CN112145553A - 一种磁悬浮轴承系统及其控制方法、装置和存储介质 - Google Patents

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CN112145553A CN202011001013.2A CN202011001013A CN112145553A CN 112145553 A CN112145553 A CN 112145553A CN 202011001013 A CN202011001013 A CN 202011001013A CN 112145553 A CN112145553 A CN 112145553A
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Abstract

本发明提供一种磁悬浮轴承系统及其控制方法、装置和存储介质，所述方法包括：检测所述磁悬浮轴承系统电流环的轴承线圈电流反馈是否出现故障；当检测所述轴承线圈电流反馈出现故障时，获取电流环的平均占空比；将获取的所述平均占空比作用于轴承控制器的功率放大器。本发明提供的方案能够实时保护磁轴承线圈，防止大电流烧毁线圈。

Description

一种磁悬浮轴承系统及其控制方法、装置和存储介质
技术领域
本发明涉及控制领域，尤其涉及一种磁悬浮轴承系统及其控制方法、装置和存储介质。
背景技术
在磁悬浮轴承系统中，采用双闭环控制系统。位移环的位移传感器获取轴承转子偏离参考位置的反馈值Xfb通过位置调节器进行调节，得到控制电流Iref，电流环的电流传感器对轴承线圈电流实时检测，返回反馈电流值Ifb，并与控制电流值Iref做差，利用计算出来的差值进行电流调节，输出实时占空比PWM给功率放大器控制轴承线圈电流，进而实现轴承转子的位置控制，使转子稳定悬浮于给定参考位置。一旦电流传感器损坏或其他原因导致反馈电流失败，即Ifb＝0，就会使得PWM持续保持一个较大的值，进而导致持续的大电流，长时间未控制会烧毁线圈，转子跌落，损坏压缩机。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种磁悬浮轴承系统及其控制方法、装置和存储介质，以解决现有技术中电流传感器出现故障或者其他原因导致电流环电流反馈故障的问题。
本发明一方面提供了一种磁悬浮轴承系统的控制方法，包括：检测所述磁悬浮轴承系统电流环的轴承线圈电流反馈是否出现故障；当检测所述轴承线圈电流反馈出现故障时，获取电流环的平均占空比；将获取的所述平均占空比作用于轴承控制器的功率放大器。
可选地，检测所述磁悬浮轴承系统电流环的轴承线圈反馈是否出现故障，包括：检测所述磁悬浮轴承系统电流环的反馈电压是否超过设定电压；若检测到所述反馈电压超过设定电压，则确定轴承线圈电流反馈出现故障。
可选地，获取电流环的平均占空比，包括：在磁悬浮轴承稳定悬浮的情况下，每隔预设时间记录一个电流占空比；每记录n个电流占空比进行一次平均值计算，得到所述n个电流占空比的平均占空比。
可选地，还包括：将获取的所述平均占空比作用于轴承控制器的功率放大器后，控制作用于所述功率放大器的占空比以预设变化量变化，以将磁悬浮轴承落下。
可选地，还包括：将获取的所述平均占空比作用于轴承控制器的功率放大器后，检测电机转速是否为零；若检测到电机转速不为零，则发出故障提示，并控制变频器停机，以使得磁悬浮轴承转子停转。
本发明另一方面提供了一种磁悬浮轴承系统的控制装置，包括：检测单元，用于检测所述磁悬浮轴承系统电流环的轴承线圈电流反馈是否出现故障；获取单元，用于当所述检测单元检测所述轴承线圈电流反馈出现故障时，获取电流环的平均占空比；控制单元，用于将所述获取单元获取的所述平均占空比作用于轴承控制器的功率放大器。
可选地，所述检测单元，检测所述磁悬浮轴承系统电流环的轴承线圈反馈是否出现故障，包括：检测所述磁悬浮轴承系统电流环的反馈电压是否超过设定电压；若检测到所述反馈电压超过设定电压，则确定轴承线圈电流反馈出现故障。
可选地，所述获取单元，获取电流环的平均占空比，包括：在磁悬浮轴承稳定悬浮的情况下，每隔预设时间记录一个电流占空比；每记录n个电流占空比进行一次平均值计算，得到所述n个电流占空比的平均占空比。
