CN108425945B - 一种基于双电平功放永磁偏置混合磁轴承控制系统及无位移传感器检测方法 - Google Patents

一种基于双电平功放永磁偏置混合磁轴承控制系统及无位移传感器检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及了一种基于双电平功放永磁偏置混合磁轴承控制系统及无位移传感器检测方法，控制系统包括双电平PWM开关功放，X+向磁轴承，X‑向磁轴承，数字控制器DSP，位移自检测电路；位移自检测电路，包括桥式检测电路，信号解调电路和滤波电路；本发明针对永磁偏置的磁轴承系统，去掉传统的物理传感器，通过检测线圈中点电压以及硬件解调来实现位移的检测，简化了磁轴承系统，提高了磁轴承系统的稳定性。

Description

一种基于双电平功放永磁偏置混合磁轴承控制系统及无位移 传感器检测方法
技术领域
本发明是一种基于双电平功放永磁偏置混合磁轴承的无位移传感器检测方法，属于主动磁轴承的自传感领域，可以代替传统的物理位移传感器，应用于永磁偏置磁轴承的控制系统中。
背景技术
磁悬浮轴承与传统的机械轴承对比，具有高精度，长寿命，高转速以及高能量密度的优势，广泛应用于飞轮，力矩陀螺，鼓风机，压缩机，以及分子泵等旋转机械领域。磁轴承系统是开环不稳定的，为了实现磁轴承系统的稳定控制，必须建立一个位移检测系统来进行反馈。目前，国内多采用物理的位移传感器，由于物理位移传感器的存在，使磁悬浮轴承的轴向尺寸变大、系统的动态性能降低、成本较高、可靠性变差，而且最主要是由于传感器不能装在磁轴承的中间，导致惯性转子的几何轴和检测轴不重合，从而影响磁轴承的控制精度。
磁轴承位移自检测方法(Self-sensing Magnetic Bearing)，也称为磁轴承自传感方法(Sensorless Magnetic Bearing)，就是舍弃传统物理位移传感器而通过检测磁轴承线圈两端的电压和电流信号来估测转子位置的方法。该方法能够从根本上解决位移传感器的检测轴与几何轴存在的偏差问题。由于不需要专门的位移传感器，转子轴向尺寸变小，可以提高转子的各阶模态转速，提高系统的动态性能；由于磁轴承线圈就是传感器，消除了传统磁悬浮系统中运动方程中相互耦合的问题，便于设计控制器。
现在国内外针对主动磁轴承位移自检测主要有两大类，一类是状态观测法，不过此类方法鲁棒性差，灵敏度低。另一类方法是信号解调法，此类方法的核心是注入一个含有位移信息的高频信号作为载波信号，这个高频的载波信号频率要远高于转子位移的变化频率，通过软件或者硬件的方法把转子的位移解算出来。针对线性功放，注入的信号一般是幅值较小的高频信号，而对于开关功放，采用线圈的电流纹波作为载波信号，而无需额外加入信号。这种信号解调方法在鲁棒性和灵敏度方面都要优于状态观测法，也是现在主动磁轴承位移自检测的研究热点。
对于航天以及绿色能源领域，能量消耗对于磁轴承系统来说至关重要，永磁偏置磁轴承依靠永磁体提供偏置磁场，所以相比与主动磁轴承在节能方面有着很大优势。而对于功放系统而言，开关功放在节能方面也要优于线性功放，所以在节能方面有着苛刻要求的航天以及绿色能源领域，采用开关功放的被动磁轴承是很好的选择，因此对开关功放的永磁偏置被动磁轴承位移自检测的研究有着重要的意义。
发明内容
本发明针对双电平开关功放的永磁偏置磁轴承，通过硬件电路设计了永磁偏置磁轴承的自传感检测系统，代替传统的物理位移传感器，实现永磁偏置磁轴承系统的无传感器检测。
一种基于双电平功放永磁偏置混合磁轴承的无位移传感器检测方法，在一个自由度线圈串联的结构下，对上下线圈包含转子位移信息的中点电压进行硬件电路的解调处理，包括以下步骤：
(1)永磁偏置磁轴承的线圈连接：在同一自由度上，把永磁偏置磁轴承上下线圈进行串联连接，并且引出上下线圈的中点电压。
