CES TEMS I 浙江大学叶金辉、史丹等：基于迭代搜索算法的自适应滤波器在主动磁浮轴承振动抑制中的应用

Vibration Suppression for Active Magnetic Bearings Using Adaptive Filter with Iterative Search Algorithm

Jin-Hui Ye; Dan Shi; Yue-Sheng Qi; Jin-Hui Gao; Jian-Xin Shen

Zhejiang University, Hangzhou, China

J. -H. Ye, D. Shi, Y. -S. Qi, J. -H. Gao and J. -X. Shen, "Vibration Suppression for Active Magnetic Bearings Using Adaptive Filter with Iterative Search Algorithm," in CES Transactions on Electrical Machines and Systems, vol. 8, no. 1, pp. 61-71, March 2024, doi: 10.30941/CESTEMS.2024.00007.

摘 要

主动磁悬浮轴承是一种通过控制磁力使转子运动无摩擦并能抑制转子振动的电磁支承。抑制磁悬浮轴承转子振动最常用的方法是在磁悬浮轴承控制器中采用陷波滤波器或自适应滤波器。但是，这些方法都不能得到精确的补偿电流幅值和相位。因此，在整个速度范围内，它们在抑制基阶和其他谐波阶的振动方面并不那么有效。为了提高磁悬浮轴承的振动抑制性能，采用基于最小均方(LMS)的自适应滤波器从转子位移信号中提取振动信号。本文提出了一种迭代搜索算法(ISA)来获得补偿电流与振动信号之间的对应关系。ISA负责在线搜索LMS滤波器的补偿幅值和移相，使磁悬浮轴承控制器产生相应的补偿力进行振动抑制。在变速范围内，利用查找表(LUT)记录ISA的结果以抑制振动。在定速和变速范围内进行了综合仿真和实验验证，结果表明，采用ISA方法可以有效地抑制基阶和其他谐波阶的振动。

Abstract

Active Magnetic Bearing (AMB) is a kind of electromagnetic support that makes the rotor movement frictionless and can suppress rotor vibration by controlling the magnetic force. The most common approach to restrain the rotor vibration in AMBs is to adopt a notch filter or adaptive filter in the AMB controller. However, these methods cannot obtain the precise amplitude and phase of the compensation current. Thus, they are not so effective in terms of suppressing the vibrations of the fundamental and other harmonic orders over the whole speed range. To improve the vibration suppression performance of AMBs, an adaptive filter based on Least Mean Square (LMS) is applied to extract the vibration signals from the rotor displacement signal. An Iterative Search Algorithm (ISA) is proposed in this paper to obtain the corresponding relationship between the compensation current and vibration signals. The ISA is responsible for searching the compensating amplitude and shifting phase online for the LMS filter, enabling the AMB controller to generate the corresponding compensation force for vibration suppression. The results of ISA are recorded to suppress vibration using the Look-Up Table (LUT) in variable speed range. Comprehensive simulations and experimental validations are carried out in fixed and variable speed range, and the results demonstrate that by employing the ISA, vibrations of the fundamental and other harmonic orders are suppressed effectively.

作者信息

叶金辉，1999年出生于广西北海市，2021年获得了浙江大学电气工程及其自动化学士学位。目前正在攻读浙江大学电气工程硕士学位，研究方向为磁悬浮轴承的控制与振动抑制。

史丹，2009年和2012年分别获得浙江大学电气工程及其自动化学士学位和电机与电器硕士学位，2016年获得瑞士洛桑联邦理工大学机器人与智能控制系统专业博士学位。2016-2021年在杭州三相科技有限公司负责高速永磁电机产品开发，2021年至今在浙江大学做博士后，研究方向为高速永磁电机设计、磁悬浮轴承设计及控制。

綦跃声，2001年出生于山东省青岛市，于2023年获得浙江大学电气工程及其自动化学士学位，目前正在攻读浙江大学电气工程硕士学位。研究方向为主动磁轴承控制。

高锦辉，1998年出生于浙江台州市，2021年获得了浙江大学电气工程及其自动化学士学位。目前正在攻读浙江大学电气工程硕士学位，研究方向为磁悬浮轴承的优化设计。

沈建新，浙江大学电气工程学院教授、博士生导师。主要研究永磁电机系统结构、控制和应用。发表学术论文320 余篇，获授权专利40 多件。获IEEE学会及国际会议论文奖12项，并因在永磁电机和高速电机方面的贡献被授予Nagamori奖。是IEEE IAS 和 VTS两个学会的杰出讲师，并三次担任IEEE国际学术会议的大会主席。详情可见https://person.zju.edu.cn/en/jxs。

《中国电工技术学会电机与系统学报（英文）》(CES TEMS)是中国电工技术学会和中国科学院电工研究所共同主办、IEEE PELS学会技术支持的英文学术期刊。期刊发表国内外有关高性能电机系统、电机驱动、电力电子、可再生能源系统、电气化交通等研发及应用领域中原创、前沿学术论文。中国工程院院士马伟明担任主编，IEEE的执委Don Tan博士为国际主编。目前已被EI、Scopus、 Inspec、Google scholar、IEEE Xplore、中国科学引文数据库(CSCD) 核心版、DOAJ、CSTPCD、知网、万方、维普等数据库收录。

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