CN104516379A - 磁悬浮系统的偏置电压调节方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁悬浮系统的偏置电压调节方法和装置。该磁悬浮系统的偏置电压调节方法包括：获取来自第一传感器的第一信号和第二传感器的第二信号，根据第一信号和第二信号确定偏置电压范围，以及调节磁悬浮系统的偏置电压在偏置电压范围内。通过本发明，能够灵活配置偏置电压。

Description

磁悬浮系统的偏置电压调节方法和装置

技术领域

本发明涉及磁悬浮领域，具体而言，涉及一种磁悬浮系统的偏置电压调节方法和装置。

背景技术

目前的磁悬浮轴承系统中，径向的每个自由度上常安装两个传感器，在电路中对这两路信号作减法处理以实现差动方式，再将此信号加一个固定的偏置电压，使其满足模数转换芯片（ADC）采集电压的范围，并最终传入主控芯片实现悬浮控制。

径向4个自由度共有4路差分位移信号，由于安装上的误差，无法保证每个传感器与悬浮中心点距离一致，故每个自由度上差分位移信号的最大值和最小值不一样，这将导致所加的偏置电压也不一样。传统的做法是通过事先测量每路传感器的最大最小值，再通过计算来确定各自由度的偏置电压值，最后在电路板上通过电阻分压等方式将偏置电压固定下来。

这种方式至少存在以下两个方面的弊端，一是每套磁悬浮轴承系统都必须通过计算来获得偏置电压值和悬浮中心点位置，通用性差；二是若因某些原因导致传感器位置的变动将无法进行中心位置的自校准，严重时可能获得错误的位置信号，导致悬浮的不稳定性。

针对现有技术中磁悬浮系统偏置电压值的获取方式通用性差的问题，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偏置电压调节方法和装置，以解决磁悬浮系统偏置电压值的获取方式通用性差的问题。

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偏置电压调节方法。根据本发明的磁悬浮系统的偏置电压调节方法包括：磁悬浮系统包括用于检测磁悬浮位移的第一传感器和第二传感器，并且第一传感器和第二传感器为同一自由度上的两个传感器，偏置电压调节方法包括：获取来自第一传感器的第一信号和第二传感器的第二信号；根据第一信号和第二信号确定偏置电压范围；以及调节磁悬浮系统的偏置电压在偏置电压范围内。

进一步地，根据第一信号和第二信号确定偏置电压范围包括：对第一信号和第二信号进行减法运算，得到差分信号；通过差分信号确定偏置电压范围，其中，在偏置电压范围内，差分信号与偏置电压的和在预设范围内，其中，预设范围为模数转换芯片的有效采集电压范围。

进一步地，根据差分信号确定偏置电压范围包括：根据差分信号获取最大偏置电压和最小偏置电压；以及通过最大偏置电压和最小偏置电压确定偏置电压范围。

进一步地，根据差分信号获取最大偏置电压和最小偏置电压包括：确定差分信号的最小值和差分信号的最大值；控制磁悬浮系统将轴吸到距离第一传感器最近处，使差分信号为最小值；记录增大差分信号的值直到差分信号与偏置电压的和大于预设范围的最小值时的偏置电压值为最小偏置电压；控制磁悬浮系统将轴吸到距离第二传感器最近处，使差分信号为最大值；以及记录减小差分信号的值直到差分信号与偏置电压的和小于预设范围的最大值时的偏置电压值为最大偏置电压。

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偏置电压调节装置。根据本发明的磁悬浮系统的偏置电压调节装置包括：磁悬浮系统包括用于检测磁悬浮位移的第一传感器和第二传感器，并且第一传感器和第二传感器为同一自由度上的两个传感器，偏置电压调节装置包括：获取单元，用于获取来自第一传感器的第一信号和第二传感器的第二信号；确定单元，用于根据第一信号和第二信号确定偏置电压范围；以及调节单元，用于调节磁悬浮系统的偏置电压在偏置电压范围内。

进一步地，确定单元包括：差分模块，用于对第一信号和第二信号进行减法运算，得到差分信号；确定模块，用于通过差分信号确定偏置电压范围，其中，在偏置电压范围内，差分信号与偏置电压的和在预设范围内，其中，预设范围为模数转换芯片有效采集电压范围。

进一步地，确定模块用于采用以下方式确定偏置电压范围：根据差分信号获取最大偏置电压和最小偏置电压；以及通过最大偏置电压和最小偏置电压确定偏置电压范围。

进一步地，确定模块包括：确定子模块，用于确定差分信号的最小值和差分信号的最大值；第一控制子模块，用于控制磁悬浮系统将轴吸到距离第一传感器最近处，使差分信号为最小值；第一记录模块，用于记录增大差分信号的值直到差分信号与偏置电压的和大于预设范围的最小值时的偏置电压值为最小偏置电压；第二控制子模块，用于控制磁悬浮系统将轴吸到距离第二传感器最近处，使差分信号为最大值；以及第二记录模块，用于记录减小差分信号的值直到差分信号与偏置电压的和小于预设范围的最大值时的偏置电压值为最大偏置电压。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，还提供了一种磁悬浮系统的偏置电压调节装置。根据本发明的磁悬浮系统的偏置电压调节装置包括：磁悬浮系统包括用于检测磁悬浮位移的第一传感器和第二传感器，并且第一传感器和第二传感器为同一自由度上的两个传感器，偏置电压调节装置包括：第一运算放大器，用于获取来自第一传感器的第一信号和第二传感器的第二信号，对第一信号和第二信号进行减法运算，得到差分信号；第二运算放大器，用于对偏置电压和差分信号进行求和运算；处理器，与第二运算放大器相连接，用于通过调节偏置电压以使差分信号与偏置电压的和在预设范围内，其中，预设范围为模数转换芯片的有效采集电压范围。