(2)位移解算核心公式推导：通过对永磁偏置磁轴承的磁路分析以及电磁感应定律推导出上下线圈电压差与转子位移的关系，这样利用一个自由度的中点电压进行解算就可以得到两个自由度的位移，不妨利用X向的中点电压进行解算。
(3)设计桥式检测电路：生成含有位移信息的被解调信号。
(4)解调控制信号生成：通过数字控制器生成两自由度相位正交的PWM，来保证在一个控制周期中X方向上下线圈电压差与转子位移关系式有两种不相关的检测状态。
(5)设计信号解调电路：根据X向和Y向线圈端电压ux、uy的状态，设计一定的逻辑状态检测电路实现对解调方程式的求解。
(6)设计低通滤波器电路，滤除位移信号中的开关噪声以及其他高频干扰。
一种基于双电平功放永磁偏置混合磁轴承控制系统，其特征在于，包括双电平PWM开关功放，X+向磁轴承，X-向磁轴承，数字控制器DSP，位移自检测电路；
位移自检测电路，包括桥式检测电路，信号解调电路和滤波电路；
通过X+向磁轴承X-向磁轴承得到X自由度线圈的中点电压，X自由度线圈的中点电压经过桥式检测电路得到被解调信号v，被解调信号v经过信号解调电路得到含有被位移信号调制的PWM信号，再经过滤波电路得到位移信号x、y，x、y位移信号输入至数字控制器DSP中，经过位移自检测电路对位移信号的控制算法生成控制开关功放的PWM信号，生成此PWM信号驱动开关功放的开关管，然后反馈到信号解调电路进行位移信号的解调。
本发明的优点在于：
(1)无需额外的高频信号注入，直接将PWM调制信号作高频激励信号，可以提高自检测系统的带宽；
(2)基于差动变压器原理由一个自由度的线圈中点电压实现两个自由度位移检测，可以提高自检测系统的冗余性；
(3)无需在PWM波中强行嵌入固定的采样时间，并且可以增加在一个PWM周期中位移更新的次数，提高检测精度和很好的抑制噪声；
(4)采用正交的PWM调制方式，不改变已调制PWM的脉宽，磁轴承始终受控，提高系统的稳定性。
附图说明
图1为永磁偏置磁轴承-转子结构图；
图2为永磁偏置磁轴承一个自由度的连线方式；
图3为永磁偏置磁轴承的等效磁路分析图；
图4为永磁偏置磁轴承的等效电磁磁路分析图；
图5为基于自传感的永磁偏置磁轴承控制系统框图；
图6为图5中位移自检测电路；
图7为图6中的桥式检测电路；
图8为图6中的模拟多路复用器和采样保持电路；
图9为图6中的数字逻辑电路，即采样保持时序控制信号生成电路；
图10为图6中的和差运算电路；
图11为图6中的低通滤波电路；
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
对同一自由度上下两个磁轴承线圈进行串联连接，通过永磁偏置磁轴承的磁路分析，串联线圈的电路结构，设计桥式检测电路，得到含有位移信息的检测信号。设计逻辑状态检测电路对X、Y两方向的线圈端电压进行逻辑选择，从而对含有位移信息的检测信号进行解算，而逻辑状态检测电路的控制信号是利用DSP生成的两个自由度相位差90°的PWM信号。检测信号经过逻辑状态检测电路的解算，可以得到两自由度位移的信号相加与相减的组合关系，不过在这种相加和相减的组合信号中含有开关噪声，通过运算放大器组成的二阶有源低通滤波器，加法器以及减法器便可以得到两个自由度的转子位移信号x，y。
本发明是一种基于双电平功放永磁偏置混合磁轴承的无位移传感器检测方法，包括以下几个步骤：
(1)永磁偏置磁轴承的线圈连接：在同一自由度上，把永磁偏置磁轴承上下线圈进行串联连接，并且引出串联后上下线圈的中点电压。
