● 摘要
相较于采用机械轴承的传统电机，磁悬浮电机将磁悬浮轴承应用在转子支承上，具有无摩擦、振动可控、可在线监视等优点，用它直接驱动鼓风机、压缩机叶片等负载，可大幅提升系统整体效率，满足节能减排的要求。磁悬浮轴承系统是复杂的多输入多输出高阶系统，准确地把握模型对象的模型参数是设计、优化控制算法的前提；若干应用场合都迫切地需要对转子在高速旋转时实施不平衡补偿。本文主要针对以上两点，对磁悬浮转子的模型参数辨识方法和不平衡补偿方法进行了研究，主要内容有：
分析了闭环系统的被控对象——磁悬浮转子的理论模型。根据电磁学原理，建立了磁轴承系统的线性化数学模型。分析了在电机转速同频不平衡激振力作用下的MIMO闭环系统的特性，推导出系统的状态方程，进而得到了系统广义动刚度和位移信号的表达式。
运用遗传算法，分别辨识了转子径向四通道的参数。介绍了辨识的具体流程，对转子径向四通道进行了测试实验，从测得结果中提取频率特性，最终获得了各通道电磁力——转子环节的传递函数表达式。
针对实施不平衡补偿这一目标，设计了分通道变极性LMS反馈算法。首先运用LMS动态带通滤波对转子位移的不平衡振动分量进行在线辨识，推导出其脉冲传递函数。将LMS滤波环节以反馈形式引入闭环系统，仿真表明基本抵消不平衡激振力。运用广义根轨迹分析了系统稳定性，并通过改变反馈极性的手段来保证系统全转速范围稳定运行，在多个转速下进行了实验验证。分析了滤波步长的取值对系统稳定性和动态性的影响。结合辨识所得模型求解临界转频，与实测结果进行对比，验证了基于遗传算法辨识结果的准确性，得到各通道临界转频存在明显差异的结论。运用分通道变极性反馈的方法解决之，并进行了实验验证。
介绍了磁轴承控制系统硬件架构的各个模块，并进行了基于集成IGBT模块的新型功放电路的设计与实验。设计了磁轴承在线监视软件平台。它旨在并行地完成系统运行时动态数据的实时接收显示和频谱分析两大任务，采用多线程架构，主线程负责通过CAN总线从下位机接受实时数据并动态显示；实时FFT线程中运用递归算法对收到的数据进行定点基2FFT运算并显示。两者间通过线程间通信传递数据，并设计了环形队列等数据结构保证其互斥性。