CN109163012B - 一种单自由度磁液双悬浮轴承控制系统及其控制方法 - Google Patents
一种单自由度磁液双悬浮轴承控制系统及其控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109163012B CN109163012B CN201811324294.8A CN201811324294A CN109163012B CN 109163012 B CN109163012 B CN 109163012B CN 201811324294 A CN201811324294 A CN 201811324294A CN 109163012 B CN109163012 B CN 109163012B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- differential pressure
- voltage
- power amplification
- pressure sensor
- detection module
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/044—Active magnetic bearings
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/044—Active magnetic bearings
- F16C32/0444—Details of devices to control the actuation of the electromagnets
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/044—Active magnetic bearings
- F16C32/0444—Details of devices to control the actuation of the electromagnets
- F16C32/0451—Details of controllers, i.e. the units determining the power to be supplied, e.g. comparing elements, feedback arrangements with P.I.D. control
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
本发明公开了一种单自由度磁液双悬浮轴承控制系统,包括PID控制器、功率放大模块、差压检测模块,PID控制器与功率放大模块、差压检测模块电连接,差压检测模块与差动式压力传感器电连接,差动式压力传感器设有上差动式压力传感器、下差动式压力传感器,差动式压力传感器输出压力差值,经过差压检测模块,输出模拟量反馈电压与参考位置设定的电压进行比较,得到电压差值,再经过PID控制器调节,输出控制电压,最后,控制电压经过功率放大模块输出电磁线圈承载范围内的驱动电流,驱动磁液双悬浮轴承的控制线圈,实现闭环控制。本该控制系统提高了油腔压力变化测量精度,测量方便,经济实用,成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及磁液双悬浮轴承,确切地说是一种单自由度磁液双悬浮轴承控制系统及其控制方法。
背景技术
磁液双悬浮轴承采用电磁力和静压支承力双重支承,是一种新型的非机械接触的轴承,具有无摩擦、无磨损、承载能力大、运动精度高、使用寿命长等优点;对于磁液双悬浮轴承,转子与轴承之间的间隙小(15μm),因此所需的位移传感器精度高,现有技术所采用的高精度的非接触式电涡流位移传感器的成本很高,影响磁液双悬浮轴承的普及使用。
本发明考虑到经济性的要求,采用差动式压力传感器来检测上下两个支承腔的压力(P1、P2)的变化,并输出模拟量反馈电压U1,测量方便,经济实用,成本较低,同样可以满足控制的需要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种单自由度磁液双悬浮轴承控制系统,该控制系统提高了油腔压力变化测量精度,测量方便,经济实用,成本较低。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术手段:
一种单自由度磁液双悬浮轴承控制系统,包括控制器、功率放大模块、差压检测模块,所述的控制器为PID控制器,PID控制器与功率放大模块、磁液双悬浮轴承本体、差压检测模块依次连接构成闭环控制系统;功率放大模块设有上部功率放大模块、下部功率放大模块,PID控制器与功率放大模块、差压检测模块电连接,差压检测模块与差动式压力传感器电连接,差动式压力传感器设有上差动式压力传感器、下差动式压力传感器,上差动式压力传感器、下差动式压力传感器分别设置在磁液双悬浮轴承本体的上、下两个支承腔中以测量上、下支承腔的压力;差动式压力传感器输出压力差值,经过差压检测模块,输出模拟量反馈电压与参考位置设定的电压进行比较,得到电压差值,再经过PID控制器调节,输出控制电压,最后,控制电压经过功率放大模块输出电磁线圈承载范围内的驱动电流,驱动磁液双悬浮轴承的控制线圈,实现闭环控制。
