CN107003208A - 检测可旋转部件中的传感器和致动器之间的振动节点的方法 - Google Patents

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S.N.阿沙尔
C.博伊德
M.奥萨马
A.安塔马蒂内兹
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Abstract

一种检测方法，用于检测可旋转部件的非并置传感器‑致动器对之间的振动节点，其包括：向所述传感器致动器对的致动器施加激励信号。所述方法还包括从所述传感器‑致动器对获得频率响应数据。所述方法还包括分析所述频率响应数据以探知所述可旋转部件的共振频率。所述方法包括识别所述非并置传感器‑致动器对的所述频率响应数据中的共振/反共振峰值对。而且，所述方法包括基于所述共振/反共振峰值对，确定所述振动节点是否位于所述非并置传感器‑致动器对的传感器和致动器之间。

Description

检测可旋转部件中的传感器和致动器之间的振动节点的方法
技术领域
本发明中所描述的主题大体上涉及用于检测振动节点的方法，并且具体地涉及用于检测在具有主动磁轴承(active magnetic bearing，AMB)系统的转子动力机器中非并置(non-collocated)传感器和致动器(actuator)对之间的振动节点(vibration nodes)的方法。
背景技术
主动磁轴承系统用在转子动力机器(rotor-dynamic machines)中，用于提供机械系统中的转动件的非接触运转支撑。主动磁轴承的非接触特征提供降低对转子的转动阻力，以及降低对旋转系统的磨损，以提高效率和旋转系统部件的寿命。
至少一些已知的主动磁轴承系统包括至少一对致动器、一个或多个位置传感器和控制器。而且，一些已知的主动磁轴承系统是包括主动磁致动器和永磁体的混合磁轴承系统。位置传感器检测相对于至少一个致动器的转子的径向位置或实际的气隙距离。气隙距离作为信号向控制器传送，控制器把实际的气隙距离和用于转子的运转的优选气隙距离比较。然后控制器依据必须返回转子的优选气隙距离的轴承电流的变化产生激励电流。
当转子在旋转时，振动从许多来源被诱发进入轴中，许多来源包括但不限于轴的旋转不平衡和外力，诸如作用于耦连至转子的部件上的流体压力差。当旋转速度变化时，振动的频率也在变化。当频率变化时，转子经历一个或多个弯曲(bending)模式。通常，第一弯曲模式的形状包括两个节点和一个反节点(anti-node)，第二弯曲模式的形状包括三个节点和两个反节点。节点是针对特定的模式形状不振荡的转子上的一点。反节点是在节点间转子呈现最大位移的转子上的一点。
在一些已知的主动磁轴承系统中，节点可以落入致动器之一和关联的位置传感器之间。传感器和致动器对之间节点的存在代表由传感器检测的位移相对于由致动器可见的位移的180°移动。此位移需要由控制器处理。通常，转子的理论模型没有足够准确到检测宽的频率范围上的每个节点位置。而且，已知的转子的至少一些已知的测试方法要求拆开转子动力机器以分离转子。此外，识别弯曲模式转子的一些已知的方法只能够针对有限数目的弯曲模式给出结果。因此，识别针对转子的各种弯曲模式的振动节点的数目以及精确位置是非常困难的。
发明内容
在一方面，本发明提供了一种检测方法，用于检测可旋转部件的非并置传感器-致动器对之间的振动节点。其包括：所述非并置传感器-致动器对包括至少一个致动器。所述方法包括向操作耦连至所述可旋转部件的至少一个致动器施加激励信号。所述方法还包括从所述非并置传感器-致动器对获得所述可旋转部件的频率响应数据。所述方法还包括分析所述频率响应数据以探知所述可旋转部件的至少一个共振频率。此外，所述方法包括识别所述非并置传感器-致动器对的所述频率响应数据中的至少一个共振/反共振峰值对。而且，所述方法包括基于所述至少一个共振/反共振峰值对，确定所述振动节点是否位于所述非并置传感器-致动器对的传感器和致动器之间。
