CN104467545B - 磁悬浮系统的轴控制方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁悬浮系统的轴控制方法和装置，其中，磁悬浮系统的轴控制方法包括：获取对磁悬浮系统中轴的位移进行检测得到的位移信号；从位移信号中分离出涡动位移；以及根据涡动位移控制轴的涡动。通过本发明，达到了磁悬浮系统在高速旋转时抑制轴涡动的效果。

Description

磁悬浮系统的轴控制方法和装置
技术领域
本发明涉及控制领域，具体而言，涉及一种磁悬浮系统的轴控制方法和装置。
背景技术
对于磁悬浮系统一般忽略各自由度间的耦合，而采用分散控制的方法来实现五自由度控制，各个自由度独立控制。但是，对于磁悬浮系统的轴作为高速旋转的物体，不可避免会存在涡动，涡动包含有圆柱涡动及圆锥涡动，高速时圆锥涡动较剧烈。圆柱涡动类似平动，磁悬浮系统的细长轴在圆柱涡动时，前后两端的位移是同幅同相的，在圆锥涡动时，前后两端的位移通常是反向的。实际工作中，传感器检测到的位移信号是这两种运动合成产生的位移。在各自由度独立控制的情况下，无法对涡动进行控制，当涡动严重时极有可能会造成磁悬浮系统在高速旋转时失稳，因此对涡动进行有效的控制是极其有必要的。
目前通常采用以下方法抑制涡动：在分散控制的基础上添加一些解耦控制算法，如交叉反馈控制等或者采用集中控制方法。这些方法的缺点是算法复杂，运算量大，在DSP中实现较难。
针对现有技术中磁悬浮系统在高速旋转时难以抑制轴涡动的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种磁悬浮系统的轴控制方法和装置，以解决现有技术中磁悬浮系统在高速旋转时难以抑制轴承涡动的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种磁悬浮系统的轴控制方法。根据本发明的磁悬浮系统的轴控制方法包括：获取对磁悬浮系统中轴的位移进行检测得到的位移信号；从位移信号中分离出涡动位移；以及根据涡动位移控制轴的涡动。
进一步地，采用前轴承传感器检测轴的前端偏离平衡位置的位移，采用后轴承传感器检测轴的后端偏离平衡位置的位移，采用以下公式分离出涡动位移：
其中，xa1、xb1分别为轴的前后两端的涡动位移，la为轴的质心到前轴承传感器的距离，lb为轴的质心到后轴承传感器的距离，xa为前轴承传感器检测到的轴的前端偏离平衡位置的位移，xb为后轴承传感器检测到的轴的后端偏离平衡位置的位移。
进一步地，根据涡动位移控制轴的涡动包括：根据涡动位移计算轴的涡动角度；以及控制轴的涡动角度在预定范围内。
进一步地，根据涡动位移计算轴的涡动角度包括采用以下任意一种方式计算涡动角度：
方式一：
方式二：
方式三：
其中，α为涡动角度，xa1、xb1分别为轴的前后两端的涡动位移，la为轴的质心到前轴承传感器的距离，lb为轴的质心到后轴承传感器的距离，xa为前轴承传感器检测到的轴的前端偏离平衡位置的位移，xb为后轴承传感器检测到的轴的后端偏离平衡位置的位移。
进一步地，从位移信号中分离出涡动位移包括对位移信号进行分离，得到平动位移和涡动位移，在得到平动位移之后，方法还包括：根据平动位移控制轴的平动，平动位移包括前轴承处的平动位移和后轴承处的平动位移。
进一步地，根据涡动位移控制轴的涡动以及根据平动位移控制轴的平动包括：采用第一PID控制器对前轴承处的平动位移进行控制；采用第二PID控制器对后轴承处的平动位移进行控制；以及采用第三PID控制器对涡动位移对应的涡动角度进行控制。
为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种磁悬浮系统的轴控制装置。根据本发明的磁悬浮系统的轴控制装置包括：获取单元，用于获取对磁悬浮系统中轴的位移进行检测得到的位移信号；分离单元，用于从所述位移信号中分离出涡动位移；以及控制单元，用于根据所述涡动位移控制所述轴的涡动。
进一步地，采用前轴承传感器检测所述轴的前端的涡动位移，采用后轴承传感器检测所述轴的后端的涡动位移，所述分离单元用于采用以下公式分离出所述涡动位移：
