR滤波器与LMS算法结合，建立FxLMS自适应前馈控制器的基本结构。建立了以最小均方误差为目标函数的评价标准，数学上说明了达到误差反馈的最小均方值，就实现了振动的最佳抑制，并且一定能计算出一个FIR滤波器的最佳权值向量，使得稳定的外部干扰达到最佳抑制，明确了其稳定、易于与DSP相匹配的优点。加入自适应前馈控制器后，由于磁轴承系统传递函数发生改变，为研究对其稳定性的影响，画出含前馈控制的磁轴承系统的主导根轨迹，发现在不同的转速下，FxLMS算法的步长需取正负不同的值才能保证控制系统的稳定性。在Simulink下，建立四路磁悬浮径向轴承的控制模型，利用Matlab S函数来模拟FxLMS算法，仿真加入自适应前馈控制前后和不同LMS算法步长、不同FIR阶数下的自适应前馈控制器对多频振动控制的效果。将加入自适应前馈控制器的磁轴承控制系统用于实验，结果表明在对拖系统转速达到15000r/min时，转子多频振动能够得到很好的抑制。
最后，对文中采用的磁轴承控制系统的硬件平台各模块和系统软件编程进行了详细介绍，给出了电机在15000r/min的转速下，加入了自适应前馈控制器前后的振动对比，实验结果表明，自适应前馈控制对基频和二倍频振动均有显著的控制作用。