CN105333010B - 一种磁悬浮轴承控制装置及磁悬浮轴承系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁悬浮轴承控制装置及磁悬浮轴承系统，包括位移调节系统、差分系统和电流调节器；位移调节系统采集转子偏离预设位置的偏离位移，将偏离位移转换为偏移电流值，差分系统对第一轴承线圈和第二轴承线圈的当前电流值作差分处理后得到差分电流值；电流调节器对偏移电流值和差分电流值求差得到调节电流值，且将调节电流值转换为调节占空比，并根据调节占空比分别对第一功率放大器和第二功率放大器各自的当前占空比进行调节，以控制第一轴承线圈和第二轴承线圈调节转子至预设位置，控制装置不仅结构简单，而且控制装置的控制过程简化了控制算法，提高了控制的实时性。
Description
技术领域
本发明涉及磁悬浮技术领域，更为具体的说，涉及一种磁悬浮轴承控制装置及磁悬浮轴承系统。
背景技术
磁悬浮轴承又称磁力轴承，是目前世界上公认的高新技术之一，其技术涉及到机械学、电磁学、电子学、材料学、动力学、计算机科学等诸多学科。磁悬浮轴承利用电磁力将转子悬浮，由于其具有无摩擦、寿命长、转速高、精度高、噪声小、无需润滑等特点，在很多应用领域内与传统轴承相比存在明显的优越性，是本世纪最具有发展前途的主导轴承之一。但是，现有的磁悬浮轴承控制装置结构较为复杂，控制过程运算量较大，进而占用了较多的运算时间。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种磁悬浮轴承控制装置及磁悬浮轴承系统，在转子偏离预设位置时，通过调节功率放大器的占空比使得第一轴承线圈和第二轴承线圈之间产生一差动电流，以调节转子至预设位置，控制装置的结构简单，且控制过程的运算量减小，减小了运算时间，进而提高了控制的实时性。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种磁悬浮轴承控制装置，包括：
作用相反的第一轴承线圈和第二轴承线圈；
其中，所述第一轴承线圈和第二轴承线圈之间设置有转子，且所述第一轴承线圈连接第一功率放大器，所述第二轴承线圈连接第二功率放大器，其特征在于，所述控制装置还包括：
位移调节系统、差分系统和电流调节器；
其中，所述位移调节系统采集所述转子偏离预设位置的偏离位移，并将所述偏离位移转换为偏移电流值，且同时所述差分系统对所述第一轴承线圈的当前电流值和第二轴承线圈的当前电流值作差分处理后得到差分电流值；
所述电流调节器对所述偏移电流值和差分电流值求差得到调节电流值，且将所述调节电流值转换为调节占空比，并根据所述调节占空比分别对所述第一功率放大器和第二功率放大器各自的当前占空比进行调节，以控制所述第一轴承线圈和第二轴承线圈调节所述转子至所述预设位置。
优选的，所述位移调节系统包括：
一位移传感器；
以及，与所述位移传感器相连的位移调节器；
其中，所述位移传感器采集所述转子偏离预设位置的偏离位移，所述位移调节器将所述偏离位移转换为偏移电流值。
优选的，所述位移调节器为位移PID调节器。
优选的，所述差分系统包括：
一减法器，其中，所述减法器的一输入端接入所述第一轴承线圈的电流，所述减法器的另一端接入所述第二轴承线圈的电流。
优选的，所述差分系统包括：
一第一电流传感器和一第二电流传感器；
其中，所述减法器的一输入端电连接第一电流传感器，所述第一电流传感器用于采集所述第一轴承线圈的电流；
以及，所述减法器的另一输入端电连接第二电流传感器，所述第二电流传感器用于采集所述第二轴承线圈的电流。
优选的，所述减法器的同相端接入所述第一轴承线圈的电流；
以及，所述减法器的反相端接入所述第二轴承线圈的电流；
其中，所述电流调节器对所述偏移电流值和差分电流值求差得到调节电流值，且将所述调节电流值转换为调节占空比，并将所述第一功率放大器的运行占空比调节为其当前占空比加上所述调节占空比，且将所述第二功率放大器的运行占空比调节为其当前占空比减去所述调节占空比。
优选的，所述减法器的同相端接入所述第二轴承线圈的电流；
以及，所述减法器的反相端接入所述第一轴承线圈的电流；