其中，xa1、xb1分别为所述轴的前后两端的涡动位移，la为所述轴的质心到所述前轴承传感器的距离，lb为所述轴的质心到所述后轴承传感器的距离，xa为所述前轴承传感器检测到的所述轴的前端偏离平衡位置的位移，xb为所述后轴承传感器检测到的所述轴的后端偏离平衡位置的位移。
进一步地，所述控制单元包括：计算模块，用于根据所述涡动位移计算所述轴的涡动角度；以及控制模块，用于控制所述轴的涡动角度在预定范围内。
进一步地，所述计算模块用于采用以下任意一种方式计算所述涡动角度：
方式一：
方式二：
方式三：
其中，α为涡动角度，xa1、xb1分别为所述轴的前后两端的涡动位移，la为所述轴的质心到前轴承传感器的距离，lb为所述轴的质心到后轴承传感器的距离，xa为所述前轴承传感器检测到的所述轴的前端偏离平衡位置的位移，xb为所述后轴承传感器检测到的所述轴的后端偏离平衡位置的位移。
进一步地，其特征在于，所述分离单元用于对所述位移信号进行分离，得到平动位移和所述涡动位移，所述控制单元还用于在得到所述平动位移之后，根据所述平动位移控制所述轴的平动，所述平动位移包括前轴承处的平动位移和后轴承处的平动位移。
进一步地，其特征在于，所述控制单元用于：采用第一PID控制器对所述前轴承处的平动位移进行控制；采用第二PID控制器对所述后轴承处的平动位移进行控制；以及采用第三PID控制器对所述涡动位移对应的涡动角度进行控制。
通过本发明，采用磁悬浮系统的轴控制方法包括：获取对磁悬浮系统中轴的位移进行检测得到的位移信号；从位移信号中分离出涡动位移；以及根据涡动位移控制轴的涡动，将涡动位移从位移信号中分离出来，通过控制涡动位移来抑制轴的涡动，解决了磁悬浮系统在高速旋转时难以抑制轴涡动的问题，进而达到了磁悬浮系统在高速旋转时抑制轴涡动的效果。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的磁悬浮径向轴承的结构示意图；
图2是根据本发明第一实施例的磁悬浮系统的轴控制装置的示意图；
图3是根据本发明实施例的轴旋转中某一时刻的位置示意图；
图4是根据本发明第二实施例的磁悬浮系统的轴控制装置的示意图；
图5是根据本发明实施例的轴的平动与涡动分离控制框图；
图6是根据本发明第一实施例的磁悬浮系统的轴控制方法的流程图；以及
图7是根据本发明第二实施例的磁悬浮系统的轴控制方法的流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是根据本发明实施例的磁悬浮系统的截面示意图。如图1所述，磁悬浮系统中包括轴，保护轴承，轴承线圈和传感器。保护轴承用于确定轴与其他零件的相对位置，起到支撑和导向的作用。当轴承四周的轴承线圈通电，产生电磁力，使得轴能够悬浮在磁悬浮系统中进行工作，做高速旋转运动。x1、y1、x2和y2均为传感器，在本实施例中为位移传感器，用于测量轴的位移信号。
图2是根据本发明第一实施例的磁悬浮系统的轴控制装置的示意图。如图2所示，该磁悬浮系统的轴控制装置包括获取单元10、分离单元20和控制单元30。获取单元10用于获取对磁悬浮系统中轴的位移进行检测得到的位移信号，由于轴的位移包括平动位移和涡动位移，因此检测到的位移信号包括平动位移和涡动位移。该位移信号可以通过位移传感器进行检测。分离单元20用于从位移信号中分离出涡动位移，由于位移传感器检测到的位移信号包括平动位移和涡动位移，分离单元20将涡动位移从位移信号中分离出来，便于将平动位移与涡动位移分离后分别进行控制，其中从位移信号中分离出涡动位移的过程可以采用分离算法进行涡动位移的分离。控制单元30用于根据涡动位移控制轴的涡动，由于轴的涡动位移越大，其涡动越剧烈，控制单元30调节并减小分离单元20分离出的涡动位移的以达到控制轴的涡动的目的。
通过本发明实施例，采用磁悬浮系统的轴控制装置，将涡动位移从位移信号中分离出来，通过控制单元30进行控制，减小涡动位移，进而抑制轴的涡动，解决了磁悬浮系统在高速旋转时难以抑制轴涡动的问题，进而达到了磁悬浮系统在高速旋转时抑制轴涡动效果。
本发明实施例中，采用前轴承传感器检测轴前端偏离平衡位置的位移，采用后轴承传感器检测轴后端偏离平衡位置的位移，分离单元20用于采用以下公式分离出涡动位移：