进一步地，处理器用于通过以下方式调节偏置电压：确定差分信号的最小值和差分信号的最大值；控制磁悬浮系统将轴吸到距离第一传感器最近处，使差分信号为最小值；记录增大差分信号的值直到差分信号与偏置电压的和大于预设范围的最小值时的偏置电压值为最小偏置电压；控制磁悬浮系统将轴吸到距离第二传感器最近处，使差分信号为最大值；记录减小差分信号的值直到差分信号与偏置电压的和小于预设范围的最大值时的偏置电压值为最大偏置电压；通过最大偏置电压和最小偏置电压确定偏置电压范围；以及调节偏置电压在偏置电压范围内。

通过本发明，采用第一传感器和第二传感器确定偏置电压的范围，将磁悬浮系统的偏置电压调节至偏置电压范围内的方法，解决了磁悬浮系统偏置电压值的获取方式通用性差的问题，进而达到了偏置电压灵活配置的效果。

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系统的偏置电压调节装置的电路图；

图2是根据本发明第一实施例的磁悬浮系统的偏置电压调节装置的示意图；

图3是根据本发明第二实施例的磁悬浮系统的偏置电压调节装置的示意图；

图4是根据本发明第三实施例的磁悬浮系统的偏置电压调节装置的示意图；

图5是根据本发明第一实施例的磁悬浮系统的偏置电压调节方法的示意图的流程图；

图6是根据本发明第二实施例的磁悬浮系统的偏置电压调节方法的示意图的流程图；以及

图7是根据本发明实施例的调节方法中获取最大偏置电压和最小偏置电压的流程图。

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。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明实施例提供了一种磁悬浮系统的偏置电压调节装置。该装置能够用来调节磁悬浮系统的偏置电压。以下结合附图对该磁悬浮系统的偏置电压调节装置进行详细说明。

图1是根据本发明实施例的磁悬浮系统的偏置电压调节装置的电路图。如图所示，该偏置电压调节装置包括磁悬浮系统和调节电路。

磁悬浮系统包括轴1、保护轴承2、电磁轴承4以及传感器。在轴1与保护轴承2之间存在有间隙3，间隙3能够使轴1在保护轴承2内旋转时不碰撞到保护轴承2。磁悬浮系统中的传感器设置在保护轴承2的外圆上，图1中的X1、X2、Y1和Y2为分别设置在四个方向上的传感器，传感器X1和传感器X2设置在同一个自由度上，传感器Y1和传感器Y2设置在同一个自由度上。传感器能够用来检测磁悬浮位移，其中，第一传感器和第二传感器可以是传感器X1和传感器X2，也可以是传感器Y1和传感器Y2。

该磁悬浮系统的偏置电压调节装置中的调节电路包括第一运算放大器OPA1和第二运算放大器OPA2。第一运算放大器OPA1的正向输入端和反向输入端分别与磁悬浮系统的两个传感器相连接，图1示出了第一运算放大器OPA1的正向输入端与传感器X1相连接，第一运算放大器OPA1的反向输入端与传感器X2相连接，第一运算放大器OPA1输出的电压为V1。

在第一运算放大器OPA1的输出端和第二运算放大器OPA2的正向输入端之间连接有电阻R1，在第二运算放大器OPA2和电阻R1之间连接电阻R2的第一端，电阻R2的第二端与数模转换芯片DAC的第一端相连接，数模转换芯片DAC的第二端与处理器相连接，其中，处理器可以是数字信号处理器DSP。在第二运算放大器OPA2的输出端与模数转换芯片ADC的第一端相连接，模数转换芯片ADC的第二端与数字信号处理器DSP相连接。其中，数模转换芯片DAC输出偏置电压Vre。

第一运算放大器OPA1可以获取来自第一传感器的第一信号和第二传感器的第二信号，对第一信号和第二信号进行减法运算，得到差分信号。如图1所示，第一运算放大器OPA1的正向输入端与传感器X1相连接，接收传感器X1发出的第一信号，第一运算放大器OPA1的反向输入端与传感器X2相连接，接收传感器X2发出的第一信号，第一运算放大器OPA1对第一信号和第二信号进行减法运算，得到差分信号。第一运算放大器OPA1的输出端输出差分信号V1。

第二运算放大器OPA2可以对偏置电压和差分信号进行求和运算。如图1所示，第一运算放大器OPA1输出端输出的差分信号V1经过电阻R1输入到第二运算放大器OPA2的正向输入端，数模转换芯片DAC输出偏置电压Vre经过电阻R2输入到第二运算放大器OPA2的正向输入端，第二运算放大器OPA2可以对偏置电压Vre和差分信号V1进行求和运算，输出求和信号V2。