在另一方面，本发明提供了一种检测方法，用于检测主动磁轴承系统的非并置传感器-致动器对之间的振动节点。所述非并置传感器-致动器对包括至少一个电磁轴承和至少一个位置传感器。所述主动磁轴承系统包括可旋转部件和控制器。所述方法包括基于所述可旋转部件的模型计算所述可旋转部件的至少一个共振频率。所述至少一个计算出的共振频率对应于所述可旋转部件的至少一个弯曲模式。所述方法还包括使用来自所述控制器的控制动作信号致动所述电磁轴承。而且，所述方法包括从耦连至所述可旋转部件的所述非并置传感器-致动器对获得所述可旋转部件的频率响应数据。把计算出的共振频率和所述频率响应数据比较，以识别至少一个共振峰值。所述方法包括基于所述至少一个共振峰值，分析所述频率响应数据以探知至少一个共振/反共振峰值对。此外，所述方法包括针对所述至少一个弯曲模式，基于所述至少一个共振/反共振峰值对，确定所述振动节点是否位于所述非并置传感器-致动器对的所述至少一个位置传感器和所述至少一个电磁轴承之间。
附图说明
当参照附图阅读下文的详细描述时，本发明公开的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，附图中相同的字符代表所有图中的相同的零件，其中：
图1是示例性主动磁轴承(AMB)系统的示意图；
图2是用于图1中示出的AMB系统中使用的控制器的框图；
图3是示出针对图1的AMB系统的转子的多个弯曲模式的理论弯曲形状的一系列示意图形；
图4是显示在宽范围的频率上在位置传感器处图3中示出的转子的频率响应的幅值的示意图；
图5是由区域C标识的图4的放大图，示出图3中示出的转子的频率响应曲线；以及
图6是用于检测图1中示出的AMB系统的传感器-致动器对之间的振动节点的示例性方法的框图。
除非另外指出，否则本说明书中提供的图意味着图示公开的实施例的特征。这些特征被认为可在包括本发明公开的一个或多个实施例的各种系统中应用。同样地，图不意味着包括本领域技术人员所知的为了实践本说明书中公开的实施例所要求的所有常规的特征。
具体实施方式
在下文的说明书和权利要求中，将参照许多术语进行描述，这些术语会被定义为具有下面的含义。单数形式“一(a)”、“一(an)”和“所述(the)”包括复数引用，除非上下文以别的方式有明确指示。“可选的”或“可选地”意味着按顺序描述的事件或情况可以或可以不出现，并且该描述包括事件出现的情况和事情不出现的情况。而且，提到“一个实施例”不旨在解读为排除也包括所陈述特征的附加实施例的存在。而且，除非明确指示为相反，否则“包括”或“具有”具有特定性质的一个元件或多个元件的实施例可以包括不具有该性质的附加的这些元件。
如在说明书和权利要求中使用的近似语言可以被应用以修饰可允许变化的不会导致与其相关的基本功能变化的任何定量表示。因此，由诸如“大约”、“近似地”和“基本上”的一个或若干术语修饰的值不局限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量该值的仪器的精度。这里并在说明书和权利要求中，范围限制可以被组合和/或互换；这些范围被标识并包括包含于其中的所有子范围，除非上下文或用语另有指示。
而且，如本说明书中使用的术语“实时”指关联事件的出现时间、预定数据的测量和采集的时间、处理数据的时间和针对事件和环境的系统响应的时间中的至少一个。在本说明书中描述的实施例中，这些活动和事件基本上同时出现。
如本说明书中描述的术语“处理器”和“计算机”是相关术语，例如“处理装置”、“计算装置”和“控制器”不局限于只是在本领域中被称作计算机的那些集成电路，而是广泛地指微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和其它可编程电路，并且这些术语在本说明书中可互换使用。在本说明书中描述的实施例中，存储器可以包括但不局限于计算机可读介质，诸如随机存取存储器(RAM)和计算机可读非易失性介质，诸如闪存。可选择性地，还可以使用软盘、光盘-只读存储器(CD-ROM)、磁-光盘(MOD)和/或数字通用盘(DVD)。同样，在本说明书中描述的实施例中，附加输入信道可以是但不局限于与操作员界面关联的计算机外围设备，诸如鼠标和键盘。可选择性地，还可以使用其它计算机外围设备，其可以包括例如但不局限于扫描器。而且，在示例性实施例中，附加输入信道可以包括但不局限于操作员界面监视器。
