專利名稱：一種抑制磁力軸承系統(tǒng)高頻振蕩的控制方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軸承系統(tǒng)的控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種抑制磁力軸承系統(tǒng)高頻振蕩的控制方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
磁力軸承系統(tǒng)是一種無摩擦、不需潤 滑的軸承系統(tǒng)，適用于某些具有特殊需求的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，目前磁力軸承的應(yīng)用已日益廣泛。磁力軸承系統(tǒng)工作時(shí)，轉(zhuǎn)子受電磁力作用而保持在懸浮狀態(tài)，與定子組件無接觸。磁力軸承本身是不穩(wěn)定的，因此需要實(shí)時(shí)地根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置調(diào)節(jié)電磁力，才能保證轉(zhuǎn)子穩(wěn)定地懸浮在工作位置。磁力軸承的電磁力的調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)軸承電流實(shí)現(xiàn)的。磁力軸承控制器通過傳感器檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子位移，實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)磁力軸承的電磁力，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定懸浮。受到結(jié)構(gòu)限制，位移傳感器通常無法與磁力軸承布置在同一位置，二者沿轉(zhuǎn)子軸向有一定的距離。在這種情況下，轉(zhuǎn)子的某個(gè)彎曲模態(tài)的節(jié)點(diǎn)有可能正好位于傳感器與軸承之間，也就是說，在這個(gè)彎曲模態(tài)下，傳感器測(cè)量到的位移與軸承處的實(shí)際位移方向相反。此時(shí)，整個(gè)磁力軸承系統(tǒng)在該固有頻率附近形成了正反饋，可能出現(xiàn)與該模態(tài)固有頻率接近的振蕩。此外，磁力軸承系統(tǒng)各環(huán)節(jié)本質(zhì)上是非線性的，而控制器設(shè)計(jì)中通常將其簡化為線性模型，這種簡化可能引起系統(tǒng)振蕩；大型磁力軸承系統(tǒng)的傳感器引出線和磁力軸承動(dòng)力線通常較長，當(dāng)電磁兼容設(shè)計(jì)不合理時(shí)可能饋入某些特定頻率的干擾信號(hào)，也可能引發(fā)系統(tǒng)振蕩。上述振蕩源一般難以從根源上進(jìn)行抑制，因此需要在控制算法中需要對(duì)這些振蕩源弓I發(fā)的振蕩加以抑制。

發(fā)明內(nèi)容
(一)技術(shù)問題本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中磁力軸承系統(tǒng)中由傳感器噪聲、轉(zhuǎn)子彎曲模態(tài)、系統(tǒng)非線性等引起的高頻振動(dòng)。(二)技術(shù)方案本發(fā)明提供一種磁力軸承控制系統(tǒng)，其包括有轉(zhuǎn)子，還包括位置監(jiān)測(cè)單元，用于記錄轉(zhuǎn)子位置振蕩波形，并計(jì)算振蕩頻率4 ；參數(shù)計(jì)算單元，用于根據(jù)系統(tǒng)振蕩頻率4計(jì)算高頻振蕩抑制參數(shù)；位移傳感器單元，用于采集轉(zhuǎn)子的位移值；高頻振蕩抑制模塊，用于根據(jù)所述位移值和所述高頻振蕩抑制參數(shù)計(jì)算經(jīng)過高頻抑制后的信號(hào)；轉(zhuǎn)子位置控制模塊，用于根據(jù)所述經(jīng)過高頻抑制后的信號(hào)計(jì)算磁力軸承組件所需的電流值；轉(zhuǎn)子懸浮單元，用于根據(jù)所述電流值懸浮所述轉(zhuǎn)子?？蛇x的，該系統(tǒng)還包括振蕩判斷單元，用于判斷磁力軸承是否發(fā)生振蕩。
可選的，在發(fā)生振蕩的情況下，啟動(dòng)所述轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)單元和高頻振蕩抑制單元。本發(fā)明還提供一種磁力軸承控制方法，其包括如下步驟SI.記錄轉(zhuǎn)子位置振蕩波形，并根據(jù)所述振蕩波形計(jì)算振蕩頻率4 ;S2.根據(jù)所述振蕩頻率4計(jì)算高頻振蕩抑制單元參數(shù)；S3.采集轉(zhuǎn)子的位移值；S4.根據(jù)所述位移值和高頻振蕩抑制單元參數(shù)計(jì)算經(jīng)過高頻抑制后的信號(hào)；S5.根據(jù)所述經(jīng)過高頻抑制后的信號(hào)計(jì)算磁力軸承所需的電流值；S6.根據(jù)所述電流值懸浮所述轉(zhuǎn)子?？蛇x的，在步驟S6之后還包括步驟S7.判斷磁力軸承是否發(fā)生高頻振蕩，如果是，則返回步驟S2，如此循環(huán)，直至系統(tǒng)不發(fā)生高頻振蕩為止。可選的，在所述步驟S2中計(jì)算高頻振蕩抑制模塊參數(shù)的步驟如下S61.設(shè)定采樣周期Ts、濾波器階數(shù)N、陷波深度R以及阻帶半頻寬fB ；S62.設(shè)計(jì)采樣時(shí)間為Ts、階數(shù)為N、通帶上邊沿頻率為W通帶下邊沿頻率為阻帶最小增益為-R的數(shù)字帶阻濾波器，記其Z傳遞函數(shù)為