可选地，所述控制单元，还用于：将获取的所述平均占空比作用于轴承控制器的功率放大器后，控制作用于所述功率放大器的占空比以预设变化量变化，以将磁悬浮轴承落下。
可选地，所述控制单元，还用于：将获取的所述平均占空比作用于轴承控制器的功率放大器后，检测电机转速是否为零；若检测到电机转速不为零，则发出故障提示，并控制变频器停机，以使得磁悬浮轴承转子停转。
本发明又一方面提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现前述任一所述方法的步骤。
本发明再一方面提供了一种磁悬浮轴承系统，包括处理器、存储器以及存储在存储器上可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现前述任一所述方法的步骤。
本发明再一方面提供了一种磁悬浮轴承系统的控制，包括前述任一所述的磁悬浮轴承系统的控制装置。
根据本发明的技术方案，当检测到电流反馈出现故障时，调用记忆的平均占空比作用于功率放大器，进行电流保护，能够实时保护磁轴承线圈，防止大电流烧毁线圈，延长线圈使用寿命，提高了磁悬浮轴承系统的可靠性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明提供的磁悬浮轴承系统的控制方法的一实施例的方法示意图；
图2是检测所述磁悬浮轴承系统电流环的轴承线圈电流反馈是否出现故障的步骤的一具体实施方式的流程示意图；
图3是检测所述磁悬浮轴承系统电流环的轴承线圈反馈是否出现故障的检测方式示意图；
图4是根据本发明的磁悬浮轴承系统示意图；
图5是根据本发明的磁悬浮轴承系统电流故障时的系统示意图；
图6是本发明提供的磁悬浮轴承系统的控制方法的一具体实施例的方法示意图；
图7是本发明提供的磁悬浮轴承系统的控制装置的一实施例的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
图1是本发明提供的磁悬浮轴承系统的控制方法的一实施例的方法示意图。
如图1所示，根据本发明的一个实施例，所述控制方法至少包括步骤S110、步骤S120和步骤S130。
步骤S110，检测所述磁悬浮轴承系统电流环的轴承线圈电流反馈是否出现故障。
图2是检测所述磁悬浮轴承系统电流环的轴承线圈电流反馈是否出现故障的步骤的一具体实施方式的流程示意图。如图2所示，在一种具体实施方式中，步骤S110包括步骤S111和步骤S112。
步骤S111，检测所述磁悬浮轴承系统电流环的反馈电压是否超过设定电压。
步骤S112，若检测到所述反馈电压超过设定电压，则确定轴承线圈电流反馈出现故障。
具体地，实时检测磁悬浮轴承系统轴承线圈的反馈电压Vcurrent，并与设定电压Vref进行比较，当检测到Vcurrent＞Vref时，判断轴承线圈反馈出现故障。可选地，所述设定电压Vref依据硬件电路参数设置，例如设定电压为0—3V。
例如，参考图3所示，图3是检测所述磁悬浮轴承系统电流环的轴承线圈反馈是否出现故障的检测方式示意图。如图3所示，检测所述磁悬浮轴承系统电流环的轴承线圈反馈是否出现故障的步骤可通过一检测模块实施，即图3所示的硬件检测模块，硬件检测模块加入电流环反馈回路，实时对电流环反馈电压与模块内部的比较电压(即设定电压)进行比较，判断是否过压。硬件检测模块实时检测轴承线圈反馈电压Vcurrent，并与设定电压Vref进行比较，当检测到Vcurrent＞Vref时，确定电流环轴承线圈电流反馈出现故障，硬件检测模块发出保护命令给电流调节器。
步骤S120，当检测所述轴承线圈电流反馈出现故障时，获取电流环的平均占空比。
在一种具体实施方式中，在磁悬浮轴承稳定悬浮的情况下，每隔预设时间记录一个电流占空比；每记录n个电流占空比进行一次平均值计算，得到所述n个电流占空比的平均占空比。当判断轴承线圈反馈出现故障时，获取出现故障之前计算的n个电流占空比的平均占空比。可选地，所述预设时间t的取值范围为0＜t≤0.1s。
例如，当判断轴已经悬浮稳定时，每隔时间t(0＜t≤0.1)记录一个稳定的电流占空比Dn，记录下n个电流环占空比Dn，并且实时计算出已经记忆的占空比的平均占空比
Figure BDA0002694314390000061