(2)位移解算核心公式推导：通过对永磁偏置磁轴承的磁路分析以及电磁感应定律推导出上下线圈电压差与转子位移的关系其中vx是X向上下线圈的电压差，vy是Y向上下线圈的电压差，ux是X向线圈的端电压，uy是Y向线圈的端电压，g是转子在平衡位置时候的气隙，x是转子沿X向的位移，y是转子沿Y向的位移。通过上面的推导可知，利用一个自由度的上下线圈电压差进行解算就可以得到两个自由度的位移，不妨利用X向的上下线圈电压差进行解算。
(3)设计桥式检测电路：在上下串联的磁轴承线圈中并联两个阻值较大的等阻值电阻，生成含有位移信息的被解调信号是由两个等阻值电阻的中点电压VXR与X向线圈的中点电压VXL之差，通过求差电路生成被检测信号
(4)解调控制信号生成：利用数字控制器DSP的PWM模块，生成X，Y两自由度相位正交的PWM，分别为PWMX，PWMY，PWMX控制X方向的线圈端电压ux的状态，PWMY控制Y方向的线圈端电压uy的状态，设定线圈电压高电平为1，低电平为0，在一个控制周期中保证线圈端电压ux和uy出现00，01，10，11四种组合状态，从而在一个控制周期中X方向的被检测信号v与转子位移关系式至少有两种不相关的检测状态。
(5)设计信号解调电路：设计信号解调电路对被检测信号v进行解调，信号解调电路是由模拟多路复用器，采样保持电路、数字逻辑电路以及和差运算电路组成。由DSP生成的PWMX，PWMY来控制模拟多路复用器，来对v的状态进行选择，是输出v或者-v，此时输出的v或者-v经过采样保持电路在不同的解调控制信号PWMX和PWMY状态下得到位移信号的和差信号x+y，x-y，通过由运算放大器构成的和差运算电路的数学运算解算出x和y位移信号。
(6)设计低通滤波器电路，设计由运算放大器构成的有源低通二阶滤波器，滤除位移信号x，y中的开关噪声以及其他高频干扰。
本发明针对的永磁偏置磁轴承-转子结构如图1所示，包括转轴1，导磁套筒2，转子铁芯3，定子线圈4，定子导磁磁轭5，气隙6，定子铁芯磁极7，永磁体8，定子磁极间的非磁性轭部9组成。其中(a)是轴向刨面图，(b)是端视图。
如图2所示，对永磁偏置磁轴承进行同一个自由度的串联接线，以X方向为例，具体是把X+方向的两个磁极线圈串联，即X+方向的N极线圈与S极线圈串联，同理再把X-方向的N极线圈与S极线圈串联，再把X+方向的S极线圈与X-方向的N极线圈串联。保证在电流流过串联的线圈时候，X+与X-的电磁磁场与它们各自的永磁磁场叠加后呈相反的方向变化。
如图3所示，永磁偏置磁轴承磁路之间存在耦合，各线圈除自感外，相互之间还存在互感。不计漏磁，不计铁芯磁路磁阻，对永磁偏置磁轴承的磁路进行分析，可以得到各个方向的磁通与磁导，电流以及线圈匝数的关系；
其中：φx+,φx-,φy+,φy-φpm，分别为X正方向磁通，X负方向磁通，Y正方向磁通，Y负方向磁通，永磁体磁通，N为每一个方向线圈匝数，ix为X向线圈电流，iy为Y向线圈电流，Gx+,Gx-,Gy+,Gy-,Gpm分别为X正方向磁导，X负方向磁导，Y正方向磁导，Y负方向磁导，永磁体磁导，Fpm为永磁体磁动势。
如图4所示,由于永磁体磁化方向长度远远大于磁轴承气隙长度，因而可以忽略通过永磁体的电磁磁通，永磁偏置磁轴承的电磁等效磁路即是去掉图3中的永磁部分。根据磁导与转子位移的关系其中，μ0是真空磁导率，A是磁轴端断面的横截面积
Gxl+，Gxr+为X正方向两个磁极产生的磁导，Gxl-，Gxr-为X负方向的两个磁极产生的磁导，Gyl+，Gyr+为Y正方向两个磁极产生的磁导，Gyl-，Gyr-为Y负方向的两个磁极产生的磁导。
可以得到各个方向磁通与转子位移的关系
利用线圈磁通与磁链之间的关系ψ＝Nφ，以及转子在平衡点运动时，其径向位移变化量x、y相对于电流变化速率很慢，同时忽略线圈电阻引起的压降，则由线圈端电压与线圈总磁链之间的关系e＝dψ/dt,可以得到
其中：Ψx+,Ψy+分别为X正方向磁链，X负方向磁链，联立以上四个方程，可解得这就是永磁偏置磁轴承位移子检测的原理公式。
