CN110460286B - 一种磁悬浮电机的控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁悬浮电机的控制系统及控制方法；所述磁悬浮电机的控制方法，获取磁悬浮电机运转参数信息和转子转动参数信息，根据所述磁悬浮电机运转参数信息和所述转子转动参数信息，确定所述磁悬浮电机的运转状态；所述磁悬浮电机的控制系统，包括第一获取装置，用于获取磁悬浮电机运转参数信息；第二获取装置，用于获取转子转动参数信息；确定装置，用于根据所述磁悬浮电机运转参数信息和所述转子转动参数信息，确定所述磁悬浮电机的运转状态；本发明将独立的磁悬浮电机控制方式进行整合，通过闭环控制使磁悬浮电机的运行更加稳定，降低故障率。

Description

一种磁悬浮电机的控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及磁悬浮技术领域，尤其涉及一种磁悬浮电机的控制系统及控制方法。

背景技术

磁悬浮高速电机的控制方式多采用各模块独立控制，比如，使用悬浮控制系统控制转子的悬浮，变频器控制电机的转速，虽然能达到磁悬浮高速电机的运转要求，但是操作难度大，稳定性较差，其中任何一部分出现问题就会导致电机损坏。磁悬浮高速电机由于其高速的特性，当悬浮控制系统出现问题，转子失稳时，若变频器没有停止输出，电机继续高速旋转，电机将发生损坏，致使对电机造成不可逆转的破坏。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，提出了一种磁悬浮电机的控制系统及控制方法，将独立的磁悬浮电机控制方式进行整合，通过闭环控制使磁悬浮电机的运行更加稳定，降低故障率。

根据本发明的一个方面，提供了一种磁悬浮电机的控制系统及控制方法；

所述磁悬浮电机的控制方法，获取磁悬浮电机运转参数信息和转子转动参数信息，根据所述磁悬浮电机运转参数信息和所述转子转动参数信息，确定所述磁悬浮电机的运转状态。

其中，根据所述磁悬浮电机运转参数信息和所述转子转动参数信息，确定所述磁悬浮电机的运转状态包括判断所述磁悬浮电机运转参数信息和所述转子转动参数信息中任一参数，是否满足对应的阈值，如果所述任一参数不满足对应的阈值，则所述磁悬浮电机停止运行。

其中，所述磁悬浮电机运转参数信息包括所述磁悬浮电机转速的预设值、所述磁悬浮电机运行的驱动参数以及所述磁悬浮电机运行时的转速；

所述转子转动参数信息包括所述磁悬浮电机内转子的位置信息以及所述磁悬浮电机内径向磁轴承电流信息。

其中，所述磁悬浮电机运行的驱动参数包括电源转换后的直流电压参数、电流参数以及输出电压参数。

其中，所述电源转换后的直流电压参数由第一电压传感器获取反馈，所述电源转换后的电流参数由第一电流传感器获取反馈，所述电源转换后的输出电压参数由第二电压传感器获取反馈；

所述磁悬浮电机内转子的位置信息由位移传感器获取反馈，所述磁悬浮电机内径向磁轴承电流信息由第二电流传感器获取反馈。

所述磁悬浮电机的控制系统，包括第一获取装置，用于获取磁悬浮电机运转参数信息；

第二获取装置，用于获取转子转动参数信息；

确定装置，用于根据所述磁悬浮电机运转参数信息和所述转子转动参数信息，确定所述磁悬浮电机的运转状态。

其中，所述确定装置还用于确定所述磁悬浮电机运转参数信息和所述转子转动参数信息，确定所述磁悬浮电机的运转状态包括判断所述磁悬浮电机运转参数信息和所述转子转动参数信息中任一参数，是否满足对应的阈值，如果所述任一参数不满足对应的阈值，则所述磁悬浮电机停止运行。

其中，所述第一获取装置包括转速传感器、第一电压传感器、第一电流传感器以及第二电压传感器；

所述转速传感器用于获取所述磁悬浮电机运行时的转速信息；所述第一电压传感器用于获取电源转换后的直流电压参数；所述第一电流传感器用于获取电源转换后的电流参数；所述第二电压传感器用于获取电源转换后的输出电压参数；