Davg随着占空比的值与已记忆占空比个数更新。Dn是实时更新的，通过占空比记忆模块记忆占空比，存满设定的n个占空比，保留最后一个记忆的占空比Dn，并且将其记为D1，同时清空前n-1个占空比，重新开始新的占空比记忆且下一轮记忆的第一个占空比记为D2，如此重复更新占空比记忆模块。当每次轴承控制器重新上电，都将占空比记忆模块内的Dn与Davg清空方便重新记忆。
步骤S130，将获取的所述平均占空比作用于轴承控制器的功率放大器。
也就是说，当检测到电流环电流反馈出现故障时，将磁悬浮轴承系统电流环开环，取用记忆的平均占空比Davg直接作用于功率放大器，达到电流保护的作用。即，控制电流调节器调用当前的平均占空比，作用于轴承控制器的功率放大器。
可选地，将获取的所述平均占空比作用于轴承控制器的功率放大器后，控制作用于所述功率放大器的占空比以预设变化量变化，以将磁悬浮轴承落下。
具体而言，在将获取的所述平均占空比Davg作用于轴承控制器的功率放大器后，检测电机转速是否为零；若检测到电机转速不为零，则发出故障提示，并控制变频器停机，以使得磁悬浮轴承转子停转。并控制作用于所述功率放大器的占空比以预设变化量ΔD变化，以将磁悬浮轴承落下。若检测到电机转速为零，控制作用于所述功率放大器的占空比以预设变化量ΔD变化，以将磁悬浮轴承落下。预设变化量ΔD的取值范围例如为0＜ΔD≤0.02。
例如，若检测到电机转速不为零，则控制所述功率放大器按照Davg-ΔD(0＜ΔD≤0.02)的电流占空比变化，将磁悬浮轴承落下；若检测到电机转速为零，则控制所述功率放大器按照Davg-ΔD(0＜ΔD≤0.02)的电流占空比变化，将磁悬浮轴承落下。
图4是根据本发明的磁悬浮轴承系统示意图。如图4所示，在一种具体实施方式中，在磁悬浮轴承系统中加入了占空比记忆模块记忆占空比并计算平均占空比，硬件检测模块检测电流反馈是否出现故障，电流反馈未出现故障时，不影响轴承控制器的正常工作。图5是根据本发明的磁悬浮轴承系统电流故障时的系统示意图。如图5所示，当硬件检测模块检测到电流环电流反馈出现故障时，将磁悬浮轴承系统电流环开环(在电流传感器异常情况下，不进行闭环控制)，电流调节器取用占空比记忆模块内的平均占空比Davg直接作用于功率放大器，达到电流保护的作用。
为清楚说明本发明技术方案，下面再以一个具体实施例对本发明提供的磁悬浮轴承系统的控制的执行流程进行描述。
图6是本发明提供的磁悬浮轴承系统的控制方法的一具体实施例的方法示意图。如图6所示实施例中包括步骤S201～步骤S206。
步骤S201，判断轴是否已经稳定悬浮，若是，则执行步骤S202，若否，则返回。
步骤S202，每隔时间t记录一个稳定的电流占空比Dn，计算出已经记录的占空比的平均占空比Davg。
步骤S203，当检测到电流环反馈电压过压时，调用当前的平均占空比Davg，作用于轴承控制器的功率放大器。
步骤S204，判断当前电机转速是否为零，若否，则执行步骤S205，若是，则执行步骤S206。
步骤S205，若转速不等于零，则与主控通信，发送停机命令，变频器停机，轴承转子停转，并接下来执行步骤S206。
步骤S206，当检测到转速为零时，则轴承控制器的功率放大器按照Davg-ΔD的电流占空比变化形式缓缓将轴落下。
图6是本发明提供的磁悬浮轴承系统的控制装置的一实施例的结构框图。如图6所示，所述控制装置100包括检测单元110、获取单元120和控制单元130。
检测单元110用于检测所述磁悬浮轴承系统电流环的轴承线圈电流反馈是否出现故障。
具体地，检测单元110实时检测磁悬浮轴承系统轴承线圈的反馈电压Vcurrent，并与设定电压Vref进行比较，当检测到Vcurrent＞Vref时，判断轴承线圈反馈出现故障。
例如，参考图3所示，图3是检测所述磁悬浮轴承系统电流环的轴承线圈反馈是否出现故障的检测方式示意图。如图3所示，检测所述磁悬浮轴承系统电流环的轴承线圈反馈是否出现故障的步骤可通过一检测模块实施，即图3所示的硬件检测模块，硬件检测模块加入电流环反馈回路，实时对电流环反馈电压与模块内部的比较电压(即设定电压)进行比较，判断是否过压。硬件检测模块实时检测轴承线圈反馈电压Vcurrent，并与设定电压Vref进行比较，当检测到Vcurrent＞Vref时，确定电流环轴承线圈电流反馈出现故障，硬件检测模块发出保护命令给电流调节器。