进一步的优选技术方案如下:
所述的磁液双悬浮轴承本体的转子的偏移量通过千分表测量。主要为了确定当转子在外干扰作用下,通过上述闭环控制系统达到稳定时,是否在允许的稳态误差内。千分表安装在磁液双悬浮轴承外侧,指针与主轴接触,只用于测量位移不用于反馈,数据仅有工作人员读数、参考。
单自由度磁液双悬浮轴承控制系统的控制方法,包含以下步骤:
(1)初始状态时,无外干扰作用下,此时可以认为上下两个支承腔压力相等,P1=P2,此时差压检测模块输出的模拟量反馈电压U1与参考位置设定的电压U相同,因此PID控制器输出控制电压Uc为0V,上下两个线圈的电流相等为初始电流i0;
(2)当在外负载的作用下,转子偏离基准位置时,上下两个支承腔的压力发生改变即P1≠P2,此时,因为支承腔压力发生变化,差压检测模块输出模拟量反馈电压U1与参考位置设定的电压U存在偏差,得到电压差值△U,经过PID控制器调节,输出控制电压Uc,最后,经过功率放大电路输出电磁线圈承载范围内的驱动电流,使得上下两个线圈的电流I1、I2发生改变,上下磁极、的电磁悬浮支承力分别为F电1、F电2,电磁合力为F电合= F电1 - F电2;由于转子的偏移会导致油膜厚度发生改变,伴随着上下静压支承腔液阻与压力发生变化,上下静压支承腔支承力发生变化分别为F液1、F液2,静压支承合力F液合=F液2-F液1,从而使得产生电磁合力与静压支承合力共同平衡外负载F,通过PID控制器(a)输出相应的控制电压Uc,使得静压支承与电磁支承分别承担一半外负载F,进而使转子达到新的平衡位置。
采用上述技术方案的本发明,与现有技术相比,其突出的特点是:
1、本发明采用液体静压轴承和电磁轴承相结合的新型磁液双悬浮轴承,具有双重支承的效果,液体静压支承可以弥补电磁支承承载力小的缺点,而电磁支承可以弥补静压支承难以控制的问题。
2、本发明针对支承腔的压力变化,采用了差动式压力传感器来测量上下两个支承腔的压力差△P,并输出模拟量反馈电压U1,可以提高油腔压力变化测量精度,测量方便,经济实用,成本较低。
附图说明
图1是本发明的框架结构示意图。
附图标记说明:1、PID控制器,2、功率放大模块,3、磁液双悬浮轴承本体,4、差动式压力传感器,5、差压检测模块,6、千分表。
具体实施方式
下面结合实施例,进一步说明本发明。
参见图1可知,本发明的一种单自由度磁液双悬浮轴承控制系统,由PID控制器1与功率放大模块2、磁液双悬浮轴承本体3、差压检测模块5组成,PID控制器1与功率放大模块2、磁液双悬浮轴承本体3、差压检测模块5依次连接构成闭环控制系统;功率放大模块2设有上部功率放大模块、下部功率放大模块,PID控制器1与功率放大模块2、差压检测模块5电连接,差压检测模块5与差动式压力传感器4电连接,差动式压力传感器4设有上差动式压力传感器4、下差动式压力传感器4,上差动式压力传感器4、下差动式压力传感器4分别设置在磁液双悬浮轴承本体3的上、下两个支承腔中以测量上、下支承腔的压力;差动式压力传感器4输出压力差值,经过差压检测模块5,输出模拟量反馈电压与参考位置设定的电压进行比较,得到电压差值,再经过PID控制器1调节,输出控制电压,最后,控制电压经过功率放大模块2输出电磁线圈承载范围内的驱动电流,驱动磁液双悬浮轴承的控制线圈,实现闭环控制。
磁液双悬浮轴承本体3的转子的偏移量通过千分表6测量。主要为了确定当转子在外干扰作用下,通过上述闭环控制系统达到稳定时,是否在允许的稳态误差内。千分表6安装在磁液双悬浮轴承外侧,指针与主轴接触,只用于测量位移不用于反馈,数据仅有工作人员读数、参考。
单自由度磁液双悬浮轴承控制系统的控制方法,包含以下步骤:
(1)初始状态时,无外干扰作用下,此时可以认为上下两个支承腔压力相等,P1=P2,此时差压检测模块5输出的模拟量反馈电压U1与参考位置设定的电压U相同,因此PID控制器1输出控制电压Uc为0V,上下两个线圈的电流相等为初始电流i0;
(2)当在外负载的作用下,转子偏离基准位置时,上下两个支承腔的压力发生改变即P1≠P2,此时,因为支承腔压力发生变化,差压检测模块5输出模拟量反馈电压U1与参考位置设定的电压U存在偏差,得到电压差值△U,经过PID控制器1调节,输出控制电压Uc,最后,经过功率放大电路输出电磁线圈承载范围内的驱动电流,使得上下两个线圈的电流I1、I2发生改变,上下磁极、的电磁悬浮支承力分别为F电1、F电2,电磁合力为F电合= F电1 - F电2;由于转子的偏移会导致油膜厚度发生改变,伴随着上下静压支承腔液阻与压力发生变化,上下静压支承腔支承力发生变化分别为F液1、F液2,静压支承合力F液合=F液2-F液1,从而使得产生电磁合力与静压支承合力共同平衡外负载F,通过PID控制器1(a)输出相应的控制电压Uc,使得静压支承与电磁支承分别承担一半外负载F,进而使转子达到新的平衡位置。
本实施例的优点在于:
1、本发明采用液体静压轴承和电磁轴承相结合的新型磁液双悬浮轴承,具有双重支承的效果,液体静压支承可以弥补电磁支承承载力小的缺点,而电磁支承可以弥补静压支承难以控制的问题。
2、本发明针对支承腔的压力变化,采用了差动式压力传感器4来测量上下两个支承腔的压力差△P,并输出模拟量反馈电压U1,可以提高油腔压力变化测量精度,测量方便,经济实用,成本较低。