数字信号处理器能够通过调节偏置电压Vre以使差分信号V1与偏置电压Vre的和在预设范围内，其中，预设范围为模数转换芯片ADC的有效采集电压范围。

具体地，数字信号处理器能够通过以下方式调节偏置电压：

确定差分信号的最小值和差分信号的最大值。传感器X1和传感器X2输出的第一信号和第二信号通过第一运算放大器OPA1作减法得到差分信号V1，差分信号V1的值根据轴的位置不同而不同，当磁力将轴吸到传感器X2最近处时，传感器X1输出第一信号最大值，传感器X2输出第一信号最小值，第一信号最大值减去第一信号最小值得到差分信号V1的最大值V1max，V1max可以是一个正值；当磁力将轴吸到传感器X1最近处时，同理，可得到差分信号V1的最小值V1min，V1min可以是一个负值。

控制磁悬浮系统将轴吸到距离第一传感器最近处，使差分信号为最小值。例如，控制磁悬浮系统将轴吸到距离传感器X1最近处，传感器X2检测到的位移最大，传感器X1检测到的位移最小，因此对第一信号和第二信号做减法得到差分信号的最小值。

记录增大差分信号的值直到差分信号与偏置电压的和大于预设范围的最小值时的偏置电压值为最小偏置电压。

先将轴吸到传感器X1最近处，使第一运算放大器OPA1输出为V1min。通过数字信号处理器DSP逐步改变数模转换芯片DAC输出的偏置电压值Vre，使其从0V到3.3V，以0.1V的幅度递增输出。同时，每改变一个偏置电压值Vre，数字信号处理器DSP通过模数转换芯片ADC读取一次V2的值。当Vre＋V1min≦0时，第二运算放大器OPA2输出V2的值一直为0，继续增大偏置电压Vre的值，使第二运算放大器OPA2输出V2﹥0，并通过数字信号处理器DSP记下使V2﹥0时的最小偏置电压Vre值，记为Vremin。

控制磁悬浮系统将轴吸到距离第二传感器最近处，使差分信号为最大值。例如，控制磁悬浮系统将轴吸到距离传感器X2最近处，传感器X1检测到的位移最大，传感器X2检测到的位移最小，因此对第一信号和第二信号做减法得到差分信号的最大值。

记录减小差分信号的值直到差分信号与偏置电压的和小于预设范围的最大值时的偏置电压值为最大偏置电压。将轴吸到传感器X2最近处，使第一运算放大器OPA1输出为V1max。通过数字信号处理器DSP逐步改变数模转换芯片DAC输出的偏置电压值Vre，使其从3.3V到0V，以0.1V的幅度递减输出。同时，每改变一个偏置电压值Vre，数字信号处理器DSP通过模数转换芯片ADC读取一次V2的值。当V1max+Vre≧3.3V，求和电压信号V2的值一直为3.3V，继续减少偏置电压Vre的值，使V2﹤3.3V，并通过数字信号处理器DSP记下使V2﹤3.3V时的最大偏置电压Vre值，记为Vremax。

通过最大偏置电压和最小偏置电压确定偏置电压范围。在得到最小偏置电压Vremin和最大偏置电压Vremax之后，偏置电压Vre的取值范围就在Vremin和Vremax之间。这样就实现了偏置电压Vre的自动确定和灵活调节。

调节偏置电压在偏置电压范围内。在确定偏置电压范围为Vremin～Vremax之后，将轴分别吸到传感器X1和传感器X2的最近处，得到第二运算放大器输出V2的最小值V2min和最大值V2max，数字处理器DSP将这个值记录下来，并计算得到当轴处于中心点时对应电压的值Vmid为：Vxmid=(V2max＋V2min)/2，可以将偏置电压设置在Vremin和Vremax之间。

需要说明的是，为了描述的清楚和方便，上述过程用传感器X1和传感器X2为例对本发明实施例进行了描述，本领域技术人员应该知晓的是，本发明实施例中的传感器X1和传感器X2可以替换为传感器Y1和传感器Y2，还可以替换为任一自由度上的两个传感器。因此，通过上述装置能够实现在自由度Y上确定中心点对应的电压值Vymid，那么（Vxmid，Vymid）即为轴1径向悬浮中心。

图2是根据本发明第一实施例的磁悬浮系统的偏置电压调节装置的示意图。如图所示，该偏置电压调节装置包括获取单元10、确定单元20和调节单元30。

本发明实施例中的磁悬浮系统包括用于检测磁悬浮位移的第一传感器和第二传感器，并且第一传感器和第二传感器为同一自由度上的两个传感器，上述内容在对图1所示的磁悬浮系统的偏置电压调节装置的电路图进行说明的时候已经详细介绍过，在此不做赘述。

获取单元10用于获取来自第一传感器的第一信号和第二传感器的第二信号。获取来自第一传感器的第一信号可以是获取传感器X1的第一信号，可以用第一信号表示轴1在保护轴承2内的位移信息，获取来自第二传感器的第二信号可以是获取传感器X2的第二信号，可以用第二信号表示轴1在保护轴承2内的位移信息。由于X1和X2只是举例说明，获取单元10还可以获取传感器Y1和传感器Y2的信号，获取单元能够获取处于同一自由度的第一传感器和第二传感器的信号。