而且，如本说明书中使用的术语“软件”和“固件”是可互换的，并包括存储在存储器中以由个人计算机、工作站、客户端和服务器执行的任何计算机程序。
如本说明书中使用的术语“非瞬态计算机可读介质”旨在代表以任何方法或技术实现的在任何有形的基于计算机的装置中的短期和长期存储信息，诸如用于在任何装置中的计算机可读指令、数据结构、程序模块和子模块或其它数据。因此，本说明书中描述的方法可以被编码为包含在有形的非瞬态计算机可读介质(包括但不限于存储装置和/或存储器装置)中的可执行指令。这些指令在由处理器执行时使处理器执行本说明书中描述的方法的至少一部分。而且，如本说明书中使用的术语“非瞬态计算机可读介质”包括所有的有形的计算机可读介质，包括但不限于非瞬态计算机存储装置(包括但不限于易失性和非易失性介质、可移动和不可移动介质(诸如固件、物理和虚拟存储装置)、CD-ROM、DVD、任何其它数字资源(诸如网络或互联网)以及尚未被开发的数字装置，唯一例外是瞬态的传播信号。
本说明书中描述的方法促进在装备有主动磁轴承的转子-动力机器中的非并置传感器-致动器对之间的振动节点的检测。具体地，本说明书中描述的方法促进用激励信号激励转子，并使用非并置位置传感器检测频率响应，以确定转子的共振频率和与这些共振频率关联的弯曲模式。基于由位置传感器获得的频率响应数据，能够确定振动节点的位置，并且具体地，能够确定落入电磁致动器(或轴承)和其关联的位置传感器之间的振动节点。同样地，本说明书中描述的实施例提供针对配备有磁轴承的转子-动力机器的降低的调试时间，原因是其提供控制器被适配或被调节到转子的实时行为的基本信息，使得能够检测振动节点在悬浮的转子中的位置，无需拆开机器分离出转子，并且针对转子的高达大约9种弯曲模式返回结果，这超出由传统的查验(ping)测试获得的任何结果。
图1是示例性主动磁轴承系统10的示意图。在示例性实施例中，主动磁轴承(AMB)系统10可以在具有可旋转部件诸如转子12的旋转电机(未示出)上实现。这些旋转电机的示例包括但不限于压缩机、鼓风机、泵、涡轮机、电动机和发电机。AMB系统10包括至少一个主动磁轴承。在示例性实施例中，AMB系统10包括位于紧邻转子12的一端的第一电磁轴承或致动器14、和位于紧邻转子12的相对端的第二电磁轴承或致动器16。可选择地，AMB系统10可以包括使转子12能够根据本说明书中描述的工作的任何数目的致动器。在示例性实施例中，致动器14、16被配置成用于支撑处于非接触的悬浮状态的转子12。而且，在可选择性实施例中，每个致动器14、16是包括永磁体和电磁体组合的混合配置。
AMB系统10包括被定位为与每个致动器14、16相邻的至少一个位置传感器。在示例性实施例中，AMB系统10包括耦连相邻的致动器14的第一位置传感器18和耦连相邻的致动器16的第二位置传感器20。致动器14和位置传感器18形成非并置传感器-致动器对“A”，致动器16和位置传感器20形成非并置传感器-致动器对“B”。如本说明书中使用的术语“非并置”指致动器和其配对的位置传感器不在相同的轴平面内，而“并置的(collocated)”指致动器和位置传感器位于相同的轴平面内。术语“相邻的”表示空间或位置上接近或靠近，而不管两个物体是否分开。在示例性实施例中，预期针对特定的弯曲模式有不超过一个振动节点位于传感器-致动器对A或传感器-致动器B之间。
在示例性实施例中，每个位置传感器18、20被配置成确定转子12和致动器14、16周围的各个位置之间的气隙距离(未示出)。在示例性实施例中，总气隙距离是已知的，从而使每个致动器14、16周围的各个位置的气隙距离能够通过从总气隙距离中减去测量的气隙距离来计算。在可选择性实施例中，AMB系统10包括任何数目的位置传感器，其使得AMB系统10能够根据本说明书中描述的工作。例如，但不是限制，在一个实施例中，AMB系统10包括耦连相邻的一个致动器14、16的每一侧的位置传感器。适当的位置传感器可以包括但不限于商业可获得的涡流位置传感器、感应传感器、光学传感器和电容性传感器。