一种基于双电平功放永磁偏置混合磁轴承控制系统，如图5所示，包括双电平PWM开关功放，X+向磁轴承，X-向磁轴承，数字控制器DSP，位移自检测电路。虚线框中是位移自检测电路，包括桥式检测电路，信号解调电路和滤波电路。X自由度线圈的中点电压经过桥式检测电路得到被解调信号v，被解调信号v经过信号解调电路得到含有被位移信号调制的PWM信号，再经过滤波电路可以得到位移信号x，y。再把得到的x，y位移信号送进数字控制器DSP中，经过对位移信号的控制算法生成控制开关功放的PWM信号，生成此PWM信号用来驱动开关功放的开关管，又用来反馈到信号解调电路来进行位移信号的解调。
如图6所示，给出了位移自检测电路框图，对应于图5中的虚线框中的部分。图6虚线框中的差动电桥和求差电路对应于图5中桥式检测电路。选通电路，采样保持电路，数字逻辑电路，和差运算电路对于信号图5中的信号解调电路。低通滤波器对应于图5中的滤波电路。被解调信号v采用差动电桥的形式实现，即线圈端电压ux的一半VXR与线圈中点电压VxL作差。如图6所示，线圈的端电压的一半VXR采用与磁轴承线圈并联的两个阻值较大的电阻即可实现；求差电路由高速运算放大器实现。由求差电路输出的被解调信号v或者-v经过选通电路的选择进入到采样保持电路，而选通电路受相位差90°的PWMX和PWMY的控制来判断输出是v还是-v。同时PWMX和PWMY还通过控制数字逻辑电路来间接的控制采样保持电路的时序，即采样保持电路是输出采样值，还是保持上一时刻的采样值。这样解调信号v或者-v经过受数字逻辑电路控制的采样保持电路可以得到带有开关频率噪声的两自由度位移信号和与差，即X+Y，X-Y，然后经过由和差运算电路，可以得到带由噪声的两自由度位移信号X，Y，再经过低通滤波器可以得到两个自由度的位移x,y。
如图7所示，给出了图6中具体的差动电桥和求差电路。差动电桥为两个阻值为3M欧姆的电阻串联，然后把这两个串联后的电阻并联到X向线圈的两端，分别引出线圈的中点电压VxL，两个3M欧姆的电阻的中点电压VxR。求差电路选择TL084芯片。线圈的中点电压经过由TL084中1，2，3管脚组成的电压跟随器，由1脚输出，在经过两个10K电阻进行分压，得到VxL的一半，即0.5VxL，同理两个串联电阻的中点电压VxR经过由TL084中的5，6，7管脚组成的电压跟随器，由7脚输出，同样经过两个10K的电阻进行分压，得到VxR的一半，即0.5VxR。由TL084的其中一个运放中的8，9，10管脚构成减法器，由0.5VxR进入同向输入端管脚10，0.5VxL进入反向输入端管脚9，最后由8脚输出v，即0.5(VxR-VxL)。由TL084中的一个运放12，13，14管脚构成减法器，0.5VxL进入同向输入端管脚12，0.5VxR进入反向输入端管脚13，最后由管脚14输出-v，即0.5(VxL-VxR)。
如图8所示，给出了图6中具体的选通和采样保持电路。选通电路选择了模拟多路复用器，采用ADG409芯片实现，其中芯片的两个输入A1和A0分别由PWMY与PWMX控制，0设定为PWM的低电平，1设定为PWM的高电平。图8中的ADG409的4脚S1A，12脚S2B与图7中的TL084的14脚相连；图8中的ADG409的7脚S4A，11脚S3B与图7中的TL084的8脚相连；图8中的ADG409的5脚S2A，6脚S3A，13脚S1B，10脚S4B接数字地DGND；当PWMX与PWMY分别为00，01，10，11组合的时候，ADG409的管脚8选通输出为-v，0，0，v，ADG409的管脚9输出为0，-v，v，0，综上所述，当PWMX与PWMY为同或组合时，DA输出为DB输出为0，当PWMX与PWMY为异或组合时，DA输出为0，DB输出为而采样保持电路则选用两片AD781高速采样保持芯片，记为U11和U10。