其中，xa1、xb1分别为轴承在前后两端的涡动位移，la为轴的质心到前轴承传感器的距离，lb为轴的质心到后轴承传感器的距离，xa为前轴承传感器检测到的轴承前端偏离平衡位置的位移，xb为后轴承传感器检测到的轴承后端偏离平衡位置的位移。xa和xb可以通过前轴承传感器和后轴承传感器获得。前轴承传感器和后轴承传感器位移分别检测到轴的前后两端的实际检测的位移值，位移参考值减去轴的前后两端的实际检测的位移值就可以得到轴的前后两端的偏离平衡位置的位移，其中位移参考值为前后轴承传感器与平衡位置之间的距离。
图3是根据本发明实施例的轴旋转中某一时刻的位置示意图。如图3所示，其中前轴承传感器为Sensor Xa，后轴承传感器为Sensor Xb，xz平面为平行于纸面，y方向垂直于纸面，轴的质心O作为原点o，la为轴的质心到前轴承传感器的水平距离，lb为轴的质心到后轴承传感器的水平距离，xa1和xb1分别为轴在前后轴承处的涡动位移，xa2和xb2分别为轴在前后轴承处的平动位移，α为涡动角度。为了简化图形以及便于描述，将磁悬浮系统的轴用轴线代替，如图中虚线2所示，其中平衡位置用实线2表示，虚线1表示轴线水平时的位置。
从图3可以看出轴在工作过程中有平动运动和涡动运动，且在其位移满足关系式（1）：
由关系式（1）中第一式减去第二式得到：xa-xb=xa1+xb1
根据图3中还可以得到：
因此可以得到前后轴承处的涡动位移的关系式：
根据上述算法得到前后轴承处的涡动位移，推算过程简单，在数字信号处理器（digital signal processor简称DSP）等处理设备中很容易实现。本实施例中上述算法可以通过分离单元20来执行，分离单元20从传感器检测到的位移信号中分离出涡动位移，控制单元30将涡动位移作为磁悬浮系统中轴的控制参数，通过减小前轴承处的位移xa1和后轴承处的位移xbl来实现抑制轴的涡动的目的，达到有效抑制轴涡动的效果，提高磁悬浮系统的稳定性。
图4是根据本发明第二实施例的磁悬浮系统的轴控制装置的示意图。该实施例的磁悬浮系统的轴控制装置可以作为图2所示的磁悬浮系统的轴控制装置一种优选实施方式。如图4所示，该磁悬浮系统的轴控制装置包括获取单元10、分离单元20和控制单元30，其中控制单元30包括计算模块301和控制模块302。
计算模块301用于根据涡动位移计算轴的涡动角度，轴的涡动位移越大，其对应的涡动角度也就越大，计算模块301计算出涡动位移对应的涡动角度，将涡动角度作为控制参数，便于对轴的涡动进行控制。控制模块302用于控制轴的涡动角度在预定范围内。该预定范围保持在0附近的一个小范围内，由于轴的涡动位移越大，轴的涡动越剧烈，其对应的涡动角度也就越大，因此有效地将涡动角度控制在0附近，使涡动角度尽量趋近于0，从而能够有效抑制轴的涡动。
进一步优选地，在控制轴的涡动角度之前，将轴的涡动角度进行放大。由于计算得到的轴的涡动角度的值很小，在控制轴的涡动角度之前，需要放大涡动角度，其放大倍数可以根据实际情况进行设定。涡动角度环用于控制涡动角度，如果涡动角度不进行放大，涡动角度环的控制参数将会很大，将涡动角度进行放大，能够使得涡动角度环的控制参数不至于太大，以便于涡动角度环的控制参数的调试，以达到对涡动角度的精确控制，进而达到抑制轴的涡动的效果，避免出现磁悬浮系统出现高频涡动而导致失稳的情况的发生。
优选地，计算模块301用于采用以下任意一种方式计算涡动角度：方式一：；方式二：；方式三：。其中，α为涡动角度，xa1、xb1分别为轴前后两端的涡动位移，la为轴的质心到前轴承传感器的距离，lb为轴的质心到后轴承传感器的距离，xa为前轴承传感器检测到的轴前端偏离平衡位置的位移，xb为后轴承传感器检测到的轴后端偏离平衡位置的位移。根据图3并结合上述的关系式（2）我们可以得到由于α的值很小，其对应的正弦值约等于α值，即因此本实施例中直接将和计算得到的值作为涡动角度α的值，以简化涡动角度的计算，进而实现对涡动角度的控制以抑制轴的涡动。
优选地，分离单元20用于对位移信号进行分离，得到平动位移和涡动位移，控制单元30还用于在得到平动位移之后，根据平动位移控制轴的平动，该平动位移包括前轴承处的平动位移和后轴承处的平动位移。由于传感器检测到的位移信号包括涡动位移和平动位移，其中，前轴承传感器检测的位移信号包括前轴承处的涡动位移和前轴承处的平动位移前，后轴承传感器检测的位移信号包括后轴承处的涡动位移和后轴承处的平动位移。分离单元20分离位移信号得到平动位移和涡动位移，控制单元30还用于对分离位移信号得到的平动位移进行控制，对分离平动位移和涡动位移之后对轴的平动运动和涡动运动分别进行控制，既抑制了磁悬浮系统轴的涡动位移也抑制了磁悬浮系统轴的平动位移，进一步地提高磁悬浮系统的稳定性。