AMB系统10还包括通信耦连至位置传感器18、20的控制器22。控制器22被配置成至少部分地基于由位置传感器18、20分别向控制器22传送的位置信号24、26以及来自操作员的指令执行操作以控制AMB系统10。在示例性实施例中，位置信号24、26代表转子12和致动器14、16的相应一个之间的气隙距离。控制器22例如包括AMB系统10的理论模型，并且具体地包括转子12的理论模型。由控制器22执行的操作可以包括对操作参数进行感测或建模，对操作边界进行建模，应用操作边界模型以及应用控制算法以控制AMB系统10的操作，诸如通过调节由致动器14和16生成的磁力的量。控制器22确定关于每个非并置传感器-致动器对A、B的振动节点的轴向位置。振动节点与转子12的特定弯曲模式关联。基于确定的振动节点的位置，控制器22生成控制输出或控制动作信号25、27，以控制致动器14、16和AMB系统10的操作。由控制器22生成的命令使致动器14、16把转子12和致动器14、16之间的气隙调节到期望量。
此外，控制器22耦连至多个功率放大器28，多个功率放大器28分别耦连至致动器14、16以传送电流控制信号I1、I2，电流控制信号I1、I2被施加到致动器14、16。在示例性实施例中，位置传感器18、20被配置成传送通常包括向控制器22指示转子12的位置的电压的位置信号24、26。通常，位置传感器18、20被校准，使得当转子12在期望位置时，位置传感器18、20产生零(null)电压。因此，当转子12从期望位置移动时，生成指示新位置的电压。例如，但不是限制，当转子12移动超出期望位置时，生成正的电压信号，并且当转子12移动低于期望位置时，生成负的电压信号。不过，如果转子12的振动节点位于非并置传感器-致动器对A、B的致动器14、16中的一个和其相应的位置传感器18、20之间时，由位置传感器18、20检测的转子12的位置与其相对致动器14、16的实际位置相差180°。
图2是用于图1中示出的AMB系统10的控制器22的框图。控制器22包括用于执行指令的处理器30。在一些实施方式中，可执行指令存储在存储区32中。处理器30可以包括一个或多个处理单元(例如在多核配置中)。存储区32是允许信息(诸如可执行指令和/或其它数据)被存储和检索的任何装置。如本说明书中更详细地描述的，存储区32存储用于控制AMB系统10的操作的参数本说明书。存储区32包括一个或多个计算机可读介质。
在示例性实施例中，控制器22包括至少一个介质输出部件34，以用于向用户36呈现信息。介质输出部件34是能够向用户36传送信息的任何部件。在一些实施方式中，介质输出部件34包括输出适配器，诸如视频适配器和/或音频适配器。输出适配器可操作耦连至处理器30，并且能够操作耦连至输出装置，诸如显示装置(例如液晶显示器(LCD)、一个或多个发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)显示器、阴极射线管(CRT)或“电子墨水”显示器)或音频输出装置(例如扬声器或头戴式耳机)。在其它实施例中，控制器22不包括介质输出部件34。
控制器22包括用于从用户36接收输入的输入装置38。输入装置38可以包括，例如但不是限制于一个或多个按钮、小键盘、触敏板(例如触摸板或触摸屏)和/或麦克风。单个部件(诸如触摸屏)可以作为同时介质输出部件34的输出装置和输入装置38工作。控制器22的一些实施例不包括输入装置38。
