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专利号: 202310727637X
申请人: 江苏大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种六极主动磁轴承支承的高速电主轴控制系统的构造方法,所述的高速电主轴具有第一、第二六极径向主动磁轴承和轴向磁轴承,其特征是包括以下步骤:步骤1):构造包含有第一六极径向主动磁轴承和轴向磁轴承的三自由度复合被控对

象,以及包含有第二六极径向主动磁轴承的二自由度复合被控对象,所述的三自由度复合被控对象和二自由度复合被控对象的输入是对应的四个径向控制电流期望值以及一个轴向控制电流期望值;

步骤2):所述的高速电主轴在额定负载下运行,采集其输出的多组位移信号及对应的扰动信号组成源域数据集,在额定负载范围内更改负载的大小再采集多组高速电主轴的位移信号组成目标域数据;计算所述的源域数据集与所述的目标域数据集的边缘分布距离,基于边缘分布距离构建迁移学习模型并训练该迁移学习模型得到预测扰动函数,将预测扰动函数内置于迁移学习模块(504)中;

步骤3):将实际径向或轴向位移作为所述的迁移学习模块(504)的输入,根据所述的预测扰动函数得到预测扰动,所述的径向或轴向控制电流期望值经第二补偿因子(506)补偿后,再与所述的预测扰动相加后得到第二控制量;

将所述的第二控制量与所述的实际径向或轴向位移作为扩张状态观测器(502)的输

入,扩张状态观测器(502)输出跟踪信号、跟踪信号的一阶微分信号以及观测扰动;

将所述的预测扰动与所述的观测扰动相加后,再经第一补偿因子(505)的补偿后得到第一控制量;

给定的径向或轴向位移经跟踪微分器(501)输出其跟踪信号和微分信号,将跟踪微分器(501)输出的跟踪信号与扩张状态观测器(502)输出的跟踪信号作差,跟踪微分器(501)输出的微分信号与扩张状态观测器(502)输出的一阶微分信号作差,得到的两个误差共同作为非线性状态误差反馈控制律(503)的输入,非线性状态误差反馈控制律(503)输出反馈控制量;

所述的反馈控制量与所述的第一控制量作差,得到补偿后的控制量作为所述的径向或轴向控制电流期望值;

由所述的跟踪微分器(501)、非线性状态误差反馈控制律(503)、第一补偿因子(505)、第二补偿因子(506)、迁移学习模块(504)以及扩张状态观测器(502)共同构成优化自抗扰控制器;

步骤4):三个所述的优化自抗扰控制器串接在所述的三自由度复合被控对象前端,两个所述的优化自抗扰控制器串接在所述的二自由度复合被控对象前端,共同构成高速电主轴控制系统。

2.根据权利要求1所述的六极主动磁轴承支承的高速电主轴控制系统的构造方法,其特征是:步骤2)中,所述的边缘分布距离 H表示再生核希尔伯特空间,xi、zj分别为源域数据集和目标域数据集中位移信号;n、m分别为源域数据集和目标域数据集的样本数;1≤i≤n,1≤j≤m;θ(xi)、θ(zj)分别为源域数据集和目标域数据集中的位移信号在再生核希尔伯特空间中的映射函数θ(x),映射函数θ(x)的初始函数为softmax函数,则源域数据集中的扰动信号

3.根据权利要求2所述的六极主动磁轴承支承的高速电主轴控制系统的构造方法,其特征是:所述的迁移学习模型 argmin表示使目标函数取最小值; λ为修正系数,取[0,1]。

4.根据权利要求3所述的六极主动磁轴承支承的高速电主轴控制系统的构造方法,其特征是:先从源域数据集中抽样选取ω组,ω≤n,将ω组中的其中一半作为训练样本集,另一半作为测试样本集;再将ω/2组训练样本集作为迁移学习模型f(yi)的输入输出信号,输出ω/2组映射函数,将ω/2组训练样本集中的位移信号映射至再生核希尔伯特空间,分别将ω/2组映射函数代入所述的边缘分布距离DH计算,得到ω/2组边缘分布距离DHi;最后分别将ω/2组边缘分布距离代入所述的迁移学习模型f(yi),得到ω/2组迁移学习模型f(yi)的对应值,选取对应值中最小值所对应的映射函数,该映射函数即为训练完成的预测扰动函数。

5.根据权利要求4所述的六极主动磁轴承支承的高速电主轴控制系统的构造方法,其特征是:将所述的测试样本集中的位移信号输入至所述的训练完成的预测扰动函数,得到预测扰动输出集;取出测试样本集中的所有的扰动信号形成扰动信号样本集,计算出该扰动信号样本集和所述的预测扰动输出集的均方误差,将所述的均方误差与设定的误差阈值相比较,若均方误差小于误差阈值,则训练完成的预测扰动函数满足要求;反之,则调整所述的迁移学习模型f(yi)中修正系数λ,再重新构建迁移学习模型f(yi)。

6.根据权利要求1所述的六极主动磁轴承支承的高速电主轴控制系统的构造方法,其特征是:步骤3)中,所述的跟踪微分器(501)的数学模型为:非线性函数 T为快速跟踪因

子,ε为积分步长;h为采样周期; 为给定位移 在k时刻的值;νa1x(k)和νa1x(k+1)分别为给定位移跟踪信号va1x在k和k+1时刻的值;νa2x(k)和νa2x(k+1)分别为给定位移微分信号va2x在k和k+1时刻的值。

7.根据权利要求6所述的六极主动磁轴承支承的高速电主轴控制系统的构造方法,其特征是:步骤3)中,所述的反馈控制量ua0x=k1fal(ea1x,α4,δ2)+k2fal(ea2x,α5,δ2),k1、k2、α4、α5和δ2为非线性反馈控制律的可调参数,α4取0.5;α5取0.25;k1、k2的范围为[0,100],δ2的范围为[0,1], e为自然常数,α为0~1之间的常数,δ为影响滤波效果自定义的常数;ea1x=va1x‑za1x;ea2x=va2x‑za2x;za1x、za2x分别为扩张状态观测器(502)输出的跟踪信号和一阶微分信号。

8.根据权利要求7所述的六极主动磁轴承支承的高速电主轴控制系统的构造方法,其特征是:步骤3)中,扩张状态观测器(502)的离散数学模型为:α1、α2、α3、β1、β2、β3和δ1

为可调参数;za1x(k+1)、za2x(k+1)和za3x(k+1)分别为za1x、za2x和观测扰动za3x在k+1时刻的值;xa(k)为k时刻的实际位移,uax(k)为k时刻的补偿后的控制量uax;fax(k)为在k时刻由迁移学习模块(504)输出的预测扰动fax。

9.根据权利要求1所述的六极主动磁轴承支承的高速电主轴控制系统的构造方法,其特征是:步骤3)中,所述的补偿后的控制量 ua0x为反馈控制量,1/d为第一补偿因子,取值为[10,200];za3x为扩张状态观测器(502)输出的观测扰动;fax为预测扰动。

10.根据权利要求1所述的六极主动磁轴承支承的高速电主轴控制系统的构造方法,其特征是:步骤1)中,由依次串联的第一Clark逆变换、第一电流跟踪型逆变器、所述的第一六极径向主动磁轴承以及依次串联的轴向功率放大器、所述的轴向磁轴承共同构成所述的三自由度复合被控对象;由依次串联的第二Clark逆变换、第二电流跟踪型逆变器和所述的第二六极径向主动磁轴承共同构成所述的二自由度复合被控对象。