其中，所述电流调节器对所述偏移电流值和差分电流值求差得到调节电流值，且将所述调节电流值转换为调节占空比，并将所述第一功率放大器的运行占空比调节为其当前占空比减去所述调节占空比，且将所述第二功率放大器的运行占空比调节为其当前占空比加上所述调节占空比。
优选的，所述电流调节器为电流PID调节器。
相应的，本发明还提供了一种磁悬浮轴承系统，所述磁悬浮轴承系统包括上述的磁悬浮轴承控制装置。
相较于现有技术，本发明提供的技术方案至少具有以下优点：
本发明提供了一种磁悬浮轴承控制装置及磁悬浮轴承系统，包括：作用相反的第一轴承线圈和第二轴承线圈；其中，所述第一轴承线圈和第二轴承线圈之间设置有转子，且所述第一轴承线圈连接第一功率放大器，所述第二轴承线圈连接第二功率放大器，所述控制装置还包括：位移调节系统、差分系统和电流调节器；其中，所述位移调节系统采集所述转子偏离预设位置的偏离位移，并将所述偏离位移转换为偏移电流值，且同时所述差分系统对所述第一轴承线圈的当前电流值和第二轴承线圈的当前电流值作差分处理后得到差分电流值；所述电流调节器对所述偏移电流值和差分电流值求差得到调节电流值，且将所述调节电流值转换为调节占空比，并根据所述调节占空比分别对所述第一功率放大器和第二功率放大器各自的当前占空比进行调节，以控制所述第一轴承线圈和第二轴承线圈调节所述转子至所述预设位置。
由上述内容可知，本发明提供的技术方案，在转子偏离预设位置时，通过调节第一功率放大器和第二功率放大器的当前占空比，使得第一轴承线圈和第二轴承线圈之间产生一差动电流，进而调节转子至预设位置，控制装置的结构简单，使得控制过程的运算量减小，减小了运算时间，进而提高了控制的实时性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为现有的一种磁悬浮轴承控制装置的结构示意图。
图2为本申请实施例提供的一种磁悬浮轴承控制装置的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的另一种磁悬浮轴承控制装置的结构示意图。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
正如背景技术所述，磁悬浮轴承又称磁力轴承，是目前世界上公认的高新技术之一，其技术涉及到机械学、电磁学、电子学、材料学、动力学、计算机科学等诸多学科。磁悬浮轴承利用电磁力将转子悬浮，由于其具有无摩擦、寿命长、转速高、精度高、噪声小、无需润滑等特点，在很多应用领域内与传统轴承相比存在明显的优越性，是本世纪最具有发展前途的主导轴承之一。但是，现有的磁悬浮轴承控制装置结构较为复杂，控制过程运算量较大，进而占用了较多的运算时间。
具体的，参考图1所示，为现有的一种磁悬浮控制装置的结构示意图，其中，控制装置包括有第一轴承线圈1和第二轴承线圈2，与第一轴承线圈1相连的第一功率放大器3和与第二轴承线圈2相连的第二功率放大器4，以及，控制模块5，其中，第一轴承线圈1和第二轴承线圈2之间设置有转子6。控制模块5用于感应转子6发生偏移时，通过调节第一轴承线圈1和第二轴承线圈2上的电流，使其产生一差动电流以控制转子6返回预设位置。现有的磁悬浮轴承控制装置结构较为复杂，控制模块的运算量较大，进而占用了较多的运算时间。
基于此，本申请实施例提供了一种磁悬浮轴承控制装置及磁悬浮轴承系统，在转子偏离预设位置时，通过调节功率放大器的占空比使得第一轴承线圈和第二轴承线圈之间产生一差动电流，以调节转子至预设位置，控制装置的结构简单，且控制过程的运算量减小，减小了运算时间，进而提高了控制的实时性。为实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下，具体结合图2和图3所示，对本申请实施例提供的技术方案进行详细的描述。
参考图2所示，为本申请实施例提供的一种磁悬浮轴承控制装置的结构示意图，其中，控制装置包括：
作用相反的第一轴承线圈10和第二轴承线圈20；
其中，所述第一轴承线圈10和第二轴承线圈20之间设置有转子30，且所述第一轴承线圈10连接第一功率放大器40，所述第二轴承线圈20连接第二功率放大器50，所述控制装置还包括：