在示例性实施例中，控制器22包括通信接口40，其能够通信耦连至另一装置42，例如功率放大器28和位置传感器18、20。在一些实施例中，通信接口40被配置成使得能够通过短距离无线通信协议(诸如BluetoothTM或Z-WaveTM)、通过依照IEEE(电气与电子工程师协会)802.11标准(即WiFi)实现的无线局域网(WLAN)和/或通过移动电话(即蜂窝)网络(例如全球移动通信系统(GSM)、3G、4G)或其它移动数据网络(例如全球微波互联接入(WIMAX))或有线连接(即用于传送电信号的一个或多个导体)进行通信。在通信接口40将控制器22耦连至位置传感器18、20的实施例中，通信接口40可以包括例如一个或多个导体，以用于向和/或从位置传感器18、20传送电信号和/或功率。此外，控制器22还可以包括功率电子器件44，其例如可以耦连至处理器30和功率放大器28。
在示例性实施例中，控制器22从位置传感器18、20接收作为位置信号24、26传送的气隙距离。这些气隙距离分别与第一致动器14和转子12之间以及第二致动器16和转子12之间的距离有关。控制器22把气隙距离与气隙距离的预定值范围比较。在示例性实施例中，控制器22基于该比较生成控制动作信号25、27。控制动作代表定位转子12使其回到预定值范围所必须的力。一旦确定控制动作，控制器22向放大器28传送控制动作信号25、27。在示例性实施例中，控制动作信号25、27对应于致动器14、16的电流要求。
在示例性实施例中，电流控制信号I1和I2通过功率放大器28，以向致动器14、16提供适量的电流，致动器14、16提供吸引力以沿着每个致动器14、16校正转子12的位置。在一些实施例中，功率放大器28是如被来自控制器22的控制动作信号25、27命令的以高频接通和关断的电压开关。在这些实施例中，控制动作信号25、27是脉冲宽度调制(PWM)信号。
在示例性实施例中，AMB系统10作为闭环系统操作。AMB系统10具有在大约2000周期每秒到大约100,000周期每秒的范围内的采样速率，这也可以被称作具有在大约2千赫兹(kHz)和100kHz之间的范围内的采样速率频率。
图3是示出针对转子12的多个弯曲模式的理论弯曲形状的一系列示意图形50。在示例性实施例中，转子12具有柔性梁(flexible beam)的几何形状，即转子12表现出挠曲振动，导致在特定频率下的各个弯曲模式形状。Y-轴52代表转子12的挠曲(deflection)的幅值，以0.5个任意单位(a.u.)递增，从-1延伸到1，其中，挠曲量被缩放到最大挠曲1，其等同于转子12的最大挠曲。X-轴54代表转子12的长度，以20个任意单位(a.u.)递增，从0延伸到160。如图3中显示，弯曲模式1的形状由曲线101表示，弯曲模式2由曲线102表示，弯曲模式3由曲线103表示，弯曲模式4由曲线104表示，弯曲模式5由曲线105表示。在示例性实施例中，每个弯曲模式的形状曲线101、102、103、104和105基于转子12的理论或数学模型生成。为了简单起见，示出具有致动器16和位置传感器20的转子12，致动器16在每个图中表示为沿着Y-轴的“0”直线的正方形形状，位置传感器20在每个图中表示为沿着Y-轴的“0”直线的“X”形状。转子12的振动节点或零出现在形状曲线101、102、103、104和105沿Y-轴的“0”直线相互相交的图形的每一点。在示例性实施例中，如在附图标记“C”大致显示的，理论模型指示在第二弯曲模式在传感器20和致动器16之间存在节点。
图4是显示在宽范围的频率上在位置传感器20处如图3中示出的转子12的频率响应的幅值的示意图60。Y-轴62代表转子12的频率响应的幅值，以50分贝(dB)递增，从-150延伸到50。X-轴64代表以对数标度绘制的单位为赫兹(Hz)的频率，从大约20延伸到大约2000。曲线110代表转子12在位置传感器20处的理论频率响应。曲线112代表在系统识别过程中由位置传感器20确定的在位置传感器20处转子12的实际频率响应。而且，如图4中所示可以看出根据计算出的针对转子12的弯曲模式1到5的理论共振频率。在示例性实施例中，系统的固有频率(natural frequencies)即共振峰值或极点由曲线110的峰值限定，其通常对应于计算出的转子12的固有共振频率。与相应的弯曲模式1到5关联的每个共振频率峰值在图块60上被标记，通常标示为1st、2nd、3rd、4th和5th。反共振峰值或零显示为曲线110、112的负峰值，并且通常与相应的共振峰值相邻。在系统识别过程中由位置传感器20测量的针对转子12的每个弯曲模式检测的共振频率被示出并大致对应于曲线112的峰值。区域“C”对应于图3中示出的区域“C”，并在本说明书中被详细地描述。