所述第二获取装置包括位移传感器以及第二电流传感器；

所述位移传感器用于获取所述磁悬浮电机内转子的位置信息；所述第二电流传感器用于获取所述磁悬浮电机内径向磁轴承电流信息。

其中，所述电源的转换过程包括所述电源依次通过整流器、滤波器和逆变器转换的过程；

所述第一电压传感器与所述整流器连接，所述第一电流传感器与所述滤波器连接，所述第二电压传感器与所述逆变器连接；

转速传感器安装于所述转子外围，所述位移传感器安装于所述磁悬浮电机的径向磁轴承处，所述第二电流传感器与所述磁悬浮电机内的径向磁轴承连接。

其中，所述确定装置包括磁悬浮控制器，所述磁悬浮控制器与所述转速传感器、所述位移传感器分别电连接；

所述电源转换后驱动所述磁悬浮电机运转，根据所述转速传感器获取的所述磁悬浮电机运行时的转速信息和所述位移传感器获取所述磁悬浮电机内转子的位置信息，所述磁悬浮控制器判断所述磁悬浮电机的运转状态。

本发明中的磁悬浮电机的控制系统及控制方法，可以实现以下有益效果：本申请提高了磁悬浮电机的整体性，各部分不再独立工作，而是相互交叉形成闭环，摒弃传统转速传感器以及位移传感器的单一反馈，降低故障率；同时，本申请还体现了冗余的控制理念，当磁悬浮控制器出现故障时，能及时发现转子的抖动和异常，及时采取制动措施，提高磁悬浮电机的安全性。

附图说明

并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。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，可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一个实施例中给出的磁悬浮电机转速闭环控制回路控制流程示意图；

图2是本申请一个实施例中给出的磁悬浮电机转子悬浮闭环控制系统控制流程示意图；

图3是本申请一个实施例中给出的磁悬浮电机整体闭环控制系统控制流程示意图；

图4是本申请一个实施例中给出的磁悬浮电机内位移传感器以及转速传感器与转子位置的关系图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。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任意组合。

本申请提供了一种磁悬浮电机的控制方法，获取磁悬浮电机运转参数信息和转子转动参数信息，根据磁悬浮电机运转参数信息和转子转动参数信息，确定磁悬浮电机的运转状态。

本申请提供了一种磁悬浮电机的控制系统，包括第一获取装置，用于获取磁悬浮电机运转参数信息；

第二获取装置，用于获取转子转动参数信息；

确定装置，用于根据磁悬浮电机运转参数信息和转子转动参数信息，确定磁悬浮电机的运转状态。

本申请所提供的磁悬浮电机的控制系统及控制方法，通过三个闭环控制，磁悬浮电机转速闭环控制系统、磁悬浮电机转子悬浮闭环控制系统、磁悬浮电机整体闭环控制系统，实现磁悬浮电机的稳定性；当转子将要失稳时，对电机进行减速，提高安全性。而保证转子的稳定悬浮还需要将磁悬浮电机当前的准确转速反馈给磁悬浮控制器，磁悬浮控制器根据当前转速进行实时调整磁悬浮参数，使得转子更加平稳。

下面结合附图，详细说明该磁悬浮电机的控制系统及控制方法。

图1图示了磁悬浮电机转速闭环控制回路控制流程示意图；图2图示了磁悬浮电机转子悬浮闭环控制系统控制流程示意图；图3图示了磁悬浮电机整体闭环控制系统控制流程示意图。

本申请的磁悬浮电机的控制方法，包括获取磁悬浮电机1运转参数信息和转子2转动参数信息，根据磁悬浮电机1运转参数信息和转子2转动参数信息，确定磁悬浮电机1的运转状态。

根据磁悬浮电机1运转参数信息和转子2转动参数信息，确定磁悬浮电机1的运转状态包括判断磁悬浮电机1运转参数信息和转子2转动参数信息中任一参数，是否满足对应的阈值，如果任一参数不满足对应的阈值，则磁悬浮电机1停止运行。