获取单元120用于当所述检测单元检测所述轴承线圈电流反馈出现故障时，获取电流环的平均占空比。
在一种具体实施方式中，在磁悬浮轴承稳定悬浮的情况下，每隔预设时间记录一个电流占空比；每记录n个电流占空比进行一次平均值计算，得到所述n个电流占空比的平均占空比。当检测到轴承线圈反馈出现故障时，获取出现故障之前计算的n个电流占空比的平均占空比。可选地，所述预设时间t的取值范围为0＜t≤0.1s。
例如，当判断轴已经悬浮稳定时，每隔时间t(0＜t≤0.1)记录一个稳定的电流占空比Dn，记录下n个电流环占空比Dn，并且实时计算出已经记忆的占空比的平均占空比
Figure BDA0002694314390000091
Davg随着占空比的值与已记忆占空比个数更新。Dn是实时更新的，通过占空比记忆模块记忆占空比，存满设定的n个占空比，保留最后一个记忆的占空比Dn，并且将其记为D1，同时清空前n-1个占空比，重新开始新的占空比记忆且下一轮记忆的第一个占空比记为D2，如此重复更新占空比记忆模块。当每次轴承控制器重新上电，都将占空比记忆模块内的Dn与Davg清空方便重新记忆。
控制单元130用于将所述获取单元获取的所述平均占空比作用于轴承控制器的功率放大器。
也就是说，当检测单元110检测到电流环电流反馈出现故障时，将磁悬浮轴承系统电流环开环，控制单元130取用获取单元110获取的平均占空比Davg直接作用于功率放大器，达到电流保护的作用。即，控制电流调节器调用当前的平均占空比，作用于轴承控制器的功率放大器。
可选地，控制单元130将获取单元110获取的所述平均占空比作用于轴承控制器的功率放大器后，控制作用于所述功率放大器的占空比以预设变化量变化，以将磁悬浮轴承落下。
具体而言，在将获取单元110获取的所述平均占空比Davg作用于轴承控制器的功率放大器后，检测电机转速是否为零；若检测到电机转速不为零，则发出故障提示，并控制变频器停机，以使得磁悬浮轴承转子停转。并控制作用于所述功率放大器的占空比以预设变化量ΔD变化，以将磁悬浮轴承落下。若检测到电机转速为零，控制作用于所述功率放大器的占空比以预设变化量ΔD变化，以将磁悬浮轴承落下。预设变化量ΔD的取值范围例如为0＜ΔD≤0.02。
例如，若检测到电机转速不为零，则控制所述功率放大器按照Davg-ΔD(0＜ΔD≤0.02)的电流占空比变化，将磁悬浮轴承落下；若检测到电机转速为零，则控制所述功率放大器按照Davg-ΔD(0＜ΔD≤0.02)的电流占空比变化，将磁悬浮轴承落下。
图3是根据本发明的磁悬浮轴承系统示意图。如图3所示，在一种具体实施方式中，在磁悬浮轴承系统中加入了占空比记忆模块记忆占空比并计算平均占空比，硬件检测模块检测电流反馈是否出现故障，电流反馈未出现故障时，不影响轴承控制器的正常工作。图4是根据本发明的磁悬浮轴承系统电流故障时的系统示意图。如图4所示，当硬件检测模块检测到电流环电流反馈出现故障时，将磁悬浮轴承系统电流环开环(在电流传感器异常情况下，不进行闭环控制)，电流调节器取用占空比记忆模块内的平均占空比Davg直接作用于功率放大器，达到电流保护的作用。
本发明还提供对应于所述磁悬浮轴承系统的控制方法的一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现前述任一所述方法的步骤。
本发明还提供对应于所述磁悬浮轴承系统的控制方法的一种磁悬浮轴承系统，包括处理器、存储器以及存储在存储器上可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现前述任一所述方法的步骤。
本发明还提供对应于所述磁悬浮轴承系统的控制装置的一种磁悬浮轴承系统，包括前述任一所述的磁悬浮轴承系统的控制装置。
据此，本发明提供的方案，当检测到电流反馈出现故障时，调用记忆的平均占空比作用于功率放大器，进行电流保护，能够实时保护磁轴承线圈，防止大电流烧毁线圈，延长线圈使用寿命，提高了磁悬浮轴承系统的可靠性。