图5是由区域C标识的图4的放大图，示出频率响应曲线110、112。在示例性实施例中，当反共振峰值跟随在相应的共振峰值后时，振动节点落入传感器-致动器对例如传感器-致动器对B(图1中所示)之间。这是因为并置的传感器-致动器对系统表现出交替的共振峰值(极点)和反共振峰值(零点)。这被称作极-零交织(pole-zero interlacing)。不过，由于极-零翻转(pole-zero flipping)，非并置传感器-致动器对系统并不具有极-零交织的性质。极-零翻转出现在非并置传感器-致动器对系统中，原因是当振动节点存在于传感器-致动器对之间时，传感器会在比反共振峰值低的频率处检测到共振峰值。在并置传感器-致动器对系统中，反共振出现在连续的共振频率之间。如图5中所示，曲线110具有领先反共振峰值72的共振峰值70，因此，转子12的理论模型预测振动节点存在于致动器16和位置传感器20或传感器-致动器对B之间。这是由于如图3中所示的弯曲模式2的形状造成的。第二弯曲模式的振动节点位于致动器16和位置传感器20之间。因此，当位置传感器20的位置移动远离致动器16时，反共振峰值经过共振峰值，并移动到较高频率，因此极-零交织的性质丢失。在示例性实施例中，曲线112代表实际测量的转子12的响应，其具有跟随(follows)在反共振峰值76后的共振峰值74，因此指示在传感器-致动器对B之间不存在任何节点。
图6是用于检测AMB系统10(图1中所示的)的传感器-致动器对之间的振动节点的示例性方法600的框图。在示例性实施例中，AMB系统10包括位于相对的第一和第二致动器14、16(图1中所示)之间的转子12(图1中所示)和控制器22(图1中所示)。同样，在示例性实施例中，方法600包括两个并行过程。并行过程同时或分开地、并在AMB系统10的操作过程中实时地或者离线地执行。在示例性实施例中，使用致动器14、16使转子12悬浮。如在下文进一步描述，转子12的理论和实际频率响应由系统识别过程确定，使用AMB系统10的理论模型，具体地是转子12的理论模型计算转子12的理论频率响应数据602。基于转子12的理论频率响应，基本控制算法被设计并被编程到控制器22中以用于AMB系统10的稳定控制。不过，由于AMB系统10中的未知变量(例如但不是限制，转子12的制造差异)，振动节点可以落入或可以不落入传感器-致动器对诸如传感器-致动器对B之间。因此，需要转子12的实际频率响应以促进AMB系统10的适当控制。
在示例性实施例中，通过应用系统识别过程604，获得转子12的实际频率响应，在系统识别过程中，激励信号被加入到控制动作信号25、27，并与由致动器14、16实现的转子12的悬浮同时地向致动器14、16传送。激励信号诱发转子12中的振动响应或频率响应行为，使得由位置传感器18、20检测响应并测量位移量。可选择地，通过如本说明书中描述的使得能够检测振动节点的任何方式(例如但不是限制于通过物理地冲压转子12(physicallyimpacting rotor))，在转子12中诱发频率响应行为。在示例性实施例中，记录测量的响应或频率响应数据606，这些数据被称作非参数数据。在示例性实施例中，激励信号是在宽范围的频率上诱发来自转子12的响应的信号。在一个实施例中，激励信号被配置成诱发转子12中的响应，其覆盖与转子12的前10个弯曲模式关联的频率范围。可选择性地，激励信号被配置成基于针对转子12计算的理论频率响应在任何预定频率范围上诱发转子12中的响应。
