專(zhuān)利名稱(chēng)：撓性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)電磁軸承的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及撓性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)電磁軸承的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制裝置。
電磁軸承是利用電磁力使轉(zhuǎn)子在懸浮狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)非接觸式超高速轉(zhuǎn)動(dòng)的軸承系統(tǒng)，而電磁軸承的控制是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子懸浮超高速轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)鍵。在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，由于轉(zhuǎn)子存在X、Y、Z三個(gè)方向共五個(gè)自由度的振動(dòng)，基于振動(dòng)分析技術(shù)的開(kāi)環(huán)設(shè)計(jì)式的控制方法根本無(wú)法奏效。而基于軟件方式的自適應(yīng)控制、學(xué)習(xí)控制等方法，由于計(jì)算機(jī)硬件、軟件條件的限制，其控制的實(shí)時(shí)性很差，無(wú)法得到令人滿意的效果。因此，超高速轉(zhuǎn)子系統(tǒng)電磁軸承的實(shí)時(shí)控制，是一直都沒(méi)有得到解決的問(wèn)題。
本發(fā)明的目的是提供一種由具有并行信號(hào)處理功能的數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高速調(diào)節(jié)器構(gòu)成的電磁軸承的實(shí)時(shí)控制裝置，能夠在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一周內(nèi)施加若干次控制作用來(lái)抑制轉(zhuǎn)子的振動(dòng)，從而解決超高速轉(zhuǎn)子系統(tǒng)電磁軸承的實(shí)時(shí)控制。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是在撓性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)軸A端X和Y兩個(gè)方向分別安裝能檢測(cè)A端X、Y方向位移偏差的渦流傳感器a、b，在轉(zhuǎn)軸B端X和Y兩個(gè)方向分別安裝能檢測(cè)B端X和Y方向位移偏差的渦流傳感器c、d，在轉(zhuǎn)軸上安裝能隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的一個(gè)圓盤(pán)，相對(duì)于圓盤(pán)端面安裝能檢測(cè)轉(zhuǎn)軸在Z方向位移偏差的渦流傳感器e，每個(gè)傳感器a、b、c、d、e其檢測(cè)信號(hào)分別送至與之相連的信號(hào)放大AAX、AAY、ABX、ABY、AZ，進(jìn)行放大，放大后的信號(hào)分別為V1AX、V1AY、V1BX、V1BY、V1Z，送入各自的數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高速調(diào)節(jié)器CAX、CAY、CBX、CBY、CZ的壓頻轉(zhuǎn)換器VFC1，經(jīng)控制律運(yùn)算后，由其數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC輸出控制信號(hào)V3AX、V3AY、V3BX、V3BY、V3Z，經(jīng)電壓/電流轉(zhuǎn)換和電流放大器IAX、IAY、IBX、IBY、IZ進(jìn)行功率放大后，加在轉(zhuǎn)軸A、B兩端電磁軸承X方向定子繞組FAX、FBX，Y方向定子繞組FAY、FBY，A、B兩端的電磁軸承Z方向定子繞組FZ上，分別組成五個(gè)獨(dú)立的反饋控制回路，在各自的數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高速控制器的壓頻轉(zhuǎn)換器VFC2上，分別所加的代表設(shè)定值的信號(hào)其值為零。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有的有益的效果是由于在撓性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)軸A、B兩端的X、Y兩個(gè)方向、轉(zhuǎn)軸Z方向分別采用渦流傳感器、信號(hào)放大器、數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高速調(diào)節(jié)器、電流放大器和電磁軸承構(gòu)成X、Y、Z三個(gè)方向共五個(gè)自由度的反饋控制回路，實(shí)現(xiàn)了電磁軸承的實(shí)時(shí)控制，由于數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高速調(diào)節(jié)器可在微秒級(jí)實(shí)現(xiàn)控制律的運(yùn)算，故能實(shí)時(shí)有效地消除轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)位移，使轉(zhuǎn)子系統(tǒng)達(dá)到高速穩(wěn)定的轉(zhuǎn)動(dòng)。