磁悬浮电机1运转参数信息包括磁悬浮电机1转速的预设值、磁悬浮电机1运行的驱动参数以及磁悬浮电机1运行时的转速；

转子2转动参数信息包括磁悬浮电机转子2的位置信息以及磁悬浮电机径向磁轴承5电流信息。

磁悬浮电机1运行的驱动参数包括电源转换后的直流电压参数、电流参数以及输出电压参数。

电源转换后的直流电压参数由第一电压传感器获取反馈，电源转换后的电流参数由第一电流传感器获取反馈，电源转换后的输出电压参数由第二电压传感器获取反馈；

磁悬浮电机转子2的位置信息由位移传感器4获取反馈，磁悬浮电机径向磁轴承5电流信息由第二电流传感器获取反馈。

在本申请的一个实施例中，如图1所示，给定磁悬浮电机1转速的预设值，电源通过依次通过整流器、滤波器、逆变器进行转换，形成磁悬浮电机1的驱动系统，为磁悬浮电机1供电，驱动磁悬浮电机1运转，此时磁悬浮电机转子2的转速由转速传感器3进行监测；

在电源转换过程中，整流器的后端与第一电压传感器连接，第一电压传感器获取电源转换后的直流电压参数，滤波器的后端与第一电流传感器连接，第一电流传感器获取电源转换后的电流参数，逆变器的后端与第二电压传感器连接，第二电压传感器获取电源转换后的输出电压参数；

此时，第一电压传感器获取的直流电压参数、第一电流传感器获取的电流参数、第二电压传感器获取的输出电压参数以及转速传感器3获取的磁悬浮电机转子2的转速均由控制芯片D进行实时监测数据，根据控制芯片D实时监测的反馈值以及给定磁悬浮电机1转速的预设值统一进行PID控制，构成磁悬浮电机转速闭环控制系统。

在本实施例中，如图2所示，磁悬浮控制器通过功率放大器转换使用电流驱动径向磁轴承5，被驱动的径向磁轴承5能够将转子2悬浮起来，第二电流传感器直接检测径向磁轴承5电流信息再反馈给磁悬浮控制器，转子2的当前位置能够通过位移传感器4检测再经过信号放大器放大和转换为电压信息，并反馈给磁悬浮控制器；

此时，磁悬浮控制器根据当前的第二电流传感器获取的径向磁轴承5电流信息和位移传感器4获取的磁悬浮电机转子2的位置信息，构成磁悬浮电机转子悬浮闭环控制系统，自动进行调节知道转子悬浮位置波动范围满足要求。

在本实施例中，如图3所示，磁悬浮电机转速闭环控制系统中转子2的转速参数提供给磁悬浮控制器，磁悬浮控制器可以根据转子2当前转速的不同对悬浮参数进行实时调整，磁悬浮控制器检测到的转子2的位置信息也提供给磁悬浮电机1的驱动系统，磁悬浮电机转速闭环控制系统与磁悬浮电机转子悬浮闭环控制系统检测到的信号互相交叉形成磁悬浮电机整体闭环控制系统。

当转子2位置波动超出正常范围后，磁悬浮驱动系统进行制动，不再驱动转子2，提高系统的安全性。

当磁悬浮控制器在根据转子2当前转速的不同对悬浮参数进行实时调整时，加入振动分析，提高径向磁轴承5的稳定性。

图4图示了磁悬浮电机内位移传感器以及转速传感器与转子位置的关系图。

本申请的磁悬浮电机1的控制系统，包括第一获取装置，用于获取磁悬浮电机1运转参数信息；第二获取装置，用于获取转子2转动参数信息；确定装置，用于根据磁悬浮电机1运转参数信息和转子2转动参数信息，确定磁悬浮电机1的运转状态。

确定装置还用于确定磁悬浮电机1运转参数信息和转子2转动参数信息，确定磁悬浮电机1的运转状态包括判断磁悬浮电机1运转参数信息和转子2转动参数信息中任一参数，是否满足对应的阈值，如果任一参数不满足对应的阈值，则磁悬浮电机1停止运行。

