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摘要：基于雷诺方程和流量守恒方程建立液体静压主轴转子系统
模型，以主动单面薄膜节流阀为控制元件，对主轴的径向运动进
行控制。采用频域辨识法对系统输入输出进行辨识，发现静压主
轴转子系统在低频低电压范围下的系统特性更接近二阶系统，并
通过公式计算出系统的传递函数，得到小扰动下的系统模型，设
计模型预测控制(MPC)与PID控制器验证辨识模型的有效性，试
验与仿真对比表明，该模型能较为精准地反映系统输入输出特性。
关键词：滑动轴承;液体静压轴承;主动控制技术;系统辨识;频域
分析随着机床加工精度的日益提升,人们对高精度、高效率加工
表面的要求不断提高,静压、动静压技术的重要性逐年加强。主
控型液体静压轴承转子系统是一个多输入多输出的非线性系统,
如何得到表达准确且满足实时控制要求的系统模型是目前研究
的关键。现阶段静压滑动轴承转子系统的建模主要为理论建模,
即通过流体平衡方程、雷诺方程等理论推导出静压轴承所提供的
油膜力与主轴的运动关系,并通过仿真及少量试验验证模型的准
确性:文献[1]通过理论建模的方法建立静压轴承系统模型,再利
用分数阶参数整定方法对PID参数进行整定,并仿真比较不同优
化算法得到系统的最优参数;文献[2]建立了伺服节流的静压推
力轴承的系统动态特性数学模型,在不同载荷下仿真分析系统的
伺服节流动态特性,验证了主动伺服节流技术可以应用在静压轴
承上;文献[3]建立了四油腔主控型静压轴承的数学模型,仿真结
果表明四油腔主控静压轴承相比传统静压轴承具有较好的动态
特性。液体静压轴承转子系统结构复杂,理论建模时需进行大量
公式推导计算,影响主动控制的实时性,而系统辨识方法可以在
保证系统特性的前提下得到响应迅速、结构简单的精确系统模型:
文献[4]采用在线辨识的方法对某个磁悬浮工作台进行辨识,得
到该系统的模型结构及模型参数,通过试验分析发现所辨识的模
型比理论模型准确性更高;文献[5]在静压轴承转子系统的主轴
小位移处建立分段模型,利用预测误差法求解模型参数,通过与
已辨识的参数拟合得到了系统参数的变化规律,进而得到系统的
动力学方程;文献[6]采用频率响应法得到磁悬浮轴承转子系统
的幅频特性,进而与实际系统输出拟合辨识出系统的三阶传递函
数,辨识出的模型比理论模型更为精确。理论建模复杂,计算费时,
难以在实际控制应用中实施;而使用系统辨识的方法,通过大量
试验数据对静压滑动轴承转子系统的参数与结构进行辨识,再将
辨识出的模型与实际输入输出相比较进行拟合验证,所得模型将
更为精确,更具
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