优选地，控制单元30用于采用第一PID（比例积分微分，Proportion IntegrationDifferentiation，简称PID）控制器对前轴承处的平动位移进行控制，采用第二PID控制器对后轴承处的平动位移进行控制，以及采用第三PID控制器对涡动位移对应的涡动角度进行控制。采用三个PID控制器分别对前轴承处的平动位移、后轴承处的平动位移和涡动角度进行控制，可以减小控制器之间的干扰，并实现对轴的涡动和平动的分离控制。
需要说明的是，本实施例中的“第一”、“第二”和“第三”并不代表先后关系，只是为了方便对本发明实施例进行描述，并不对本发明有不当限定。
图5是根据本发明实施例的轴的平动与涡动分离控制框图。
如图5所示，PID1为第一PID控制器，PID2为第二PID控制器，PID3为第三PID控制器。当线圈通电，使得磁悬浮系统中轴悬浮，线圈和轴承做相应的工作，通过位移传感器1和位移传感器2采集到轴的前后位移信号（位移传感器1为本发明实施例中所说的前轴承处传感器，位移传感器2为本发明实施例中所说的后轴承处传感器），经过位移分离后得到前轴承处的平动位移、后轴承处的平动位移以及涡动位移，再根据涡动位移计算涡动角度。将前轴承处的平动位移、后轴承处的平动位移和涡动角度作为反馈参数，分别送到第一PID控制器、第二PID控制器和第三PID控制器的反馈输入端，第一PID的输出与第三PID的输出相加作为前轴承x方向的电流控制量IRefx前，前轴承x方向的偏置电流I0前分别加上和减去该控制电流IRefx前，作为前轴承x方向上线圈的电流参考值IRefx前+I0前、下线圈的电流参考值IRefx前-I0前，电流传感器检测的上下线圈的电流值作为电流反馈值Ifdb1前和Ifdb2前（Ifdb1前为前轴承上线圈的电流反馈值、Ifdb2前为前轴承下线圈的电流反馈值）进行电流环PI控制后进行开关管的调制，PI的传递函数为Kp+KiS。其中KP为P参数，Ki为K参数。第二PID的输出与第三PID的输出相减作为后轴承x方向的电流控制量IRefx后，后轴承x方向的偏置电流I0后分别加上和减去该控制电流IRefx后，作为后轴承x方向上线圈的电流参考值IRefx后+I0后、下线圈的电流参考值IRefx后-I0后，电流传感器检测的上下线圈的电流值作为电流反馈值Ifdb1后和Ifdb2后（Ifdb1后为前轴承上线圈的电流反馈值、Ifdb2后为前轴承下线圈的电流反馈值）进行电流环PI控制后进行开关管的调制，PI的传递函数为Kp+KiS。其中KP为P参数，Ki为K参数。。整个控制过程实现对前轴承处的平动位移、后轴承处的平动位移和涡动角度分别进行控制，通过增加涡动角度的控制，达到抑制涡动的目的。
本发明实施例还提供了一种磁悬浮系统的轴控制方法。该磁悬浮系统的轴控制方法可以运行在计算机处理设备上。需要说明的是，本发明实施例的磁悬浮系统的轴控制方法可以通过本发明实施例所提供的磁悬浮系统的轴控制装置来执行，本发明实施例的磁悬浮系统的轴控制装置也可以用于执行本发明实施例所提供的磁悬浮系统的轴控制方法。
图6是根据本发明第一实施例的磁悬浮系统的轴控制方法的流程图。
如图6所示，该磁悬浮系统的轴控制方法包括步骤如下：
步骤S101，获取对磁悬浮系统中轴的位移进行检测得到的位移信号。由于轴的位移包括平动位移和涡动位移，因此检测到的位移信号包括平动位移和涡动位移。该位移信号可以通过位移传感器进行检测。
步骤S102，从位移信号中分离出涡动位移。由于位移传感器检测到的位移信号包括平动位移和涡动位移，分离单元20将涡动位移从位移信号中分离出来，便于将平动位移与涡动位移分离后分别进行控制，其中从位移信号中分离出涡动位移的过程可以采用分离算法进行涡动位移的分离。
步骤S103，根据涡动位移控制轴的涡动。由于轴的涡动位移越大，其涡动越剧烈，控制单元30调节并减小分离单元20分离出的涡动位移的以达到控制轴的涡动的目的。