确定单元20用于根据第一信号和第二信号确定偏置电压范围。在磁力将轴吸到传感器X1最近处时，确定单元20可以根据第一信号和第二信号确定最小输出信号V1min。然后，逐步改变偏置电压值Vre，使其从0V到3.3V，以0.1V的幅度递增输出。对最小输出信号V1min和偏置电压值Vre求和，得到输出求和电压信号V2。每次改变一个偏置电压值Vre，确定单元20确定一个输出电压信号V2。当Vre＋V1min≦0时，输出求和电压信号V2的值一直为0，继续增大偏置电压Vre的值，使输出求和电压信号V2﹥0，并记下使V2﹥0时的最小偏置电压Vre值，记为Vremin。本发明实施例可以通过模数转换芯片生成偏置电压，因此，偏置电压的范围可以是模数转换芯片的有效采集电压范围0V～3.3V。

在磁力将轴吸到传感器X2最近处时，确定单元20可以根据第一信号和第二信号确定最大输出信号V1max。然后，逐步改变偏置电压值Vre，使其从3.3V到0V，以0.1V的幅度递减输出。对最大输出信号V1min和偏置电压值Vre求和，得到输出求和电压信号V2。每次改变一个偏置电压值Vre，确定单元20确定一个输出求和电压信号V2。当V1max+Vre≧3.3V时，输出求和电压信号V2的值一直为3.3V，继续减小偏置电压Vre的值，使输出求和电压信号V2<3.3V，并记下使V2<3.3V时的最大偏置电压Vre值，记为Vremax。因此，确定单元20通过上述方法确定偏置电压范围在Vremin和Vremax之间。

调节单元30用于调节磁悬浮系统的偏置电压在偏置电压范围内。在确定单元20确定偏置电压范围为Vremin～Vremax之后，磁力将轴分别吸到传感器X1和传感器X2的最近处，输出差分信号与偏置电压的求和电压信号V2的最小值V2min和最大值V2max，记录最小值V2min和最大值V2max，并根据最小值V2min和最大值V2max计算得到当轴处于中心点时对应电压的值Vmid为：Vxmid=(V2max＋V2min)/2，此时，可以将偏置电压设置在Vremin和Vremax之间。

图3是根据本发明第二实施例的磁悬浮系统的偏置电压调节装置的示意图。如图所示，该偏置电压调节装置包括获取单元10、确定单元20和调节单元30，其中，确定单元20包括差分模块201和确定模块202。图3所示实施例中的获取单元10和调节单元30与图2所示实施例中的获取单元10和调节单元30的功能相同，在此不做赘述。

差分模块201用于对第一信号和第二信号进行减法运算，得到差分信号。第一信号可以为传感器Y1输出的信号，第二信号可以为传感器Y2输出的信号，对第一信号和第二信号进行减法计算可以是用传感器Y1输出的信号减去传感器Y2输出的信号，得到差分信号。需要说明的是，也可以将上述传感器Y1和Y2替换为传感器X1和X2，同时，X1和X2不用于限制本发明实施例中传感器先后顺序、所处于的自由度以及它们在同一自由度上的位置关系。

确定模块202用于通过差分信号确定偏置电压范围，其中，在偏置电压范围内，差分信号与偏置电压的和在预设范围内，其中，预设范围为模数转换芯片的有效采集电压范围。差分信号可以是根据传感器X1和传感器X2获得的差分信号的最大值，也可以是差分信号的最小值，根据差分信号确定的偏置电压范围可以是Vremin～Vremax。在偏置电压Vremin～Vremax内，确定模块对差分信号和偏置电压进行求和，差分信号和偏置电压的和在0～3.3V的范围内。其中，0～3.3V范围是模数转换芯片的有效采集电压范围。

具体地，确定模块根据差分信号获取最大偏置电压和最小偏置电压，并且通过最大偏置电压和最小偏置电压确定偏置电压范围。

在磁力将轴吸到传感器X1最近处时，确定模块可以根据第一信号和第二信号确定最小差分信号V1min。然后，逐步改变偏置电压值Vre，使其从0V到3.3V，以0.1V的幅度递增输出。对差分信号V1min和偏置电压值Vre求和，得到输出求和电压信号V2。每次改变一个偏置电压值Vre，确定模块确定一个输出电压信号V2。当Vre＋V1min≦0时，输出求和电压信号V2的值一直为0，继续增大偏置电压Vre的值，使输出求和电压信号V2﹥0，并记下使V2﹥0时的最小偏置电压Vre值，记为Vremin。本发明实施例可以通过模数转换芯片生成偏置电压，因此，偏置电压的范围可以是模数转换芯片的有效采集电压范围0V～3.3V。

在磁力将轴吸到传感器X2最近处时，确定单元20可以根据第一信号和第二信号确定最大输出信号V1max。然后，逐步改变偏置电压值Vre，使其从3.3V到0V，以0.1V的幅度递减输出。对最大输出信号V1min和偏置电压值Vre求和，得到输出求和电压信号V2。每次改变一个偏置电压值Vre，确定单元20确定一个输出求和电压信号V2。当V1max+Vre≧3.3V时，输出求和电压信号V2的值一直为3.3V，继续减小偏置电压Vre的值，使输出求和电压信号V2<3.3V，并记下使V2<3.3V时的最大偏置电压Vre值，记为Vremax。因此，确定单元20通过上述方法确定偏置电压范围在Vremin和Vremax之间。

图4是根据本发明第三实施例的磁悬浮系统的偏置电压调节装置的示意图。如图所示，该偏置电压调节装置包括获取单元10、确定单元20和调节单元30，其中，确定单元20包括差分模块201和确定模块202，确定模块202包括确定子模块2021、第一控制子模块2022、第一记录模块2023、第二控制子模块2024和第二记录模块2025。

确定子模块2021用于确定差分信号的最小值和差分信号的最大值。差分模块通过传感器X1和传感器X2输出的第一信号和第二信号做减法得到差分信号V1，差分信号V1的值根据轴在保护轴承内位置不同而不同，例如，当磁力将轴吸到传感器X2最近处时，传感器X1输出第一信号最大值，传感器X2输出第一信号最小值，第一信号最大值减去第一信号最小值得到差分信号V1的最大值V1max，V1max可以是一个正值；当磁力将轴吸到传感器X1最近处时，同理，可得到差分信号V1的最小值V1min，V1min可以是一个负值。

第一控制子模块2022用于控制磁悬浮系统将轴吸到距离第一传感器最近处，使差分信号为最小值。例如，控制磁悬浮系统将轴吸到距离传感器X1最近处，传感器X2检测到的位移最大，传感器X1检测到的位移最小，因此对第一信号和第二信号做减法得到差分信号的最小值。

第一记录模块2023用于记录增大差分信号的值直到差分信号与偏置电压的和大于预设范围的最小值时的偏置电压值为最小偏置电压。在差分模块通过传感器X1和传感器X2输出的第一信号和第二信号做减法得到差分信号V1之后，逐步改变偏置电压值Vre，使其从0V到3.3V，以0.1V的幅度递增输出。对差分信号V1min和偏置电压值Vre求和，得到输出求和电压信号V2。每次改变一个偏置电压值Vre，确定模块确定一个输出电压信号V2。当Vre＋V1min≦0时，输出求和电压信号V2的值一直为0，继续增大偏置电压Vre的值，使输出求和电压信号V2﹥0，并记下使V2﹥0时的最小偏置电压Vre值，记为Vremin。本发明实施例可以通过模数转换芯片生成偏置电压，因此，偏置电压的范围可以是模数转换芯片的有效采集电压范围0V～3.3V。

第二控制子模块2024用于控制磁悬浮系统将轴吸到距离第二传感器最近处，使差分信号为最大值。例如，控制磁悬浮系统将轴吸到距离传感器X2最近处，传感器X1检测到的位移最大，传感器X2检测到的位移最小，因此对第一信号和第二信号做减法得到差分信号的最大值。

第二记录模块2025用于记录减小差分信号的值直到差分信号与偏置电压的和小于预设范围的最大值时的偏置电压值为最大偏置电压。在磁力将轴吸到传感器X2最近处时，确定单元20可以根据第一信号和第二信号确定最大输出信号V1max。然后，逐步改变偏置电压值Vre，使其从3.3V到0V，以0.1V的幅度递减输出。对最大输出信号V1min和偏置电压值Vre求和，得到输出求和电压信号V2。每次改变一个偏置电压值Vre，确定单元20确定一个输出求和电压信号V2。当V1max+Vre≧3.3V时，输出求和电压信号V2的值一直为3.3V，继续减小偏置电压Vre的值，使输出求和电压信号V2<3.3V，并记下使V2<3.3V时的最大偏置电压Vre值，记为Vremax。因此，确定单元20通过上述方法确定偏置电压范围在Vremin和Vremax之间。

从以上的描述中，可以看出，本发明实施例能够准确获取轴1的悬浮中心，并且在每次悬浮之前，都能进行悬浮中心点的确定，从而实现中心点的自校准功能，确保悬浮的可靠性。

进一步地，由于该调节装置能够通过计算传感器的输出信号获得偏置电压值，无需在磁悬浮系统的制造过程中直接用电阻分压等方式将偏置电压固定，使得该方法能灵活运用于磁悬浮装置，方便传感器位置变动时自动校准悬浮中心。

本发明的实施例还提供了一种磁悬浮系统的偏置电压调节方法。本发明实施例的磁悬浮系统的偏置电压调节方法可以通过本发明实施例所提供的磁悬浮系统的偏置电压调节装置来执行，本发明实施例的磁悬浮系统的偏置电压调节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偏置电压调节方法。

以下结合附图对磁悬浮系统的偏置电压调节方法进行详细阐述，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图5是根据本发明第一实施例的磁悬浮系统的偏置电压调节方法的示意图的流程图。

本发明实施例中的磁悬浮系统包括用于检测磁悬浮位移的第一传感器和第二传感器，并且第一传感器和第二传感器为同一自由度上的两个传感器，上述内容在对图1所示的磁悬浮系统的偏置电压调节装置的电路图进行说明的时候已经详细介绍过，在此不做赘述。如图5所示，该方法包括如下步骤：

步骤S101，获取来自第一传感器的第一信号和第二传感器的第二信号。获取来自第一传感器的第一信号可以是获取传感器X1的第一信号，可以用第一信号表示轴1在保护轴承2内的位移信息，获取来自第二传感器的第二信号可以是获取传感器X2的第二信号，可以用第二信号表示轴1在保护轴承2内的位移信息。由于X1和X2只是举例说明，获取单元10还可以获取传感器Y1和传感器Y2的信号。第一传感器和第二传感器为处于同一自由度的传感器。

步骤S102，根据第一信号和第二信号确定偏置电压范围。先将轴吸到传感器X1最近处，可以通过第一运算放大器OPA1输出V1min。通过数字信号处理器DSP逐步改变数模转换芯片DAC输出的偏置电压值Vre，使其从0V到3.3V，以0.1V的幅度递增输出。每改变一个偏置电压值Vre，数字信号处理器DSP通过模数转换芯片ADC读取一次V2的值。当Vre＋V1min≦0时，第二运算放大器OPA2输出V2的值一直为0，继续增大偏置电压Vre的值，使第二运算放大器OPA2输出V2﹥0，并通过数字信号处理器DSP记下使V2﹥0时的最小偏置电压Vre值，记为Vremin。由于在以数字信号处理器为主控的系统中，模数转换芯片的有效采集电压范围为0V～3.3V，因此这里采用的数值范围是0V～3.3V。

将轴吸到传感器X2最近处，使第一运算放大器OPA1输出为V1max。通过数字信号处理器DSP逐步改变数模转换芯片DAC输出的偏置电压值Vre，使其从3.3V到0V，以0.1V的幅度递减输出。同时，每改变一个偏置电压值Vre，数字信号处理器DSP通过模数转换芯片ADC读取一次V2的值。当V1max+Vre≧3.3V，V2的值一直为3.3V，继续减少偏置电压Vre的值，使V2﹤3.3V，并通过数字信号处理器DSP记下使V2﹤3.3V时的最大偏置电压Vre值，记为Vremax。

通过上述方法确定偏置电压范围在Vremin和Vremax之间。

步骤S103，调节磁悬浮系统的偏置电压在偏置电压范围内。在确定偏置电压范围为Vremin～Vremax之后，将轴分别吸到传感器X1和传感器X2的最近处，得到第二运算放大器输出V2的最小值V2min和最大值V2max，数字处理器DSP将这个值记录下来，并计算得到当轴处于中心点时对应电压的值Vmid为：Vxmid=(V2max＋V2min)/2，可以将偏置电压设置在Vremin和Vremax之间。

图6是根据本发明第二实施例的磁悬浮系统的偏置电压调节方法的示意图的流程图。如图所示，该方法包括如下步骤：

步骤S201，获取来自第一传感器的第一信号和第二传感器的第二信号。获取来自第一传感器的第一信号可以是获取传感器X1的第一信号，可以用第一信号表示轴1在保护轴承2内的位移信息，获取来自第二传感器的第二信号可以是获取传感器X2的第二信号，可以用第二信号表示轴1在保护轴承2内的位移信息。由于X1和X2只是举例说明，获取单元10还可以获取传感器Y1和传感器Y2的信号。第一传感器和第二传感器为处于同一自由度的传感器。

步骤S202，对第一信号和第二信号进行减法运算，得到差分信号。第一信号可以为传感器Y1输出的信号，第二信号可以为传感器Y2输出的信号，对第一信号和第二信号进行减法计算可以是用传感器Y1输出的信号减去传感器Y2输出的信号，得到差分信号。

步骤S203，通过差分信号确定偏置电压范围，其中，在偏置电压范围内，差分信号与偏置电压的和在预设范围内，其中，预设范围为模数转换芯片的有效采集电压范围。差分信号可以是根据传感器X1和传感器X2获得的差分信号的最大值，也可以是差分信号的最小值，根据差分信号确定的偏置电压范围可以是Vremin～Vremax。在偏置电压Vremin～Vremax内，确定模块对差分信号和偏置电压进行求和，差分信号和偏置电压的和在0～3.3V的范围内。其中，0～3.3V范围是模数转换芯片的有效采集电压范围。

步骤S204，调节磁悬浮系统的偏置电压在偏置电压范围内。在确定偏置电压范围为Vremin～Vremax之后，将轴分别吸到传感器X1和传感器X2的最近处，得到第二运算放大器输出V2的最小值V2min和最大值V2max，数字处理器DSP将这个值记录下来，并计算得到当轴处于中心点时对应电压的值Vmid为：Vxmid=(V2max＋V2min)/2，可以将偏置电压设置在Vremin和Vremax之间。

具体地，该偏置电压调节方法还包括：根据差分信号确定偏置电压范围包括：根据差分信号获取最大偏置电压和最小偏置电压，通过最大偏置电压和最小偏置电压确定偏置电压范围。在磁力将轴吸到传感器X1最近处时，可以通过第一运算放大器OPA1输出V1min。通过数字信号处理器DSP逐步改变数模转换芯片DAC输出的偏置电压值Vre，使其从0V到3.3V，以0.1V的幅度递增输出。每改变一个偏置电压值Vre，数字信号处理器DSP通过模数转换芯片ADC读取一次V2的值。当Vre＋V1min≦0时，第二运算放大器OPA2输出V2的值一直为0，继续增大偏置电压Vre的值，使第二运算放大器OPA2输出V2﹥0，并通过数字信号处理器DSP记下使V2﹥0时的最小偏置电压Vre值，记为Vremin。由于在以数字信号处理器为主控的系统中，模数转换芯片的有效采集电压范围为0V～3.3V，因此这里采用的数值范围是0V～3.3V。