權(quán)利要求
1.一種磁力軸承控制系統(tǒng)，其包括有轉(zhuǎn)子，其特征在于還包括位置監(jiān)測(cè)單元，用于記錄轉(zhuǎn)子位置振蕩波形，并計(jì)算振蕩頻率4;參數(shù)計(jì)算單元，用于根據(jù)系統(tǒng)振蕩頻率4計(jì)算高頻振蕩抑制參數(shù)；位移傳感器單元，用于采集轉(zhuǎn)子的位移值； 高頻振蕩抑制模塊，用于根據(jù)所述位移值和所述高頻振蕩抑制參數(shù)計(jì)算經(jīng)過高頻抑制后的信號(hào)； 轉(zhuǎn)子位置控制模塊，用于根據(jù)所述經(jīng)過高頻抑制后的信號(hào)計(jì)算磁力軸承組件所需的電流值； 轉(zhuǎn)子懸浮單元，用于根據(jù)所述電流值懸浮所述轉(zhuǎn)子。
2.如權(quán)利要求I所述的磁力軸承控制系統(tǒng)，其特征在于還包括振蕩判斷單元，用于判斷磁力軸承是否發(fā)生振蕩。
3.如權(quán)利要求2所述的磁力軸承控制系統(tǒng)，其特征在于在發(fā)生振蕩的情況下，啟動(dòng)所述轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)單元和高頻振蕩抑制單元。
4.一種磁力軸承控制方法，其特征在于包括如下步驟 51.記錄轉(zhuǎn)子位置振蕩波形，并根據(jù)所述振蕩波形計(jì)算振蕩頻率4； 52.根據(jù)所述振蕩頻率4計(jì)算高頻振蕩抑制單元參數(shù)； 53.采集轉(zhuǎn)子的位移值； 54.根據(jù)所述位移值和高頻振蕩抑制單元參數(shù)計(jì)算經(jīng)過高頻抑制后的信號(hào)； 55.根據(jù)所述經(jīng)過高頻抑制后的信號(hào)計(jì)算磁力軸承所需的電流值； 56.根據(jù)所述電流值懸浮所述轉(zhuǎn)子。
5.如權(quán)利要求4所述的磁力軸承控制方法，其特征還在于在步驟S6之后還包括步驟 57.判斷磁力軸承是否發(fā)生高頻振蕩，如果是，則返回步驟S2，如此循環(huán)，直至系統(tǒng)不發(fā)生高頻振蕩為止。
6.如權(quán)利要求4所述的磁力軸承控制方法，其特征還在于，在所述步驟S2中計(jì)算高頻振蕩抑制模塊參數(shù)的步驟如下 561.設(shè)定采樣周期Ts、濾波器階數(shù)N、陷波深度R以及阻帶半頻寬fB； 562.設(shè)計(jì)采樣時(shí)間為Ts、階數(shù)為N、通帶上邊沿頻率為f^fB、通帶下邊沿頻率為阻帶最小增益為-R的數(shù)字帶阻濾波器，記其z傳遞函數(shù)為開 式中的a2，- ,a^ + ^b!, "·，132Ν + 1為所述的高頻振蕩抑制模塊參數(shù)。
7.如權(quán)利要求6所述的磁力軸承控制方法，其特征還在于， 其特征還在于，所述步驟S4進(jìn)一步包括 541.初始化迭代步數(shù)k=0,信號(hào)緩存xB(l)= Xb⑵=···= xb(2N)=0,輸出緩存Ub(I)=ub(2)〕..= ub (2N) =O ；542.令k=k+l ； 543.通過所述的轉(zhuǎn)子位移傳感器采集轉(zhuǎn)子位移x(k)； 544.計(jì)算經(jīng)過高頻抑制后的信號(hào)Xe (k) =Id1X (k) +b2uB ⑴ +…+b2N + (2N) _a2xB (I)-----a2N + (2N).
8.如權(quán)利要求7所述的磁力軸承控制方法，其特征還在于，所述步驟S7包括 S71.按照下式進(jìn)行緩存移位Ub (2N) =Ub (2N-1)，…，Ub ⑵=Ub ⑴，Ub (I) =X (k)Xb (2N) =XB(2N-1),…，Xb (2) =Xb(I), Xb (I) =Xe(k)S72.返回步驟S42。
9.如權(quán)利要求4所述的磁力軸承控制方法，其特征還在于在步驟SI之前還包括SO.判斷磁力軸承是否發(fā)生振蕩，在發(fā)生振蕩的情況下執(zhí)行所述步驟SI。
全文摘要
本發(fā)明提供一種磁力軸承控制系統(tǒng)及方法，所述磁力軸承控制系統(tǒng)包括有轉(zhuǎn)子，其特征在于還包括位置監(jiān)測(cè)單元，用于記錄轉(zhuǎn)子位置振蕩波形，并計(jì)算振蕩頻率fO；參數(shù)計(jì)算單元，用于根據(jù)系統(tǒng)振蕩頻率fO計(jì)算高頻振蕩抑制參數(shù)；位移傳感器單元，用于采集轉(zhuǎn)子的位移值；高頻振蕩抑制模塊，用于根據(jù)所述位移值和所述高頻振蕩抑制參數(shù)計(jì)算經(jīng)過高頻抑制后的信號(hào)；轉(zhuǎn)子位置控制模塊，用于根據(jù)所述經(jīng)過高頻抑制后的信號(hào)計(jì)算磁力軸承組件所需的電流值；轉(zhuǎn)子懸浮單元，用于根據(jù)所述電流值懸浮所述轉(zhuǎn)子。本發(fā)明通過在控制器中對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，減小對(duì)特定頻率的信號(hào)的放大倍數(shù)，消除了磁力軸承中的可能存在的高頻振蕩，尤其適合于解決難以從根源上消除的高頻振蕩問題。
文檔編號(hào)G05B19/04GK102799125SQ20121030165
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月22日
發(fā)明者孫喆, 石磊, 時(shí)振剛, 劉興男, 趙晶晶 申請(qǐng)人:清華大學(xué)