通过本发明实施例，采用磁悬浮系统的轴控制装置，将涡动位移从位移信号中分离出来，通过控制单元30进行控制，减小涡动位移，进而抑制轴的涡动，解决了磁悬浮系统在高速旋转时难以抑制轴涡动的问题，进而达到了磁悬浮系统在高速旋转时抑制轴涡动效果。
优选地，本实施例中，采用前轴承传感器检测轴前端的涡动位移，采用后轴承传感器检测轴后端的涡动位移，采用以下公式分离出涡动位移：
其中，xa1、xb1分别为轴的前后两端的涡动位移，la为轴承的质心到前轴承传感器的距离，lb为轴的质心到后轴承传感器的距离，xa为前轴承传感器检测到的轴的前端偏离平衡位置的位移，xb为后轴承传感器检测到的轴的后端偏离平衡位置的位移。xa和xb可以通过前轴承传感器和后轴承传感器获得。前轴承传感器和后轴承传感器位移分别检测到轴的前后两端的实际检测的位移值，位移参考值减去轴的前后两端的实际检测的位移值就可以得到轴的前后两端的偏离平衡位置的位移，其中位移参考值为前后轴承传感器与平衡位置之间的距离。
从图3可以看出轴在工作过程中有平动运动和涡动运动，且在其位移满足关系式（1）：
由关系式（1）中第一式减去第二式得到：xa-xb=xa1+xb1
根据图3中还可以得到
因此可以得到前后轴承处的涡动位移的关系式
根据上述算法得到前后轴承处的涡动位移，推算过程简单，在DSP处理器等处理器中很容易实现。本实施例中上述算法可以通过分离单元20来执行，分离单元20从传感器检测到的位移信号中分离出涡动位移，控制单元30将涡动位移作为磁悬浮系统中轴的控制参数，通过减小前轴承处的位移xa1和后轴承处的位移xb1来实现抑制轴的涡动的目的，性达到有效抑制轴涡动的效果，提高磁悬浮系统的稳定性。
图7是根据本发明第二实施例的磁悬浮系统的轴控制方法的流程图。该实施例可以作为图6所示的实施例的磁悬浮系统的轴控制方法的优选实施方式。
如图7所示，该磁悬浮系统的轴控制方法包括步骤如下：
步骤S201，获取对磁悬浮系统中轴的位移进行检测得到的位移信号。由于轴的位移包括平动位移和涡动位移，因此检测到的位移信号包括平动位移和涡动位移。该位移信号可以通过位移传感器进行检测。
步骤S202，从位移信号中分离出涡动位移。由于位移传感器检测到的位移信号包括平动位移和涡动位移，分离单元20将涡动位移从位移信号中分离出来，便于将平动位移与涡动位移分离后分别进行控制，其中从位移信号中分离出涡动位移的过程可以采用分离算法进行涡动位移的分离。
步骤S203，根据涡动位移计算轴的涡动角度。轴的涡动位移越大，其对应的涡动角度也就越大，计算模块301计算出涡动位移对应的涡动角度，将涡动角度作为控制参数，便于对轴的涡动进行控制。
步骤S204，控制轴的涡动角度在预定范围内。该预定范围保持在0附近的一个小范围内，由于轴的涡动位移越大，轴的涡动越剧烈，其对应的涡动角度也就越大，因此有效地将涡动角度控制在0附近，使涡动角度尽量趋近于0，从而能够有效抑制轴的涡动。
进一步优选地，在控制轴的涡动角度之前，将轴的涡动角度进行放大。由于计算得到的轴的涡动角度的值很小，在控制轴的涡动角度之前，需要放大涡动角度，其放大倍数可以根据实际情况进行设定。涡动角度环用于控制涡动角度，如果涡动角度不进行放大，涡动角度环的控制参数将会很大，将涡动角度进行放大，能够使得涡动角度环的控制参数不至于太大，以便于涡动角度环的控制参数的调试，以达到对涡动角度的精确控制，进而达到抑制轴的涡动的效果，避免出现磁悬浮系统出现高频涡动而导致失稳的情况的发生。
优选地，根据涡动位移计算轴的涡动角度包括采用以下任意一种方式计算涡动角度：方式一：；方式二：；方式三：。
其中，α为涡动角度，xa1、xb1分别为轴前后两端的涡动位移，la为轴的质心到前轴承传感器的距离，lb为轴的质心到后轴承传感器的距离，xa为前轴承传感器检测到的轴前端偏离平衡位置的位移，xb为后轴承传感器检测到的轴后端偏离平衡位置的位移。根据图3并结合上述的关系式（2）我们可以得到由于α的值很小，其对应的正弦值约等于α值，即因此本实施例中可以直接将和计算得到的值作为涡动角度α的值，以简化涡动角度的计算，进而实现对涡动角度的控制以抑制轴的涡动。