ADG409的输出管脚8与U11的AD781的输入管脚2连接，ADG409的输出管脚9与U10的AD781的输入管脚2连接。要求在ADG409管脚8输出为时候，进行采样输出，这时候U11的AD781管脚7的信号需要置1，而在ADG409管脚8输出为0时候，U11的AD781管脚7的信号置0，保持上一时刻DA的输出同理要求在ADG409管脚9输出为时候，进行采样输出，这时候U10的AD781管脚7的信号需要置1，而在ADG409管脚9输出为0时候，U10的AD781管脚7的信号置0，保持上一时刻DB的输出综上所述，当PWMX与PWMY为同或组合时，U11的AD781的7管脚为1，U10的AD781的7管脚为0；当PWMX与PWMY为异或组合时，U11的AD781的7管脚为0，U10的AD781的7管脚为1。控制两片AD781管脚7的逻辑由图9的数字逻辑电路实现。
如图9所示，给出了图6中具体的数字逻辑电路。这部分电路主要是控制AD781的管脚7，什么时候进行采样输出，什么时候保持上一时刻的值。根据图8电路的分析，可知AD781的7管脚值由PWMX与PWMY的组合决定。这部分采用异或门电路芯片74HC86和反相器芯片74HC14实现。选择PWMX接入74HC86的9脚，PWMY接入74HC86的8脚，10脚3B作为输出。74HC86的10脚3B与74HC14的1脚A1，9脚A4相连；74HC14的2脚V1与3脚A2相连；74HC14的4脚V2与并联后的二极管和电阻串联，连接到5脚A3；74HC14的8脚V4与并联后的二极管和电阻串联，连接到11脚A5。74HC14的6脚V3与U11的AD781的7脚连接，74HC14的10脚V5与U10的AD781的7脚相连接；当PWMX与PWMY为同或组合时候，74HC86的10脚输出为0，74HC14的1脚，9脚为0。74HC14的1脚为0，2脚则置1，3脚与2脚连接也置1，4脚则置0，二极管截止，5脚置0，6脚则置1，U11的AD781的7脚置1，而此时的74HC14的9脚为0，8脚置1，二极管导通，11脚置1，10脚置0，U10的AD781的7脚置0。当PWMX与PWMY为异或组合时候，74HC86的10脚输出为1，74HC14的1脚，9脚为1。4HC14的1脚为1，2脚则置0，3脚与2脚连接也置0，4脚则置1，二极管导通，5脚置0，6脚则置0，U11的AD781的7脚置0，而此时的74HC14的9脚为1，8脚置0，二极管截止，11脚置0，10脚置1，U10的AD781的7脚置1。
如图10所示，给出了图6具体的和差运算电路。由TL084芯片组成加法电路和减法电路。其中由TL084的1，2，3管脚构成加法电路，U11的AD781的8脚串接个20k电阻与TL084的3脚连接，U10的AD781的8脚串接个20k电阻与TL084的3脚连接，2脚串接一个20k电阻接地，2脚串接20k电阻连接到1脚，最后1脚输出是U11的AD781的8脚与U10的AD781的8脚之和由TL084的5，6，7管脚构成减法电路，U11的AD781的8串接个20k电阻与TL084的反向输入端6脚连接，U10的AD781的8脚串接个20k电阻与同向输入端5脚连接，6脚串接个20k电阻连接到7脚，5脚串接20k电阻到地，最后7脚输出是U10的AD781的8脚与U11的AD781的8脚之和
如图11所示，给出了图6具体的低通滤波器。通过图10的加法器得到的X向位移信号里面含有频率为20k的方波信号ux，ux被所调制，通过低通滤波器滤除频率为20k的ux，可以得到X方向的位移信号同理通过减法器得到的Y方向的位移信号里面含有20k高频信号uy，也需要通过低通滤波器滤除uy，得到Y方向的位移信号由图10中TL084的管脚1经过两个串联的3.3K电阻接到图11中TL084的管脚3，最后由图11的TL084的1脚输出滤波后的位移信号x，由图10中TL084的管脚7经过两个串联的3.3K电阻接到图11中TL084的管脚5，最后由图11的TL084的7脚输出滤波后的位移信号y。