具体的，第一获取装置包括转速传感器3、第一电压传感器、第一电流传感器以及第二电压传感器；

转速传感器3用于获取磁悬浮电机1运行时的转速信息；第一电压传感器用于获取电源转换后的直流电压参数；第一电流传感器用于获取电源转换后的电流参数；第二电压传感器用于获取电源转换后的输出电压参数；

第二获取装置包括位移传感器4以及第二电流传感器；

位移传感器4用于获取磁悬浮电机内转子2的位置信息；第二电流传感器用于磁悬浮电机内径向磁轴承5电流信息。

电源的转换过程包括电源依次通过整流器、滤波器和逆变器转换的过程；

第一电压传感器与整流器连接，第一电流传感器与滤波器连接，第二电压传感器与逆变器连接；

转速传感器3安装于转子2外围，位移传感器4安装于磁悬浮电机1的径向磁轴承5处，第二电流传感器与磁悬浮电机的径向磁轴承5连接。

确定装置包括磁悬浮控制器，磁悬浮控制器与转速传感器3、位移传感器4分别电连接；

电源转换后驱动磁悬浮电机1运转，根据转速传感器3获取的磁悬浮电机1运行时的转速信息和位移传感器4获取磁悬浮电机转子2的位置信息，磁悬浮控制器判断磁悬浮电机1的运转状态。

在本申请的其中一个实施例中，电源为工业用电380v交流电，工业用电380v交流电的后端依次与整流器、滤波器以及逆变器电连接，并进行转换后获得三相交流电为磁悬浮电机1供电，驱动磁悬浮电机1运转，如图4所示，磁悬浮电机1的轴端上安装有转速传感器3，转速传感器3靠近磁悬浮电机1叶轮设置，实时检测磁悬浮电机转子2的转速；

整流器末端的直流母线上与第一电压传感器电连接，第一电压传感器检测此时电源经过整流器转换后的直流电压参数，滤波器后端的导线上与第一电流传感器电连接，第一电流传感器检测此时电源经过滤波器转换后的电流参数，逆变器后端的导线与第二电压传感器电连接，第二电压传感器检测此时电源经过逆变器转换后的输出电压参数；

此时，转速传感器3获取的磁悬浮电机转子2的转速信息、第一电压传感器获取的直流电压参数、第一电流传感器获取的电流参数、第二电压传感器获取的输出电压参数均通过控制芯片D进行实时监测并显示，根据控制芯片D实时监测的反馈值以及给定磁悬浮电机1转速的预设值统一进行PID控制，构成磁悬浮电机1转速闭环控制系统。

在本实施例中，从图4中还可以看出，磁悬浮电机转子2外侧还安装有位移传感器4，位移传感器4与信号放大器的一端连接，信号放大器的另一端与磁悬浮控制器连接，磁悬浮控制器通过功率放大器驱动径向磁轴承5，使磁悬浮电机1内的转子2悬浮起来，同时，被驱动的径向磁轴承5通过连接第二电流传感器，将径向磁轴承5电流信息反馈给磁悬浮控制器；

磁悬浮控制器根据当前的第二电流传感器获取的径向磁轴承5电流信息和位移传感器4获取的磁悬浮电机1内转子2的位置信息，构成磁悬浮电机转子悬浮闭环控制系统。位移传感器4检测到的位置信号传递到磁悬浮控制器，磁悬浮控制器将当前位置信号与稳定位置做差，根据差值调整磁轴承线圈上的电流大小，直至当前位置信号与稳定位置差值接近0。

图1-图4仅为示例性的磁悬浮电机的控制系统及控制方法的说明，并不构成对本申请的限制。

三闭环控制方式提高了磁悬浮电机1的稳定性，简化了磁悬浮电机1的控制过程，提高了自动化程度，不需要人为的去根据磁悬浮控制器检测到的位置信息去调整独立的电机驱动。同时，转子2悬浮正常时，磁悬浮控制器才开始驱动转子2，磁悬浮控制器需要实时采集转速信息，根据转速实时分析出转子2的振动，然后再及时进行自动悬浮参数调整，保证转子2在工作磁悬浮电机1内的各部分都能正常悬浮，减少抖动。保证磁悬浮控制系统的可靠性。