优选地，从位移信号中分离出涡动位移包括对位移信号进行分离，得到平动位移和涡动位移，在得到平动位移之后，方法还包括：根据平动位移控制轴承的平动，平动位移包括前轴承处的平动位移和后轴承处的平动位移。由于传感器检测到的位移信号包括涡动位移和平动位移，其中，前轴承传感器检测的位移信号包括前轴承处的涡动位移和前轴承处的平动位移前，后轴承传感器检测的位移信号包括后轴承处的涡动位移和后轴承处的平动位移。分离单元20分离位移信号得到平动位移和涡动位移，控制单元30还用于对分离位移信号得到的平动位移进行控制，对分离平动位移和涡动位移之后对轴的平动运动和涡动运动分别进行控制，既抑制了磁悬浮系统轴的涡动位移也抑制了磁悬浮系统轴的平动位移，进一步地提高磁悬浮系统的稳定性。
优选地，采根据涡动位移控制轴承的涡动以及根据平动位移控制轴承的平动包括：采用第一PID控制器对前轴承处的平动位移进行控制；采用第二PID控制器对后轴承处的平动位移进行控制；以及采用第三PID控制器对涡动位移对应的涡动角度进行控制。采用三个PID控制器分别对前轴承处的平动位移、后轴承处的平动位移和涡动角度进行控制，可以减小控制器之间的干扰，并实现对轴的涡动和平动的分离控制。
需要说明的是，本实施例中的“第一”、“第二”和“第三”并不代表先后关系，只是为了方便对本发明实施例进行描述，并不对本发明有不当限定。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种磁悬浮系统的轴控制方法，其特征在于，包括：
获取对磁悬浮系统中轴的位移进行检测得到的位移信号；
从所述位移信号中分离出涡动位移；以及
根据所述涡动位移控制所述轴的涡动；
采用前轴承传感器检测所述轴的前端偏离平衡位置的位移，采用后轴承传感器检测所述轴的后端偏离平衡位置的位移，采用以下公式分离出所述涡动位移：
<mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>l</mi> <mi>a</mi> </msub> <mrow> <msub> <mi>l</mi> <mi>a</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>l</mi> <mi>b</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>*</mo> <mo>(</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>a</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>b</mi> </msub> <mo>)</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>b</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>l</mi> <mi>b</mi> </msub> <mrow> <msub> <mi>l</mi> <mi>a</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>l</mi> <mi>b</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>*</mo> <mo>(</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>a</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>b</mi> </msub> <mo>)</mo> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>
其中，xa1、xb1分别为所述轴的前后两端的涡动位移，la为所述轴的质心到所述前轴承传感器的距离，lb为所述轴的质心到所述后轴承传感器的距离，xa为所述前轴承传感器检测到的所述轴的前端偏离平衡位置的位移，xb为所述后轴承传感器检测到的所述轴的后端偏离平衡位置的位移，
从所述位移信号中分离出涡动位移包括对所述位移信号进行分离，得到平动位移和所述涡动位移，在得到所述平动位移之后，所述方法还包括：根据所述平动位移控制所述轴的平动，所述平动位移包括前轴承处的平动位移和后轴承处的平动位移；