在示例性实施例中，非参数数据被采集并存储在控制器22的存储区32中。可选择性地，数据被手动采集并存储，或者被采集并存储在使得AMB系统10能够经历如本说明书中描述的系统识别过程的任何计算机系统中。在示例性实施例中，所述方法包括从存储区32检索非参数数据，并分析非参数数据608以探知转子12的共振频率和弯曲模式。而且，所述方法包括识别反共振与共振对610，即与AMB系统10的每个弯曲模式对应的每个传感器-致动器对A、B的共振/反共振峰值对。而且，为了识别与每个弯曲模式对应的共振/反共振峰值对，分析转子12的理论频率响应数据612，以识别共振/反共振峰值对614，即与每个弯曲模式对应的理论共振/反共振峰值对。
在示例性实施例中，与非参数数据关联的共振/反共振峰值对被分析以确定振动节点是否位于传感器-致动器对之间。当反共振峰值在比相应的共振峰值更高的频率下，振动节点落在传感器-致动器对之间。不过，如果反共振峰值处于比相应的共振峰值更低的频率，则在传感器-致动器对之间不存在任何节点。非参数数据被用来确定的频率响应函数(FRF)或传递函数(TF)616，即转子12的频率响应函数(FRF)或传递函数(TF)，从而使得能够生成转子12的参数模型。转子12的参数模型被用来促进生成控制算法618，即针对识别的AMB系统10的控制算法。识别的控制算法在控制器22中实现，以促进转子12的准确控制。
本说明书中描述的实施例使得能够检测在配备有主动磁轴承的转子动力机器中非并置传感器-致动器对之间的振动节点。此外，在非并置传感器-致动器对之间的振动节点的检测使得能手动或自动调节控制算法以计算振动节点的实际位置。而且，检测方法基于实际的转子行为改善了理论模型遇到不确定性时得到的结果。检测方法可以在悬浮的转子中实现，无需拆开转子动力机器以分离转子。此外，检测方法能够得出转子的高达大约9种弯曲模式的结果，这超出了由传统的查验测试方法获得的结果。
本说明书中描述的方法、系统和设备的示例性技术效果包括以下的至少一个：(a)检测振动节点是否位于转子的传感器-致动器对之间；(b)生成控制算法以计算振动节点的实际位置；(c)实现在磁轴承系统中操作转子的更高的控制性能；以及(d)通过消除执行传统的查验测试和拆开转子-动力机器以分离转子的需要，使得能够实现更快的调试时间(commissioning time)。
在上文详细地描述用于检测在转子动力机器的转子中的振动节点位置的方法的示例性实施例。本说明书中描述的系统和方法不局限于描述的特定实施例，而是，系统的部件和/或方法的步骤可以与本说明书中描述的其它部件和/或步骤独立地和分开地使用。例如，所述方法还可以与其它磁轴承系统和检测方法结合使用，不局限于只用如本说明书中描述的系统和方法实践。而是，示例性实施例能够在许多转子动力机器系统应用中实现和使用。
尽管出于方便，也许在一些附图中示出而在其它图中没有示出本发明公开的各个实施例的特定特征。但根据本发明公开的原理，可以与任何其它图的任何特征结合地引用和/或声称附图的任何特征。
本发明说明书使用示例来公开实施例(包括最佳模式)，还使得任意本领域技术人员可实践实施例(包括制造和使用任意装置或系统和执行任意结合的方法)。本发明的专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求书的文字语言并非不同的结构元件、或者如果这样的其他示例包括与权利要求书的文字语言具有非实质性区别的等同结构元件，则这样的其他示例意欲落入权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种检测方法，用于检测可旋转部件的非并置传感器-致动器对之间的振动节点，所述非并置传感器-致动器对包括至少一个致动器，所述方法包括：
向操作耦连至所述可旋转部件的所述至少一个致动器施加激励信号；
从所述非并置传感器-致动器对获得所述可旋转部件的频率响应数据；
分析所述频率响应数据以探知所述可旋转部件的至少一个共振频率；
识别所述非并置传感器-致动器对的所述频率响应数据中至少一个共振/反共振峰值对；以及