位移调节系统60、差分系统70和电流调节器80；
其中，所述位移调节系统60采集所述转子30偏离预设位置的偏离位移，并将所述偏离位移转换为偏移电流值，且同时所述差分系统70对所述第一轴承线圈10的当前电流值和第二轴承线圈20的当前电流值作差分处理后得到差分电流值；
所述电流调节器80对所述偏移电流值和差分电流值求差得到调节电流值，且将所述调节电流值转换为调节占空比，并根据所述调节占空比分别对所述第一功率放大器40和第二功率放大器50各自的当前占空比进行调节，以控制所述第一轴承线圈10和第二轴承线圈20调节所述转子至所述预设位置。
由上述内容可知，本申请实施例提供的技术方案，在转子偏离预设位置时，通过调节第一功率放大器和第二功率放大器的当前占空比，使得第一轴承线圈和第二轴承线圈之间产生一差动电流，进而调节转子至预设位置，控制装置的结构简单，且控制过程的运算量减小，减小了运算时间，进而提高了控制的实时性。
进一步的，参考图3所示，为本申请实施例提供的又一种磁悬浮轴承控制装置的结构示意图，其中，所述位移调节系统60包括：
一位移传感器62；
以及，与所述位移传感器62相连的位移调节器61；
其中，所述位移传感器62采集所述转子30偏离预设位置的偏离位移，所述位移调节器61将所述偏离位移转换为偏移电流值。
本申请实施例可选的所述位移调节器为位移PID(Proportion IntegrationDifferentiation，比例-积分-微分)调节器。以及，本申请实施例可选的所述电流调节器为电流PID调节器。
此外，参考图3所示，所述差分系统70包括：
一减法器71，其中，所述减法器71的一输入端接入所述第一轴承线圈10的电流，所述减法器72的另一端接入所述第二轴承线圈20的电流。
其中，所述差分系统包括：
一第一电流传感器72和一第二电流传感器73；
其中，所述减法器71的一输入端电连接第一电流传感器72，所述第一电流传感器72用于采集所述第一轴承线圈10的电流；
以及，所述减法器71的另一输入端电连接第二电流传感器73，所述第二电流传感器73用于采集所述第二轴承线圈20的电流。
在本申请实施例提供的图3中，所述减法器71的同相端接入所述第一轴承线圈10的电流；
以及，所述减法器71的反相端接入所述第二轴承线圈20的电流；
其中，所述电流调节器80对所述偏移电流值和差分电流值求差得到调节电流值，且将所述调节电流值转换为调节占空比，并将所述第一功率放大器40的运行占空比调节为其当前占空比加上所述调节占空比，且将所述第二功率放大器50的运行占空比调节为其当前占空比减去所述调节占空比。
具体的，本申请实施例提供的所述第一功率放大器和第二功率放大器类型相同，且其初始占空比均相同定义为P0，两功率放大器以此占空比运行时，两轴承线圈的差动电流为0。当转子发生偏移时得到的调节占空比定义为Pc，其中，Pc的取值在-P0～+P0(包括端点值)之间，则调节后的第一功率放大器的占空比为P0+Pc，而第二功率放大器的占空比为P0-Pc。
此外，本申请实施例对提供的减法器的同相端和反相端连接的轴承线圈电流不作限制，即，所述减法器的同相端接入所述第二轴承线圈的电流；
以及，所述减法器的反相端接入所述第一轴承线圈的电流；
其中，所述电流调节器对所述偏移电流值和差分电流值求差得到调节电流值，且将所述调节电流值转换为调节占空比，并将所述第一功率放大器的运行占空比调节为其当前占空比减去所述调节占空比，且将所述第二功率放大器的运行占空比调节为其当前占空比加上所述调节占空比。
相应的，本申请实施例还提供了一种磁悬浮轴承系统，所述磁悬浮轴承系统包括上述的磁悬浮轴承控制装置。
本申请实施例提供了一种磁悬浮轴承控制装置及磁悬浮轴承系统，包括：作用相反的第一轴承线圈和第二轴承线圈；其中，所述第一轴承线圈和第二轴承线圈之间设置有转子，且所述第一轴承线圈连接第一功率放大器，所述第二轴承线圈连接第二功率放大器，所述控制装置还包括：位移调节系统、差分系统和电流调节器；其中，所述位移调节系统采集所述转子偏离预设位置的偏离位移，并将所述偏离位移转换为偏移电流值，且同时所述差分系统对所述第一轴承线圈的当前电流值和第二轴承线圈的当前电流值作差分处理后得到差分电流值；所述电流调节器对所述偏移电流值和差分电流值求差得到调节电流值，且将所述调节电流值转换为调节占空比，并根据所述调节占空比分别对所述第一功率放大器和第二功率放大器各自的当前占空比进行调节，以控制所述第一轴承线圈和第二轴承线圈调节所述转子至所述预设位置。