根据所述涡动位移控制所述轴的涡动以及根据所述平动位移控制所述轴的平动包括：
采用第一PID控制器对所述前轴承处的平动位移进行控制；
采用第二PID控制器对所述后轴承处的平动位移进行控制；以及
采用第三PID控制器对所述涡动位移对应的涡动角度进行控制；
根据所述涡动位移控制所述轴的涡动包括：
根据所述涡动位移计算所述轴的涡动角度；以及
控制所述轴的涡动角度在预定范围内；
根据所述涡动位移计算所述轴的涡动角度包括采用以下任意一种方式计算所述涡动角度：
方式一：
<mrow> <mi>&amp;alpha;</mi> <mo>=</mo> <mi>arctan</mi> <mfrac> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>b</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <msub> <mi>l</mi> <mi>b</mi> </msub> </mfrac> </mrow>
方式二：
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方式三：
<mrow> <mi>&amp;alpha;</mi> <mo>=</mo> <mi>arctan</mi> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mi>a</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>b</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>l</mi> <mi>a</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>l</mi> <mi>b</mi> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>
其中，α为涡动角度，xa1、xb1分别为所述轴的前后两端的涡动位移，la为所述轴的质心到前轴承传感器的距离，lb为所述轴的质心到后轴承传感器的距离，xa为所述前轴承传感器检测到的所述轴的前端偏离平衡位置的位移，xb为所述后轴承传感器检测到的所述轴的后端偏离平衡位置的位移，其中，将和计算得到的值作为涡动角度α的值，将前轴承处的平动位移、后轴承处的平动位移和涡动角度作为反馈参数，分别送到所述第一PID控制器、所述第二PID控制器和所述第三PID控制器的反馈输入端。
2.一种磁悬浮系统的轴控制装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取对磁悬浮系统中轴的位移进行检测得到的位移信号；
分离单元，用于从所述位移信号中分离出涡动位移；以及
控制单元，用于根据所述涡动位移控制所述轴的涡动；
采用前轴承传感器检测所述轴的前端的涡动位移，采用后轴承传感器检测所述轴的后端的涡动位移，所述分离单元用于采用以下公式分离出所述涡动位移：
<mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>l</mi> <mi>a</mi> </msub> <mrow> <msub> <mi>l</mi> <mi>a</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>l</mi> <mi>b</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>*</mo> <mo>(</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>a</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>b</mi> </msub> <mo>)</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>b</