以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已,并非因此局限本发明的权利范围,凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化,均包含于本发明的权利范围之内。
Claims (1)
1.一种单自由度磁液双悬浮轴承控制系统,包括控制器、功率放大模块、差压检测模块,其特征在于:所述的控制器为PID控制器,PID控制器与功率放大模块、磁液双悬浮轴承本体、差压检测模块依次连接构成闭环控制系统;功率放大模块设有上部功率放大模块、下部功率放大模块,PID控制器与功率放大模块、差压检测模块电连接,差压检测模块与差动式压力传感器电连接,差动式压力传感器设有上差动式压力传感器、下差动式压力传感器,上差动式压力传感器、下差动式压力传感器分别设置在磁液双悬浮轴承本体的上、下两个支承腔中以测量上、下支承腔的压力;差动式压力传感器输出压力差值,经过差压检测模块,输出模拟量反馈电压与参考位置设定的电压进行比较,得到电压差值,再经过PID控制器调节,输出控制电压,最后,控制电压经过功率放大模块输出电磁线圈承载范围内的驱动电流,驱动磁液双悬浮轴承的控制线圈,实现闭环控制, 具体控制步骤如下:
(1)初始状态时,无外干扰作用下,此时可以认为上、下两个支承腔压力相等,P1=P2,此时差压检测模块输出的模拟量反馈电压U1与参考位置设定的电压U相同,因此PID控制器输出控制电压Uc为0V,上、下两个线圈的电流相等为初始电流i0;
(2)当在外负载的作用下,转子偏离基准位置时,上、下两个支承腔的压力发生改变即P1≠P2,此时,因为支承腔压力发生变化,差压检测模块输出模拟量反馈电压U1与参考位置设定的电压U存在偏差,得到电压差值△U;
(3)电压差值△U,经过PID控制器调节,输出控制电压Uc,最后,经过功率放大电路输出电磁线圈承载范围内的驱动电流,使得上、下两个线圈的电流I1、I2发生改变,上、下磁极、的电磁悬浮支承力分别为F电1、F电2,电磁合力为F电合= F电1 - F电2;由于转子的偏移会导致油膜厚度发生改变,伴随着上下静压支承腔液阻与压力发生变化,上下静压支承腔支承力发生变化分别为F液1、F液2,静压支承合力F液合=F液2-F液1,从而使得产生电磁合力与静压支承合力共同平衡外负载F,进而使转子达到新的平衡位置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811324294.8A CN109163012B (zh) | 2018-11-08 | 2018-11-08 | 一种单自由度磁液双悬浮轴承控制系统及其控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811324294.8A CN109163012B (zh) | 2018-11-08 | 2018-11-08 | 一种单自由度磁液双悬浮轴承控制系统及其控制方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN109163012A CN109163012A (zh) | 2019-01-08 |
CN109163012B true CN109163012B (zh) | 2020-06-26 |
Family
ID=64875699
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201811324294.8A Active CN109163012B (zh) | 2018-11-08 | 2018-11-08 | 一种单自由度磁液双悬浮轴承控制系统及其控制方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN109163012B (zh) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109723719B (zh) * | 2019-03-04 | 2020-09-01 | 青岛大学 | 一种差动检测式自传感电磁轴承及其实现方法 |
CN110030265B (zh) * | 2019-05-15 | 2020-08-18 | 燕山大学 | 一种单自由度磁液双悬浮轴承控制装置及方法 |
CN111288082A (zh) * | 2019-12-11 | 2020-06-16 | 燕山大学 | 一种单自由度磁液双悬浮轴承的控制系统 |
CN111288081B (zh) * | 2019-12-11 | 2022-03-11 | 燕山大学 | 一种单自由度磁液双悬浮轴承控制系统 |
CN111350757B (zh) * | 2019-12-11 | 2021-12-21 | 燕山大学 | 一种单自由度磁液双悬浮轴承控制方法 |
CN111237338A (zh) * | 2020-01-14 | 2020-06-05 | 燕山大学 | 一种单自由度磁液双悬浮轴承控制系统及方法 |
CN111628607B (zh) * | 2020-04-26 | 2021-12-17 | 哈尔滨工业大学 | 一种周向分块式径向混合支撑电磁轴承系统及控制方法 |