下面結(jié)合附圖，通過(guò)對(duì)實(shí)施例的描述給出本發(fā)明的細(xì)節(jié)。


圖1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖;
圖2轉(zhuǎn)子電磁軸承系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3信號(hào)放大器的線路圖;
圖4電流放大器的線路圖;
圖5數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高速調(diào)節(jié)器上增加的滯后補(bǔ)償線路框圖;
圖6本發(fā)明的另一種參數(shù)自整定優(yōu)化控制結(jié)構(gòu)框圖;
如圖1、圖2所示，撓性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)為R，轉(zhuǎn)子1的轉(zhuǎn)軸3兩端分別稱(chēng)為A端和B端，在轉(zhuǎn)軸3左右端利用電磁軸承的定子和線圈繞組11、12、5、6產(chǎn)生的電磁力將轉(zhuǎn)子1懸浮起來(lái)的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，同時(shí)在轉(zhuǎn)軸3左右端面利用電磁軸承的定子和線圈13、14、7、8產(chǎn)生的電磁力來(lái)確定轉(zhuǎn)子在Z方向的位置，電磁軸承支架10裝在底板9上。在轉(zhuǎn)軸3的A、B端分別裝有檢測(cè)X、Y方向的位移偏差的渦流傳感器a、b、c、d，用來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)軸3的A、B端在X、Y方向的位移偏差，在轉(zhuǎn)軸3上裝有定位圓盤(pán)4，在圓盤(pán)4側(cè)面相對(duì)于圓盤(pán)裝有渦流傳感器e，用來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)軸3的Z方向的位移偏差。渦流傳感器a、b、c、d、e其檢測(cè)信號(hào)分別送至與之相連的信號(hào)放大器AAX、AAY、ABX、ABY、AZ進(jìn)行放大，放大后的信號(hào)分別為V1AX、V1AY、V1BX、V1BY、V1Z，送入各自的數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高速調(diào)節(jié)器CAX、CAY、CBX、CBY、CZ的壓頻轉(zhuǎn)換器VFC1，經(jīng)控制律運(yùn)算后，由其數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC輸出控制信號(hào)V3AX、V3AY、V3BX、V3BY、V3Z，又經(jīng)電壓/電流轉(zhuǎn)換和功率放大后，加在轉(zhuǎn)軸3的A、B兩端的電磁軸承X方向繞組12和5的FAX和FBX上，Y方向繞組12和5的FAY和FBY上，Z方向繞組14和7的FZ上，分別組成五個(gè)獨(dú)立的反饋控制回路，圖2中2為測(cè)速齒輪，在數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高速調(diào)節(jié)器的壓頻轉(zhuǎn)換器VFC2上，分別所加的代表設(shè)定值信號(hào)的V2AX、V2AY、V2BX、V2BY、V2Z其值為零。
以上的數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高速調(diào)節(jié)器CAX、CAY、CBX、CBY、CZ可采用正如申請(qǐng)人已申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利的“數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高速比例、積分、微分調(diào)節(jié)器”，申請(qǐng)日為1994年9月10日，申請(qǐng)?zhí)枮?4108684.4;或“數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高速不完全微分比例、積分、微分調(diào)節(jié)器”，申請(qǐng)日為1994年9月10日，申請(qǐng)?zhí)枮?4108685.2。
由于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)位移是在X、Y和Z三個(gè)方向同時(shí)存在的，它在任一時(shí)刻的位移都是在X、Y、Z方向位移的矢量合成，故其任一時(shí)刻的振動(dòng)位移都可分解為X方向位移、Y方向位移和Z方向的位移?，F(xiàn)以X方向(即A端或B端的X方向)的控制回路為例由渦流傳感器a(或c)測(cè)得轉(zhuǎn)軸在X方向的位移信號(hào)后，如圖3所示，經(jīng)由LM741C構(gòu)成的信號(hào)放大器AAX(或ABX)放大后，可獲得X方向的位移信號(hào)V1AX(或V1BX)，該信號(hào)送往數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高速調(diào)節(jié)器CAX(或CBX)的壓頻轉(zhuǎn)換器VFC1，而數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高速調(diào)節(jié)器的另一輸入端，即設(shè)定值輸入端此處則應(yīng)設(shè)定V2AX(或V2BX)為零，經(jīng)調(diào)節(jié)器控制律運(yùn)算后，送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器DAC輸出為控制作用電壓信號(hào)V3AX(或V3BX)。