在磁力将轴吸到传感器X2最近处时，使第一运算放大器OPA1输出为V1max。通过数字信号处理器DSP逐步改变数模转换芯片DAC输出的偏置电压值Vre，使其从3.3V到0V，以0.1V的幅度递减输出。同时，每改变一个偏置电压值Vre，数字信号处理器DSP通过模数转换芯片ADC读取一次V2的值。当V1max+Vre≧3.3V，V2的值一直为3.3V，继续减少偏置电压Vre的值，使V2﹤3.3V，并通过数字信号处理器DSP记下使V2﹤3.3V时的最大偏置电压Vre值，记为Vremax。通过上述步骤的运算，得到偏置电压范围是Vremin～Vremax。

图7是根据本发明实施例的调节方法中获取最大偏置电压和最小偏置电压的流程图。图7所示实施例可以作为图6所示实施例的优选实施方式。

步骤S301，确定差分信号的最小值和差分信号的最大值。传感器X1和传感器X2输出的第一信号和第二信号通过第一运算放大器OPA1作减法得到差分信号V1，差分信号V1的值根据轴的位置不同而不同，当磁力将轴吸到传感器X2最近处时，传感器X1输出第一信号最大值，传感器X2输出第一信号最小值，第一信号最大值减去第一信号最小值得到差分信号V1的最大值V1max，V1max可以是一个正值；当磁力将轴吸到传感器X1最近处时，同理，可得到差分信号V1的最小值V1min，V1min可以是一个负值。

步骤S302，控制磁悬浮系统将轴吸到距离第一传感器最近处，使差分信号为最小值。例如，控制磁悬浮系统将轴吸到距离传感器X1最近处，传感器X2检测到的位移最大，传感器X1检测到的位移最小，因此对第一信号和第二信号做减法得到差分信号的最小值。

步骤S303，记录增大差分信号的值直到差分信号与偏置电压的和大于预设范围的最小值时的偏置电压值为最小偏置电压。在磁力将轴吸到传感器X1最近处时，可以通过第一运算放大器OPA1输出V1min。通过数字信号处理器DSP逐步改变数模转换芯片DAC输出的偏置电压值Vre，使其从0V到3.3V，以0.1V的幅度递增输出。每改变一个偏置电压值Vre，数字信号处理器DSP通过模数转换芯片ADC读取一次V2的值。当Vre＋V1min≦0时，第二运算放大器OPA2输出V2的值一直为0，继续增大偏置电压Vre的值，使第二运算放大器OPA2输出V2﹥0，并通过数字信号处理器DSP记下使V2﹥0时的最小偏置电压Vre值，记为Vremin。由于在以数字信号处理器为主控的系统中，模数转换芯片的有效采集电压范围为0V～3.3V，因此这里采用的数值范围是0V～3.3V。

步骤S304，控制磁悬浮系统将轴吸到距离第二传感器最近处，使差分信号为最大值。例如，控制磁悬浮系统将轴吸到距离传感器X2最近处，传感器X1检测到的位移最大，传感器X2检测到的位移最小，因此对第一信号和第二信号做减法得到差分信号的最大值。

步骤S305，记录减小差分信号的值直到差分信号与偏置电压的和小于预设范围的最大值时的偏置电压值为最大偏置电压。在磁力将轴吸到传感器X2最近处时，使第一运算放大器OPA1输出为V1max。通过数字信号处理器DSP逐步改变数模转换芯片DAC输出的偏置电压值Vre，使其从3.3V到0V，以0.1V的幅度递减输出。同时，每改变一个偏置电压值Vre，数字信号处理器DSP通过模数转换芯片ADC读取一次V2的值。当V1max+Vre≧3.3V，V2的值一直为3.3V，继续减少偏置电压Vre的值，使V2﹤3.3V，并通过数字信号处理器DSP记下使V2﹤3.3V时的最大偏置电压Vre值，记为Vremax。通过上述步骤的运算，得到偏置电压范围是Vremin～Vremax。

优选地，本发明实施例能够自动对悬浮中心点进行校准，并且，可以将校准之后得到的悬浮中心点的值与校准之前的值进行比较，从而根据差异的大小反映系统运行状态。校准之后的值与校准之前的值差异越大，系统运行的状态越差，反之，校准之后的值与校准之前的值差异越小，系统运行的状态越好。

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 (10)

1.一种磁悬浮系统的偏置电压调节方法，其特征在于，所述磁悬浮系统包括用于检测磁悬浮位移的第一传感器和第二传感器，并且所述第一传感器和所述第二传感器为同一自由度上的两个传感器，所述偏置电压调节方法包括：