本发明的一种基于双电平功放永磁偏置混合磁轴承的无传感器控制方法，具体为①针对永磁偏置混合磁轴承同一自由度的上下两对磁极采用全串联连接方式；②磁轴承功放采用双电平PWM开关功放，利用磁路分析法得出上下线圈的电压差信号vx(vy)与转子位移x和y成线性关系。由于线圈端电压ux和uy受PWM控制，为已知量，因此利用推导出的关系式，只需要在两个相邻时刻，分别测得两组互不相关的正、负向线圈端电压之差vx(t1)、vx(t2)(或vy(t1)、vy(t2))，即可求得位移量x和y；③为了在一个控制周期中保证上下线圈电压差vx(vy)有两种不相关的检测状态，设计了两个相位差为90°的PWM信号作为解调控制信号；④根据X、Y方向线圈端电压ux和uy的正负状态，通过一定的逻辑状态检测电路对正负向线圈电压差信号vx进行选通和保持，经过低通滤波和运算放大器的数学运算可以得到正比于转子位移的检测信号x，y；本发明针对永磁偏置的磁轴承系统，去掉传统的物理传感器，通过检测线圈中点电压以及硬件解调来实现位移的检测，简化了磁轴承系统，提高了磁轴承系统的稳定性。

Claims (8)

1.一种基于双电平功放永磁偏置混合磁轴承的无位移传感器检测方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
(1)永磁偏置磁轴承的线圈连接：在同一自由度上，把永磁偏置磁轴承上下线圈进行串联连接，并且引出串联后上下线圈的中点电压；
(2)位移解算核心公式推导：推导出上下线圈电压差与转子位移关系，通过电路的连接关系推导出上下线圈电压差与线圈中点电压的关系，利用一个自由度的中点电压进行解算，得到两个自由度的位移；
(3)设计桥式检测电路：生成含有位移信息的被解调信号；
(4)解调控制信号生成：通过数字控制器生成两自由度相位正交的PWM；
(5)设计信号解调电路：根据X向和Y向线圈端电压ux、uy的状态，设计逻辑状态检测电路实现对解调方程式的求解；
(6)设计低通滤波器电路，滤除位移信号中的开关噪声以及其他高频干扰。
2.根据权利要求1所述的一种基于双电平功放永磁偏置混合磁轴承的无位移传感器检测方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，上下线圈电压差与转子位移的关系为：
其中：vx是X向上下线圈的电压差，vy是Y向上下线圈的电压差，ux是X向线圈的端电压，uy是Y向线圈的端电压，g是转子在平衡位置时候的气隙，x是转子沿X向的位移，y是转子沿Y向的位移；
通过一个自由度的中点电压解算出两个自由度的转子位移，利用X向的中点电压进行解算，X向上下线圈的电压差与线圈中点电压的关系为
其中VXL是X向中点电压，vx+是X向上线圈的电压，vx-是X向下线圈的电压。
3.根据权利要求1所述的一种基于双电平功放永磁偏置混合磁轴承的无位移传感器检测方法，其特征在于，所述的步骤(3)中，在上下串联的磁轴承线圈中并联两个等阻值电阻，生成含有位移信息的被解调信号是由两个等阻值电阻的中点电压VXR与X向线圈的中点电压VXL之差，通过求差电路生成被检测信号：。
4.根据权利要求1所述的一种基于双电平功放永磁偏置混合磁轴承的无位移传感器检测方法，其特征在于，所述的步骤(4)中，利用数字控制器DSP的PWM模块，生成X，Y两自由度相位正交的PWM，分别为PWMX，PWMY，PWMX控制X方向的线圈端电压ux的状态，PWMY控制Y方向的线圈端电压uy的状态，设定线圈电压高电平为1，低电平为0，在一个控制周期中保证线圈端电压ux和uy出现00，01，10，11四种组合状态，从而在一个控制周期中X方向的被检测信号v与转子位移关系式至少有两种不相关的检测状态。