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>l</mi> <mi>b</mi> </msub> <mrow> <msub> <mi>l</mi> <mi>a</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>l</mi> <mi>b</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>*</mo> <mo>(</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>a</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>b</mi> </msub> <mo>)</mo> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>
其中，xa1、xb1分别为所述轴的前后两端的涡动位移，la为所述轴的质心到所述前轴承传感器的距离，lb为所述轴的质心到所述后轴承传感器的距离，xa为所述前轴承传感器检测到的所述轴的前端偏离平衡位置的位移，xb为所述后轴承传感器检测到的所述轴的后端偏离平衡位置的位移，
所述分离单元用于对所述位移信号进行分离，得到平动位移和所述涡动位移，所述控制单元还用于在得到所述平动位移之后，根据所述平动位移控制所述轴的平动，所述平动位移包括前轴承处的平动位移和后轴承处的平动位移；
所述控制单元用于：
采用第一PID控制器对所述前轴承处的平动位移进行控制；
采用第二PID控制器对所述后轴承处的平动位移进行控制；以及
采用第三PID控制器对所述涡动位移对应的涡动角度进行控制；
所述控制单元包括：
计算模块，用于根据所述涡动位移计算所述轴的涡动角度；以及
控制模块，用于控制所述轴的涡动角度在预定范围内；
所述计算模块用于采用以下任意一种方式计算所述涡动角度：
方式一：
<mrow> <mi>&amp;alpha;</mi> <mo>=</mo> <mi>arctan</mi> <mfrac> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>b</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <msub> <mi>l</mi> <mi>b</mi> </msub> </mfrac> </mrow>
方式二：
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方式三：
<mrow> <mi>&amp;alpha;</mi> <mo>=</mo> <mi>arctan</mi> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mi>a</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>b</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>l</mi> <mi>a</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>l</mi> <mi>b</mi> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>
其中，α为涡动角度，xa1、xb1分别为所述轴的前后两端的涡动位移，la为所述轴的质心到前轴承传感器的距离，lb为所述轴的质心到后轴承传感器的距离，xa为所述前轴承传感器检测到的所述轴的前端偏离平衡位置的位移，xb为所述后轴承传感器检测到的所述轴的后端偏离平衡位置的位移，将和计算得到的值作为涡动角度α的值，将前轴承处的平动位移、后轴承处的平动位移和涡动角度作为反馈参数，分别送到所述第一PID控制器、所述第二PID控制器和所述第三PID控制器的反馈输入端。
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