基于所述至少一个共振/反共振峰值对，确定所述振动节点是否位于所述非并置传感器-致动器对的传感器和所述至少一个致动器之间。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：还包括使用来自控制器的控制动作信号致动所述至少一个致动器，以使所述可旋转部件悬浮。
3.根据权利要求1所述的方法，其中：还包括使用位于与所述至少一个致动器相邻位置的所述传感器测量所述可旋转部件的位移量，其中，所述传感器和所述至少一个致动器限定所述非并置传感器-致动器对。
4.根据权利要求1所述的方法，其中：还包括在控制器的存储区中存储所述频率响应数据。
5.根据权利要求1所述的方法，其中：所述至少一个共振/反共振峰值对包括共振峰值和反共振峰值，并且其中，所述共振峰值对应于所述可旋转部件的至少一个共振频率。
6.根据权利要求5所述的方法，其中：确定所述振动节点是否位于所述非并置传感器-致动器对的传感器和至少一个致动器之间，包括当所述反共振峰值跟随在所述至少一个共振/反共振峰值对的相应共振峰值后时，确定所述振动节点位于所述传感器和所述至少一个致动器之间。
7.根据权利要求1所述的方法，其中：还包括基于所述可旋转部件的频率响应数据确定所述可旋转部件的传递函数。
8.根据权利要求7所述的方法，其中：还包括基于所述传递函数生成所述可旋转部件的参数模型。
9.根据权利要求8所述的方法，其中：还包括基于所述可旋转部件的所述传递函数修改操作耦连至所述至少一个致动器的控制器的控制算法。
10.一种检测方法，用于检测主动磁轴承系统的非并置传感器-致动器对之间的振动节点的方法，所述非并置传感器-致动器对包括至少一个电磁轴承和至少一个位置传感器，所述主动磁轴承系统包括可旋转部件和控制器，所述方法包括：
基于所述可旋转部件的模型计算所述可旋转部件的至少一个共振频率，所述至少一个计算出的共振频率对应于所述可旋转部件的至少一个弯曲模式；
使用来自所述控制器的控制动作信号致动所述电磁轴承；
从耦连至所述可旋转部件的所述非并置传感器-致动器对获得所述可旋转部件的频率响应数据；
把所述至少一个计算出的共振频率和所述频率响应数据比较，以识别至少一个共振峰值；
基于所述至少一个共振峰值，分析所述频率响应数据以探知至少一个共振/反共振峰值对；以及
针对所述至少一个弯曲模式，基于所述至少一个共振/反共振峰值对，确定所述振动节点是否位于所述非并置传感器-致动器对的所述至少一个位置传感器和所述至少一个电磁轴承之间。
11.根据权利要求10所述的方法，其中：还包括物理地冲压所述可旋转部件以诱发振动进入所述可旋转部件中。
12.根据权利要求10所述的方法，其中：还包括使用所述控制器向所述电磁轴承施加激励信号，其中，所述激励信号被加入到所述控制动作信号，并且其中，所述激励信号被配置成诱发振动进入所述可旋转部件中。
13.根据权利要求10所述的方法，其中：获得所述可旋转部件的频率响应数据包括使用所述至少一个位置传感器测量所述可旋转部件的位移量。
14.根据权利要求10所述的方法，其中：还包括在所述控制器的存储区中存储所述频率响应数据。
15.根据权利要求10所述的方法，其中：所述至少一个共振峰值基本上对应于所述可旋转部件的所述至少一个计算出的共振频率。
16.根据权利要求10所述的方法，其中：所述至少一个共振/反共振峰值对包括所述至少一个共振峰值和关联的反共振峰值。
17.根据权利要求16所述的方法，其中：确定所述振动节点是否位于所述非并置传感器-致动器对的所述至少一个位置传感器和所述至少一个电磁轴承之间，包括当所述反共振峰值跟随在所述至少一个共振/反共振峰值对的关联的共振峰值后时，确定所述振动节点位于所述至少一个位置传感器和所述至少一个电磁轴承之间。
18.根据权利要求10所述的方法，其中：还包括基于所述频率响应数据确定所述可旋转部件的传递函数。
19.根据权利要求18所述的方法，其中：还包括基于所述传递函数生成所述可旋转部件的参数模型。
20.根据权利要求19所述的方法，其中：还包括基于所述可旋转部件的传递函数修改所述控制器的控制动作信号。
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