5.根据权利要求1所述的一种基于双电平功放永磁偏置混合磁轴承的无位移传感器检测方法，其特征在于，所述的步骤(5)中，设计信号解调电路对被检测信号v进行解调，信号解调电路是由模拟多路复用器，采样保持电路、数字逻辑电路以及和差运算电路组成，由DSP生成的PWMX，PWMY来控制模拟多路复用器，对v的状态进行选择，是输出v或者-v，此时输出的v或者-v经过采样保持电路在不同的解调控制信号PWMX和PWMY状态下得到位移信号的和差信号x+y，x-y，通过由运算放大器构成的和差运算电路的数学运算解算出x和y位移信号。
6.根据权利要求1所述的一种基于双电平功放永磁偏置混合磁轴承的无位移传感器检测方法，其特征在于，所述的步骤(6)中，低通滤波器电路为由运算放大器构成的有源低通二阶滤波器。
7.一种基于双电平功放永磁偏置混合磁轴承控制系统，其特征在于，包括双电平PWM开关功放，X+向磁轴承，X-向磁轴承，数字控制器DSP，位移自检测电路；
位移自检测电路，包括桥式检测电路，信号解调电路和滤波电路；
通过X+向磁轴承X-向磁轴承得到X自由度线圈的中点电压，X自由度线圈的中点电压经过桥式检测电路得到被解调信号v，被解调信号v经过信号解调电路得到含有被位移信号调制的PWM信号，再经过滤波电路得到位移信号x、y，x、y位移信号输入至数字控制器DSP中，经过位移自检测电路对位移信号的控制算法生成控制开关功放的PWM信号，生成此PWM信号驱动开关功放的开关管，然后反馈到信号解调电路进行位移信号的解调。
8.根据权利要求7所述的一种基于双电平功放永磁偏置混合磁轴承控制系统，其特征在于，所述的位移自检测电路中，桥式检测电路包括差动电桥和求差电路，信号解调电路包括选通电路，采样保持电路，数字逻辑电路，和差运算电路，滤波电路为低通滤波器；
差动电桥为两个阻值为3M欧姆的电阻串联，然后把这两个串联后的电阻并联到X向线圈的两端，分别引出线圈的中点电压VxL，两个3M欧姆的电阻的中点电压VxR；
求差电路选择TL084芯片；线圈的中点电压经过由TL084中1，2，3管脚组成的电压跟随器，由1脚输出，在经过两个10K电阻进行分压，得到VxL的一半，即0.5VxL，同理两个串联电阻的中点电压VxR经过由TL084中的5，6，7管脚组成的电压跟随器，由7脚输出，同样经过两个10K的电阻进行分压，得到VxR的一半，即0.5VxR；由TL084的其中一个运放中的8，9，10管脚构成减法器，由0.5VxR进入同向输入端管脚10，0.5VxL进入反向输入端管脚9，最后由8脚输出v，即0.5(VxR-VxL)；由TL084中的一个运放12，13，14管脚构成减法器，0.5VxL进入同向输入端管脚12，0.5VxR进入反向输入端管脚13，最后由管脚14输出-v，即0.5(VxL-VxR)；
选通电路为模拟多路复用器，采用ADG409芯片实现，其中芯片的两个输入A1和A0分别由PWMY与PWMX控制，0设定为PWM的低电平，1设定为PWM的高电平；ADG409的4脚S1A，12脚S2B与TL084的14脚相连；ADG409的7脚S4A，11脚S3B与TL084的8脚相连；ADG409的5脚S2A，6脚S3A，13脚S1B，10脚S4B接数字地DGND；当PWMX与PWMY分别为00，01，10，11组合的时候，ADG409的管脚8选通输出为-v，0，0，v，ADG409的管脚9输出为0，-v，v，0，综上所述，当PWMX与PWMY为同或组合时，DA输出为DB输出为0，当PWMX与PWMY为异或组合时，DA输出为0，DB输出为