上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种磁悬浮电机的控制方法，其特征在于，获取磁悬浮电机运转参数信息和转子转动参数信息，根据所述磁悬浮电机运转参数信息和所述转子转动参数信息，确定所述磁悬浮电机的运转状态；

根据所述磁悬浮电机运转参数信息和所述转子转动参数信息，确定所述磁悬浮电机的运转状态包括判断所述磁悬浮电机运转参数信息和所述转子转动参数信息中任一参数，是否满足对应的阈值，如果所述任一参数不满足对应的阈值，则所述磁悬浮电机停止运行；

所述磁悬浮电机运转参数信息包括所述磁悬浮电机转速的预设值、所述磁悬浮电机运行的驱动参数以及所述磁悬浮电机运行时的转速；

所述转子转动参数信息包括所述磁悬浮电机内转子的位置信息以及所述磁悬浮电机内径向磁轴承电流信息；

所述磁悬浮电机运行的驱动参数包括电源转换后的直流电压参数、电流参数以及输出电压参数；

所述电源转换后的直流电压参数由第一电压传感器获取反馈，所述电源转换后的电流参数由第一电流传感器获取反馈，所述电源转换后的输出电压参数由第二电压传感器获取反馈；

所述磁悬浮电机内转子的位置信息由位移传感器获取反馈，所述磁悬浮电机内径向磁轴承电流信息由第二电流传感器获取反馈。

2.一种磁悬浮电机的控制系统，其特征在于，包括第一获取装置，用于获取磁悬浮电机（1）运转参数信息；

第二获取装置，用于获取转子（2）转动参数信息；

确定装置，用于根据所述磁悬浮电机（1）运转参数信息和所述转子（2）转动参数信息，确定所述磁悬浮电机（1）的运转状态；

所述确定装置还用于确定所述磁悬浮电机（1）运转参数信息和所述转子（2）转动参数信息，确定所述磁悬浮电机（1）的运转状态包括判断所述磁悬浮电机（1）运转参数信息和所述转子（2）转动参数信息中任一参数，是否满足对应的阈值，如果所述任一参数不满足对应的阈值，则所述磁悬浮电机（1）停止运行；

所述第一获取装置包括转速传感器（3）、第一电压传感器、第一电流传感器以及第二电压传感器；

所述转速传感器（3）用于获取所述磁悬浮电机（1）运行时的转速信息；所述第一电压传感器用于获取电源转换后的直流电压参数；所述第一电流传感器用于获取电源转换后的电流参数；所述第二电压传感器用于获取电源转换后的输出电压参数；

所述第二获取装置包括位移传感器（4）以及第二电流传感器；

所述位移传感器（4）用于获取所述磁悬浮电机内转子（2）的位置信息；所述第二电流传感器用于获取所述磁悬浮电机内径向磁轴承（5）电流信息；

所述电源的转换过程包括所述电源依次通过整流器、滤波器和逆变器转换的过程；

所述第一电压传感器与所述整流器连接，所述第一电流传感器与所述滤波器连接，所述第二电压传感器与所述逆变器连接；

转速传感器（3）安装于所述转子（2）外围，所述位移传感器（4）安装于所述磁悬浮电机的径向磁轴承（5）处，所述第二电流传感器与所述磁悬浮电机内的径向磁轴承（5）连接；

所述确定装置包括磁悬浮控制器，所述磁悬浮控制器与所述转速传感器（3）、所述位移传感器（4）分别电连接；

所述电源转换后驱动所述磁悬浮电机（1）运转，根据所述转速传感器（3）获取的所述磁悬浮电机（1）运行时的转速信息和所述位移传感器（4）获取所述磁悬浮电机内转子（2）的位置信息，所述磁悬浮控制器判断所述磁悬浮电机（1）的运转状态。