由上述内容可知，本申请实施例提供的技术方案，在转子偏离预设位置时，通过调节第一功率放大器和第二功率放大器的当前占空比，使得第一轴承线圈和第二轴承线圈之间产生一差动电流，进而调节转子至预设位置，控制装置的结构简单，使得控制过程的运算量减小，减小了运算时间，进而提高了控制的实时性。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种磁悬浮轴承控制装置，包括：
作用相反的第一轴承线圈和第二轴承线圈；
其中，所述第一轴承线圈和第二轴承线圈之间设置有转子，且所述第一轴承线圈连接第一功率放大器，所述第二轴承线圈连接第二功率放大器，其特征在于，所述控制装置还包括：
位移调节系统、差分系统和电流调节器；
其中，所述位移调节系统采集所述转子偏离预设位置的偏离位移，并将所述偏离位移转换为偏移电流值，且同时所述差分系统对所述第一轴承线圈的当前电流值和第二轴承线圈的当前电流值作差分处理后得到差分电流值；
所述电流调节器对所述偏移电流值和差分电流值求差得到调节电流值，且将所述调节电流值转换为调节占空比，并根据所述调节占空比分别对所述第一功率放大器和第二功率放大器各自的当前占空比进行调节，以控制所述第一轴承线圈和第二轴承线圈调节所述转子至所述预设位置。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承控制装置，其特征在于，所述位移调节系统包括：
一位移传感器；
以及，与所述位移传感器相连的位移调节器；
其中，所述位移传感器采集所述转子偏离预设位置的偏离位移，所述位移调节器将所述偏离位移转换为偏移电流值。
3.根据权利要求2所述的磁悬浮轴承控制装置，其特征在于，所述位移调节器为位移PID调节器。
4.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承控制装置，其特征在于，所述差分系统包括：
一减法器，其中，所述减法器的一输入端接入所述第一轴承线圈的电流，所述减法器的另一端接入所述第二轴承线圈的电流。
5.根据权利要求4所述的磁悬浮轴承控制装置，其特征在于，所述差分系统包括：
一第一电流传感器和一第二电流传感器；
其中，所述减法器的一输入端电连接第一电流传感器，所述第一电流传感器用于采集所述第一轴承线圈的电流；
以及，所述减法器的另一输入端电连接第二电流传感器，所述第二电流传感器用于采集所述第二轴承线圈的电流。
6.根据权利要求4所述的磁悬浮轴承控制装置，其特征在于，所述减法器的同相端接入所述第一轴承线圈的电流；
以及，所述减法器的反相端接入所述第二轴承线圈的电流；
其中，所述电流调节器对所述偏移电流值和差分电流值求差得到调节电流值，且将所述调节电流值转换为调节占空比，并将所述第一功率放大器的运行占空比调节为其当前占空比加上所述调节占空比，且将所述第二功率放大器的运行占空比调节为其当前占空比减去所述调节占空比。
7.根据权利要求4所述的磁悬浮轴承控制装置，其特征在于，所述减法器的同相端接入所述第二轴承线圈的电流；
以及，所述减法器的反相端接入所述第一轴承线圈的电流；
其中，所述电流调节器对所述偏移电流值和差分电流值求差得到调节电流值，且将所述调节电流值转换为调节占空比，并将所述第一功率放大器的运行占空比调节为其当前占空比减去所述调节占空比，且将所述第二功率放大器的运行占空比调节为其当前占空比加上所述调节占空比。
8.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承控制装置，其特征在于，所述电流调节器为电流PID调节器。
9.一种磁悬浮轴承系统，其特征在于，所述磁悬浮轴承系统包括权利要求1～8任意一项所述的磁悬浮轴承控制装置。
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