获取来自所述第一传感器的第一信号和所述第二传感器的第二信号；

根据所述第一信号和所述第二信号确定偏置电压范围；以及

调节所述磁悬浮系统的偏置电压在所述偏置电压范围内。

2.根据权利要求1所述的偏置电压调节方法，其特征在于，根据所述第一信号和所述第二信号确定偏置电压范围包括：

对所述第一信号和所述第二信号进行减法运算，得到差分信号；

通过所述差分信号确定所述偏置电压范围，其中，在所述偏置电压范围内，所述差分信号与所述偏置电压的和在预设范围内，其中，所述预设范围为模数转换芯片的有效采集电压范围。

3.根据权利要求2所述的偏置电压调节方法，其特征在于，根据所述差分信号确定偏置电压范围包括：

根据所述差分信号获取最大偏置电压和最小偏置电压；以及

通过所述最大偏置电压和所述最小偏置电压确定所述偏置电压范围。

4.根据权利要求3所述的偏置电压调节方法，其特征在于，根据所述差分信号获取最大偏置电压和最小偏置电压包括：

确定所述差分信号的最小值和所述差分信号的最大值；

控制所述磁悬浮系统将轴吸到距离所述第一传感器最近处，使所述差分信号为最小值；

记录增大所述差分信号的值直到所述差分信号与所述偏置电压的和大于所述预设范围的最小值时的偏置电压值为所述最小偏置电压；

控制所述磁悬浮系统将轴吸到距离所述第二传感器最近处，使所述差分信号为最大值；以及

记录减小所述差分信号的值直到所述差分信号与所述偏置电压的和小于所述预设范围的最大值时的偏置电压值为所述最大偏置电压。

5.一种磁悬浮系统的偏置电压调节装置，其特征在于，所述磁悬浮系统包括用于检测磁悬浮位移的第一传感器和第二传感器，并且所述第一传感器和所述第二传感器为同一自由度上的两个传感器，所述偏置电压调节装置包括：

获取单元，用于获取来自所述第一传感器的第一信号和所述第二传感器的第二信号；

确定单元，用于根据所述第一信号和所述第二信号确定偏置电压范围；以及

调节单元，用于调节所述磁悬浮系统的偏置电压在所述偏置电压范围内。

6.根据权利要求5所述的偏置电压调节装置，其特征在于，所述确定单元包括：

差分模块，用于对所述第一信号和所述第二信号进行减法运算，得到差分信号；以及

确定模块，用于通过所述差分信号确定所述偏置电压范围，其中，在所述偏置电压范围内，所述差分信号与所述偏置电压的和在预设范围内，其中，所述预设范围为模数转换芯片有效采集电压范围。

7.根据权利要求6所述的偏置电压调节装置，其特征在于，所述确定模块用于采用以下方式确定所述偏置电压范围：

根据所述差分信号获取最大偏置电压和最小偏置电压；以及

通过所述最大偏置电压和所述最小偏置电压确定所述偏置电压范围。

8.根据权利要求7所述的偏置电压调节装置，其特征在于，所述确定模块包括：

确定子模块，用于确定所述差分信号的最小值和所述差分信号的最大值；

第一控制子模块，用于控制所述磁悬浮系统将轴吸到距离所述第一传感器最近处，使所述差分信号为最小值；

第一记录模块，用于记录增大所述差分信号的值直到所述差分信号与所述偏置电压的和大于所述预设范围的最小值时的偏置电压值为所述最小偏置电压；

第二控制子模块，用于控制所述磁悬浮系统将轴吸到距离所述第二传感器最近处，使所述差分信号为最大值；以及

第二记录模块，用于记录减小所述差分信号的值直到所述差分信号与所述偏置电压的和小于所述预设范围的最大值时的偏置电压值为所述最大偏置电压。

9.一种磁悬浮系统的偏置电压调节装置，其特征在于，所述磁悬浮系统包括用于检测磁悬浮位移的第一传感器和第二传感器，并且所述第一传感器和所述第二传感器为同一自由度上的两个传感器，所述偏置电压调节装置包括：

第一运算放大器，用于获取来自所述第一传感器的第一信号和所述第二传感器的第二信号，对所述第一信号和所述第二信号进行减法运算，得到差分信号；

第二运算放大器，用于对偏置电压和所述差分信号进行求和运算；以及

处理器，与所述第二运算放大器相连接，用于通过调节所述偏置电压以使所述差分信号与所述偏置电压的和在预设范围内，其中，所述预设范围为模数转换芯片的有效采集电压范围。

10.根据权利要求9所述的偏置电压调节装置，其特征在于，所述处理器用于通过以下方式调节所述偏置电压：

确定所述差分信号的最小值和所述差分信号的最大值；

控制所述磁悬浮系统将轴吸到距离所述第一传感器最近处，使所述差分信号为最小值；

记录增大所述差分信号的值直到所述差分信号与所述偏置电压的和大于所述预设范围的最小值时的偏置电压值为所述最小偏置电压；

控制所述磁悬浮系统将轴吸到距离所述第二传感器最近处，使所述差分信号为最大值；

记录减小所述差分信号的值直到所述差分信号与所述偏置电压的和小于所述预设范围的最大值时的偏置电压值为所述最大偏置电压；

通过所述最大偏置电压和所述最小偏置电压确定所述偏置电压范围；以及

调节所述偏置电压在所述偏置电压范围内。