CN111967453B (zh) * | 2020-10-22 | 2021-01-05 | 天津飞旋科技有限公司 | 轴承功放通道与传感器通道的匹配方法和装置 |
CN112983987A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-06-18 | 北华航天工业学院 | 一种基于磁液双悬浮轴承电磁与静压模块联合控制系统及方法 |
CN116755428B (zh) * | 2023-08-11 | 2023-10-20 | 苏州中科科仪技术发展有限公司 | 一种磁悬浮控制板可靠性检测系统及检测方法 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102012203340A1 (de) * | 2012-03-02 | 2013-09-05 | Siemens Aktiengesellschaft | Maschine mit Fanglager mit Hybridanordnung |
CN103174746A (zh) * | 2013-03-28 | 2013-06-26 | 南京工业大学 | 一种主动型磁悬浮轴承系统及控制电路 |
CN103711912A (zh) * | 2014-01-09 | 2014-04-09 | 中国石油大学(华东) | 一种闭环控制式磁力悬浮流体动密封装置 |
CN105351357B (zh) * | 2015-11-18 | 2017-11-14 | 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 | 混合式磁悬浮轴承的控制方法、装置及系统 |
CN108547869B (zh) * | 2018-05-18 | 2019-09-10 | 燕山大学 | 一种磁液双悬浮支承轴承系统 |
-
2018
- 2018-11-08 CN CN201811324294.8A patent/CN109163012B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN109163012A (zh) | 2019-01-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109163012B (zh) | 一种单自由度磁液双悬浮轴承控制系统及其控制方法 | |
CN102331349B (zh) | 永磁轴承刚度测量装置 | |
US9892839B2 (en) | Apparatus and method for magnetically unloading a rotor bearing | |
CN109630545B (zh) | 一种单自由度磁液双悬浮轴承双闭环控制系统及方法 | |
Aenis et al. | Active magnetic bearings for the identification and fault diagnosis in turbomachinery | |
CN203053702U (zh) | 角接触球轴承动、静刚度测试装置 | |
CN103759871A (zh) | 一种空气静压轴向推力轴承动态摩擦力矩的测试装置 | |
CN110030265B (zh) | 一种单自由度磁液双悬浮轴承控制装置及方法 | |
CN102288171B (zh) | 有源磁悬浮陀螺仪浮子定中心调整装置 | |
CN111288082A (zh) | 一种单自由度磁液双悬浮轴承的控制系统 | |
CN102242742A (zh) | 两级射流喷嘴串联式超磁致伸缩射流伺服阀及工作方法 | |
CN102664566B (zh) | 基于力控制的磁悬浮系统及控制方法 | |
CN202092808U (zh) | 电动机磁滞力矩与波动力矩测试仪 | |
CN111288081B (zh) | 一种单自由度磁液双悬浮轴承控制系统 | |
CN100453964C (zh) | 电致伸缩材料特性的电容法测试装置 | |
CN202555839U (zh) | 一种新型气体磁轴承电主轴 | |
CN105545955A (zh) | 一种基于力反馈控制的磁力轴承 | |
CN203350039U (zh) | 锥形空气轴承轴向承载力测试装置 | |
CN108007804B (zh) | 一种电磁式硬度计微小力值产生装置及控制方法 | |
CN206683980U (zh) | 四球摩擦磨损试验系统 | |
CN111350757B (zh) | 一种单自由度磁液双悬浮轴承控制方法 | |
CN112727926A (zh) | 一种可控空气静压径向轴承系统 | |
CN205744910U (zh) | 一种用于大型轴承寿命试验台的磁悬浮支撑轴承 | |
CN202550933U (zh) | 采用准悬浮电机和轴向磁力轴承的基于力控制磁悬浮系统 | |
CN211014498U (zh) | 一种基于砝码加载双闭环直流调速实验装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |