基于稳定裕度评估的磁轴承系统控制方法及磁轴承系统与流程

本技术涉及磁轴承控制，特别涉及一种基于稳定裕度评估的磁轴承系统控制方法、磁轴承系统和计算机可读存储介质。

背景技术：

1、相关技术中，磁轴承系统的偏置电流控制普遍采用固定偏置或简易门限切换架构，即磁轴承系统预设恒定偏置电流数值作为磁场基准，或仅依据单一振动参数实现高低两档偏置的直接切换，完成转子悬浮支撑。然而，上述模式仅单纯维持预设的偏置运行状态，缺少对磁轴承系统多维度运行工况的综合感知、磁轴承系统稳定裕度的实时量化评估与偏置参数自适应动态调节机制，难以在启动悬浮、瞬态扰动、高负载运行等场景下平衡磁轴承系统悬浮稳定性与运行能效优化需求。

技术实现思路

1、本技术提供了一种基于稳定裕度评估的磁轴承系统控制方法、磁轴承系统和计算机可读存储介质。

2、本技术实施方式提供一种基于稳定裕度评估的磁轴承系统控制方法，所述方法包括：

3、采集磁轴承系统的当前运行状态参数；

4、根据所述当前运行状态参数，识别所述磁轴承系统的当前运行工况；

5、根据所述当前运行状态参数，构建稳定裕度因子，所述稳定裕度因子用于表征所述磁轴承系统的稳定程度；

6、根据当前运行工况与所述稳定裕度因子，对初始偏置电流进行调节，生成目标偏置电流；

7、对所述目标偏置电流进行平滑处理，生成输出偏置电流指令；

8、接收所述偏置电流指令，与闭环控制电流叠加后，生成驱动控制信号，以驱动磁轴承线圈执行。

9、如此，能够实现磁轴承系统在不同运行工况下的自适应动态偏置调节，如在启动扰动高负载等对控制能力要求较高的场景下抬升偏置电流以保障磁轴承系统的悬浮稳定性与动态控制能力，及在稳态运行场景下降低偏置电流以减少线圈铜耗与功率器件损耗，并降低线圈温升。同时，基于多维度参数的工况识别与稳定裕度评估方式能够适配复杂的运行工况，相较于固定偏置或简单门限切换的控制方式具备更强的工况适应能力，能够在磁轴承系统稳定性运行能耗以及工况适应性之间实现综合优化。

10、在某些实施方式中，所述当前运行状态参数包括转子位移参数、设备运行参数和/或磁轴承系统工况参数，所述采集磁轴承系统的当前运行状态参数，包括：

11、基于磁轴承系统的位移传感器与运行参数采集模块，采集所述转子位移参数、所述设备运行参数和/或所述磁轴承系统工况参数；

12、其中，所述转子位移参数包括转子水平方向位移、垂直方向位移以及轴向位移，所述设备运行参数包括磁轴承控制电流、线圈温度、母线电压和/或电机负载率，所述磁轴承系统工况参数包括转子转速、导叶开度和/或压比参数。

13、如此，通过多维度的运行状态参数采集设置，能够全面覆盖磁轴承系统不同层面的运行信息，为后续的工况识别与稳定裕度评估提供充足的数据支撑，提升工况分类的准确性与稳定状态判断的合理性，让后续的偏置电流调节更贴合磁轴承系统实际运行需求，适配不同负荷不同转速不同热状态下的控制场景。并且，通过多源采集的设置，也可在单一参数出现异常时通过其他参数进行交叉验证，降低数据异常对整体控制流程的影响，提升整个偏置电流控制体系的运行可靠性。

14、在某些实施方式中，所述方法还包括：

15、对采集得到的所述转子位移参数、所述设备运行参数和/或所述磁轴承系统工况参数进行滤波处理，以剔除或修正异常数据。

16、如此，通过对采集数据进行滤波处理，能够有效消除干扰与异常数值对后续分析环节的影响，提升工况识别结果与稳定裕度计算结果的可信度，减少因数据异常触发的误调节动作，让偏置电流的动态调整更贴合磁轴承系统的实际运行状态。并且，通过滤波处理，能够过滤高频噪声带来的参数波动，避免偏置电流随噪声频繁微调，减少偏置调节的动作频次，维持偏置电流的相对平稳，降低调节动作对转子悬浮状态的干扰，提升整个动态偏置控制磁轴承系统的运行稳定性。

17、在某些实施方式中，所述根据所述当前运行状态参数，识别所述磁轴承系统的当前运行工况，包括：

18、根据所述转子转速、所述控制电流、所述转子位移参数、所述线圈温度和/或所述电机负载率，进行多参数联合识别，得到所述当前运行工况，所述运行工况包括启动悬浮状态、低速过渡状态、高速稳定状态、高负载运行状态、扰动增强状态和/或电流逼近饱和状态。

19、如此，能够提升工况分类的准确性，避免单一参数判断带来的偏差，让后续的偏置调节策略更贴合磁轴承系统的实际运行需求。并且，通过细化六类工况划分，能够匹配不同场景下的控制需求，为后续差异化的偏置调节提供基础，在需要高控制能力的场景下抬升偏置，在稳态场景下降低偏置，兼顾磁轴承系统运行的稳定性与能效水平。

20、在某些实施方式中，所述根据所述当前运行状态参数，构建稳定裕度因子，包括：

21、根据所述转子位移参数与预设位移限值，计算得到位移偏差，并进行归一化处理，生成归一化位移偏差；

22、根据所述控制电流与预设电流限值，计算得到电流利用率，并进行归一化处理，生成归一化电流利用率；

23、根据所述线圈温度与预设温度限值，计算得到温升因子，并进行归一化处理，生成归一化温升因子；

24、基于第一关系式，将所述归一化位移偏差、所述归一化电流利用率和所述归一化温升因子进行加权求和，得到所述稳定裕度因子；

25、其中，所述第一关系式可为：

26、s=；

27、其中，s为稳定裕度因子，为所述归一化位移偏差，为所述归一化电流利用率，为所述归一化温升因子，为所述归一化位移偏差的对应权重系数，为所述归一化电流利用率的对应权重系数，为所述归一化温升因子的对应权重系数。

28、如此，通过多维度归一化加权的方式构建稳定裕度因子，能够综合反映磁轴承系统的位置状态控制余量与热负荷水平，避免单一参数评估带来的片面性，让稳定状态的量化结果更贴合磁轴承系统实际运行情况。并且，通过统一量化指标，能够便于后续偏置调节逻辑的调用，能够直接根据裕度因子的数值连续调整偏置电流大小，实现偏置水平与磁轴承系统稳定状态的联动。

29、在某些实施方式中，所述根据当前运行工况与所述稳定裕度因子，对初始偏置电流进行调节，生成目标偏置电流，包括：

30、在所述磁轴承系统处于所述启动悬浮状态的情况下，根据预设启动增强系数，对所述初始偏置电流进行抬升，生成所述目标偏置电流；

31、在所述磁轴承系统的转子转速处于临界转速区间的情况下，根据所述转子转速，对所述初始偏置电流进行增强，生成所述目标偏置电流；

32、在所述磁轴承系统处于所述高负载运行状态、所述扰动增强状态和/或所述电流逼近饱和状态的情况下，基于第二关系式，根据所述稳定裕度因子与电流利用率，对所述初始偏置电流进行增强，生成所述目标偏置电流；

33、在所述磁轴承系统处于低速过渡状态和/或高速稳定状态的情况下，根据稳定裕度因子，基于第三关系式，根据所述稳定裕度因子，对所述初始偏置电流进行降低，生成所述目标偏置电流。

34、如此，通过分工况差异化的偏置调节方式，能够同时兼顾不同运行场景下的稳定性需求与能效需求，如在启动临界转速高负载扰动等对控制能力要求较高的场景下抬升偏置电流以保障悬浮稳定与控制余量，及在稳态运行场景下降低偏置电流以优化运行能耗与温升水平。并且，动态连续的调节方式相较于固定档位切换更贴合磁轴承系统实时运行状态，能够适配复杂多变的运行工况，避免固定偏置带来的性能浪费或控制能力不足的问题。

35、在某些实施方式中，所述对所述目标偏置电流进行平滑处理，生成输出偏置电流指令，包括：

36、基于一阶惯性模型对所述目标偏置电流进行平滑处理；和/或，

37、对所述目标偏置电流的变化率进行限幅控制。

38、如此，通过平滑处理能够消除偏置电流的阶跃跳变，避免电磁力突变对转子悬浮状态的冲击，减少偏置调节引发的附加振动，维持转子悬浮的平稳性，避免调节动作干扰原有闭环控制的正常运行。并且，平缓的电流变化也能够降低功率放大器的输出冲击，减少功率器件的应力负荷，提升硬件运行的可靠性与使用寿命。

39、在某些实施方式中，所述接收所述偏置电流指令，与闭环控制电流叠加后，生成驱动控制信号，以驱动磁轴承线圈执行，包括：

40、将所述偏置电流指令与所述闭环控制电流叠加，生成所述驱动控制信号；

41、基于功率放大器，将所述驱动控制信号转换为驱动电流后输出至所述磁轴承线圈。

42、如此，采用指令叠加的执行方式，能够与原有磁轴承闭环控制架构良好兼容，无需改动原有闭环控制的算法逻辑，降低动态偏置功能的部署难度，便于在现有磁轴承系统中落地应用。并且，偏置分量与闭环调节分量独立生成后再叠加，二者运行逻辑互不干扰，动态偏置的调整不会影响原有闭环控制的调节性能，保障悬浮控制的基本稳定性。

43、在某些实施方式中，所述方法还包括：

44、在输出所述偏置电流指令的情况下，监测所述磁轴承系统的稳定裕度因子和运行状态参数；

45、在所述稳定裕度因子大于等于预设稳定裕度增强阈值，或转子位移参数持续增大，或电流利用率接近饱和的情况下，判定所述磁轴承系统进入扰动增强状态；

46、在判定所述磁轴承系统进入扰动增强状态的情况下，基于第二关系式，根据所述稳定裕度因子与电流利用率，对当前的目标偏置电流进行增强，以对所述目标偏置电流进行更新；和/或

47、在所述稳定裕度因子小于等于预设稳定恢复阈值且持续时长大于等于预设时长的情况下，对所述目标偏置电流进行逐步降低，直至恢复至预设基础偏置水平，并退出所述扰动增强状态。

48、如此，能够实时捕捉运行过程中的突发扰动，及时触发偏置增强，提升磁轴承系统应对未知扰动的能力，保障复杂工况下的悬浮稳定性。并且，多维度的扰动判定条件能够覆盖不同类型的扰动场景，提升状态判定的可靠性。此外，逐步回落的恢复方式配合持续时长验证，能够避免偏置突变引发的转子二次振动，也能防止瞬时波动导致的状态反复切换，保障扰动恢复过程的平稳性。

49、本技术实施方式提供了一种磁轴承系统，所述磁轴承系统用于实现上述的方法，所述磁轴承系统包括：

50、运行参数采集模块，被配置为采集磁轴承系统的当前运行状态参数；

51、运行状态识别模块，被配置为根据所述当前运行状态参数，识别所述磁轴承系统的当前运行工况；

52、稳定裕度评估模块，被配置为根据所述当前运行状态参数，构建稳定裕度因子，所述稳定裕度因子用于表征所述磁轴承系统的稳定程度；

53、偏置电流生成模块，被配置为根据当前运行工况与所述稳定裕度因子，对初始偏置电流进行调节，生成目标偏置电流；

54、指令生成模块，被配置为对所述目标偏置电流进行平滑处理，生成输出偏置电流指令；

55、磁轴承控制模块，被配置为接收所述偏置电流指令，与闭环控制电流叠加后，生成驱动控制信号，以驱动磁轴承线圈执行。

56、如此，能够实现磁轴承系统在不同运行工况下的自适应动态偏置调节，如在启动扰动高负载等对控制能力要求较高的场景下抬升偏置电流以保障磁轴承系统的悬浮稳定性与动态控制能力，及在稳态运行场景下降低偏置电流以减少线圈铜耗与功率器件损耗，并降低线圈温升。同时，基于多维度参数的工况识别与稳定裕度评估方式能够适配复杂的运行工况，相较于固定偏置或简单门限切换的控制方式具备更强的工况适应能力，能够在磁轴承系统稳定性运行能耗以及工况适应性之间实现综合优化。此外，磁轴承系统中各模块间的数据衔接顺畅，能够实现连续的动态偏置调整，相较于固定偏置或档位切换的控制装置具备更强的工况适应能力，可有效提升磁轴承系统的运行稳定性与综合运行性能。

57、本技术实施方式还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行的情况下，实现如上述的方法的步骤。

58、本技术的实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实施方式的实践了解到。