電壓信號(hào)V3AX(或V3BX)送如圖4所示的電壓/電流轉(zhuǎn)換和電流放大器IAX(或IBX)進(jìn)行功率放大，首先V3AX(或V3BX)經(jīng)由雙重運(yùn)算放大器RC4558和三極管2SC945構(gòu)成的電壓/電流轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，然后經(jīng)由2SC2333、2S2336A和四只2SD555構(gòu)成的達(dá)林頓式逐級(jí)放大電路進(jìn)行功率放大，經(jīng)過(guò)功率放大的電流加在電磁軸承的X方向定子繞組上，這樣就構(gòu)成了X方向的反饋控制回路。在這樣一個(gè)回路中，當(dāng)渦流傳感器檢測(cè)到位移偏差不為零時(shí)(設(shè)轉(zhuǎn)子正常轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)定位置對(duì)應(yīng)渦流傳感器的輸出為零)，該信號(hào)經(jīng)放大、控制律運(yùn)算并輸出、產(chǎn)生控制作用并經(jīng)功率放大后由電磁軸承定子線圈產(chǎn)生電磁力來(lái)消除這個(gè)位移偏差，其他Y方向及Z方向的反饋控制回路類(lèi)同。
考慮到數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高速調(diào)節(jié)器輸出控制電壓信號(hào)、經(jīng)放大等過(guò)程轉(zhuǎn)換為電磁作用力，會(huì)產(chǎn)生一定的時(shí)滯效應(yīng)，故需對(duì)所采用的數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高速調(diào)節(jié)器進(jìn)行滯后補(bǔ)償，如圖5所示，在數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高速調(diào)節(jié)器CAX、CAY、CBX、CBY、CZ中的數(shù)據(jù)鎖定器SS1的輸出端信號(hào)，一路經(jīng)數(shù)據(jù)鎖定器SSa送減法器JF，另一路直接送減法器JF，減法器JF輸出送乘法器CF、加法器A，與數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高速調(diào)節(jié)器中的數(shù)據(jù)鎖定器SS3連接，與乘法器CF另一輸入端相連的是數(shù)據(jù)鎖定器SSb，SSb中存的是系數(shù)kb，與加法器A另一輸入端相連的是數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高速調(diào)節(jié)器的減法器JF1，即利用位移偏差的微分進(jìn)行補(bǔ)償，取本周期與上周期位移偏差對(duì)應(yīng)的脈沖個(gè)數(shù)之差，該差乘以一個(gè)系數(shù)kb后加到數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高速調(diào)節(jié)器的位移檢測(cè)值與設(shè)定值所對(duì)應(yīng)的脈沖個(gè)數(shù)之差上。
為了進(jìn)一保證轉(zhuǎn)子在外界干擾下仍能快速回復(fù)平穩(wěn)，本發(fā)明又在五個(gè)反饋控制回路上增加一個(gè)以8098為核心的微處理機(jī)系統(tǒng)，它的輸入信號(hào)是V1AX、V1AY、V1BX、V1BY、V1Z、V3AX、V3AY、V3BX、V3BY、V3Z，在微處理機(jī)中固化有用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的程序，用于優(yōu)化各調(diào)節(jié)器的比例、積分、微分參數(shù)，并輸出下載到五個(gè)調(diào)節(jié)器上。
本發(fā)明采用的壓頻轉(zhuǎn)換器為AD650，模數(shù)轉(zhuǎn)換器為DAC-08H，數(shù)據(jù)鎖定器為SN74LS75，加法器為SN74LS283，乘法器為16×16位乘法器，減法器由加法器和原反碼選擇器SN74H87組成。
權(quán)利要求
1.一種撓性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)電磁軸承的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制裝置，其特征是在撓性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)[R]的轉(zhuǎn)軸[3]A端X和Y兩個(gè)方向分別安裝能檢測(cè)A端X和Y兩個(gè)方向位移偏差的渦流傳感器[a]、[b]，在轉(zhuǎn)軸[3]B端X和Y兩個(gè)方向分別安裝能檢測(cè)B端X和Y兩個(gè)方向位移偏差的渦流傳感器[c]、[d]，在轉(zhuǎn)軸[3]上安裝能隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的一個(gè)