采样保持电路选用两片AD781高速采样保持芯片，记为U11和U10；ADG409的输出管脚8与U11的AD781的输入管脚2连接，ADG409的输出管脚9与U10的AD781的输入管脚2连接，在ADG409管脚8输出为时，进行采样输出，U11的AD781管脚7的信号置1，当ADG409管脚8输出为0时，U11的AD781管脚7的信号置0，保持上一时刻DA的输出同理，在ADG409管脚9输出为时候，进行采样输出，U10的AD781管脚7的信号置1，在ADG409管脚9输出为0时候，U10的AD781管脚7的信号置0，保持上一时刻DB的输出则，当PWMX与PWMY为同或组合时，U11的AD781的7管脚为1，U10的AD781的7管脚为0；当PWMX与PWMY为异或组合时，U11的AD781的7管脚为0，U10的AD781的7管脚为1；
数字逻辑电路控制AD781的管脚7，数字逻辑电路采用异或门电路芯片74HC86和反相器芯片74HC14实现，选择PWMX接入74HC86的9脚，PWMY接入74HC86的8脚，10脚3B作为输出；74HC86的10脚3B与74HC14的1脚A1，9脚A4相连；74HC14的2脚V1与3脚A2相连；74HC14的4脚V2与并联后的二极管和电阻串联，连接到5脚A3；74HC14的8脚V4与并联后的二极管和电阻串联，连接到11脚A5；74HC14的6脚V3与U11的AD781的7脚连接，74HC14的10脚V5与U10的AD781的7脚相连接；当PWMX与PWMY为同或组合时候，74HC86的10脚输出为0，74HC14的1脚，9脚为0；74HC14的1脚为0，2脚则置1，3脚与2脚连接也置1，4脚则置0，二极管截止，5脚置0，6脚则置1，U11的AD781的7脚置1，此时74HC14的9脚为0，8脚置1，二极管导通，11脚置1，10脚置0，U10的AD781的7脚置0；当PWMX与PWMY为异或组合时候，74HC86的10脚输出为1，74HC14的1脚，9脚为1；4HC14的1脚为1，2脚则置0，3脚与2脚连接也置0，4脚则置1，二极管导通，5脚置0，6脚则置0，U11的AD781的7脚置0，此时的74HC14的9脚为1，8脚置0，二极管截止，11脚置0，10脚置1，U10的AD781的7脚置1；
和差运算电路包括TL084芯片，TL084芯片组成加法电路和减法电路，TL084的1，2，3管脚构成加法电路，U11的AD781的8脚串接20k电阻与TL084的3脚连接，U10的AD781的8脚串接个20k电阻与TL084的3脚连接，2脚串接一个20k电阻接地，2脚串接20k电阻连接到1脚，最后1脚输出是U11的AD781的8脚与U10的AD781的8脚之和由TL084的5，6，7管脚构成减法电路，U11的AD781的8串接个20k电阻与TL084的反向输入端6脚连接，U10的AD781的8脚串接个20k电阻与同向输入端5脚连接，6脚串接个20k电阻连接到7脚，5脚串接20k电阻到地，最后7脚输出是U10的AD781的8脚与U11的AD781的8脚之和
加法器得到的X向位移信号里面含有频率为20k的方波信号ux，ux被所调制，通过低通滤波器滤除频率为20k的ux，得到X方向的位移信号同理通过减法器得到的Y方向的位移信号里面含有20k高频信号uy，通过低通滤波器滤除uy，得到Y方向的位移信号TL084的管脚1经过两个串联的3.3K电阻接到TL084的管脚3，最后由TL084的1脚输出滤波后的位移信号x，由TL084的管脚7经过两个串联的3.3K电阻接到TL084的管脚5，最后由TL084的7脚输出滤波后的位移信号y。
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