本文中所描述的功能可在硬件、由处理器执行的软件、固件或其任何组合中实施。如果在由处理器执行的软件中实施，那么可将功能作为一或多个指令或代码存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体予以传输。其它实例及实施方案在本发明及所附权利要求书的范围及精神内。举例来说，归因于软件的性质，上文所描述的功能可使用由处理器、硬件、固件、硬连线或这些中的任何者的组合执行的软件实施。此外，各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为控制装置的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (12)

1.一种磁悬浮轴承系统的控制方法，其特征在于，包括：
检测所述磁悬浮轴承系统电流环的轴承线圈电流反馈是否出现故障；
当检测所述轴承线圈电流反馈出现故障时，获取电流环的平均占空比；
将获取的所述平均占空比作用于轴承控制器的功率放大器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，检测所述磁悬浮轴承系统电流环的轴承线圈反馈是否出现故障，包括：
检测所述磁悬浮轴承系统电流环的反馈电压是否超过设定电压；
若检测到所述反馈电压超过设定电压，则确定轴承线圈电流反馈出现故障。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取电流环的平均占空比，包括：
在磁悬浮轴承稳定悬浮的情况下，每隔预设时间记录一个电流占空比；
每记录n个电流占空比进行一次平均值计算，得到所述n个电流占空比的平均占空比。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
将获取的所述平均占空比作用于轴承控制器的功率放大器后，控制作用于所述功率放大器的占空比以预设变化量变化，以将磁悬浮轴承落下。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
将获取的所述平均占空比作用于轴承控制器的功率放大器后，检测电机转速是否为零；
若检测到电机转速不为零，则发出故障提示，并控制变频器停机，以使得磁悬浮轴承转子停转。
6.一种磁悬浮轴承系统的控制装置，其特征在于，包括：
检测单元，用于检测所述磁悬浮轴承系统电流环的轴承线圈电流反馈是否出现故障；
获取单元，用于当所述检测单元检测所述轴承线圈电流反馈出现故障时，获取电流环的平均占空比；
控制单元，用于将所述获取单元获取的所述平均占空比作用于轴承控制器的功率放大器。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述检测单元，检测所述磁悬浮轴承系统电流环的轴承线圈反馈是否出现故障，包括：
检测所述磁悬浮轴承系统电流环的反馈电压是否超过设定电压；
若检测到所述反馈电压超过设定电压，则确定轴承线圈电流反馈出现故障。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述获取单元，获取电流环的平均占空比，包括：
在磁悬浮轴承稳定悬浮的情况下，每隔预设时间记录一个电流占空比；
每记录n个电流占空比进行一次平均值计算，得到所述n个电流占空比的平均占空比。
9.根据权利要求6-8任一项所述的装置，其特征在于，所述控制单元，还用于：
将获取的所述平均占空比作用于轴承控制器的功率放大器后，控制作用于所述功率放大器的占空比以预设变化量变化，以将磁悬浮轴承落下。
10.根据权利要求6-9任一项所述的装置，其特征在于，所述控制单元，还用于：
将获取的所述平均占空比作用于轴承控制器的功率放大器后，检测电机转速是否为零；
若检测到电机转速不为零，则发出故障提示，并控制变频器停机，以使得磁悬浮轴承转子停转。
11.一种存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现权利要求1-5任一所述方法的步骤。
12.一种磁悬浮轴承系统，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在存储器上可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-5任一所述方法的步骤，或者包括如权利要求6-10任一所述的磁悬浮轴承系统的控制装置。
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