圓盤(pán)[4]，相對(duì)于圓盤(pán)[4]端面安裝能檢測(cè)轉(zhuǎn)軸[3]在Z方向位移偏差的渦流傳感器[e]，每個(gè)傳感器[a]、[b]、[c]、[d]、[e]其檢測(cè)信號(hào)分別送至與之相連的信號(hào)放大器AAX、AAY、ABX、ABY、AZ進(jìn)行放大，放大后的信號(hào)分別為V1AX、V1AY、V1BX、V1BY、V1Z，送入各自的數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高速調(diào)節(jié)器CAX、CAY、CBX、CBY、CZ的壓頻轉(zhuǎn)換器VFC1，經(jīng)控制律運(yùn)算后，由其數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC輸出控制信號(hào)V3AX、V3AY、V3BX、V3BY、V3Z，經(jīng)電壓/電流轉(zhuǎn)換和電流放大器IAX、IAY、IBX、IBY、IZ進(jìn)行功率放大后，加在轉(zhuǎn)軸A、B兩端電磁軸承X方向定子繞組FAX、FBX，Y方向定子繞組FAY、FBY，A、B兩端面的電磁軸承Z方向定子繞組FZ上，分別組成五個(gè)獨(dú)立的反饋控制回路，在各自的數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高速調(diào)節(jié)器CAX、CAY、CBX、CBY、CZ的壓頻轉(zhuǎn)換器VFC2上，分別所加的代表設(shè)定值的信號(hào)V2AX、V2AY、V2BX、V2BY、V2Z，其值為零。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的撓性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)電磁軸承的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制裝置，其特征是分別在數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高速調(diào)節(jié)器CAX、CAY、CBX、CBY、CZ中的數(shù)據(jù)鎖定器SS1的輸出端信號(hào)，一路經(jīng)數(shù)據(jù)鎖定器SSa送減法器JF，另一路送減法器JF，減法器JF輸出送乘法器CF、加法器A，與數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高速調(diào)節(jié)器中的數(shù)據(jù)鎖定器SS3連接，與乘法器CF另一端輸入端相連的是數(shù)據(jù)鎖定器SSb，與加法器A另一輸入端相連的是數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高速調(diào)節(jié)器的減法器JF1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的撓性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)電磁軸承的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制裝置，其特征是在五個(gè)反饋控制回路上，增加一個(gè)8098微處理機(jī)系統(tǒng)，它的輸入信號(hào)是V1AX、V1AY、V1BX、V1BY、V1Z;V3AX、V3AY、V3BX、V3BY、V3Z，它的輸出信號(hào)分別是五個(gè)數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高速調(diào)節(jié)器的比例積分微分參數(shù)。
全文摘要
一種撓性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)電磁軸承的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制裝置，是在撓性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)軸A、B兩端的X和Y兩個(gè)方向，轉(zhuǎn)軸的Z方向分別采用渦流傳感器、信號(hào)放大器、數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高速調(diào)節(jié)器、電流放大器和電磁軸承構(gòu)成X、Y、Z三個(gè)方向共五個(gè)自由度的反饋回路，實(shí)現(xiàn)電磁軸承的實(shí)時(shí)控制，由于數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高速調(diào)節(jié)器可在微秒級(jí)實(shí)現(xiàn)控制律的運(yùn)算，故能實(shí)時(shí)有效地消除轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)位移，使轉(zhuǎn)子系統(tǒng)達(dá)到高速穩(wěn)定的轉(zhuǎn)動(dòng)。
文檔編號(hào)G05B5/01GK1106939SQ94118600
公開(kāi)日1995年8月16日 申請(qǐng)日期1994年12月9日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月9日
發(fā)明者鮑立威 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)