CN112240346B - 磁悬浮轴承控制系统及磁悬浮轴承 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磁悬浮轴承控制系统及磁悬浮轴承，涉及磁悬浮的技术领域，包括：处理器、同步信号发生模块、位移信号转换电路、后处理电路、A/D转换模块、脉宽调制模块、分频电路、同步模块和功率放大器，在上述各个元器件的共同作用下，通过同步模块发送的同步信号使A/D转换模块和所述功率放大器实现同步，有效避开功率放大器中的器件开关引起的冲击电流和冲击电压干扰，进而可以增大系统响应带宽，提高响应速度，有效地解决了信噪比和动态响应性能的矛盾。

Description

磁悬浮轴承控制系统及磁悬浮轴承

技术领域

本发明涉及磁悬浮技术领域，尤其是涉及一种磁悬浮轴承控制系统及磁悬浮轴承。

背景技术

现有的磁悬浮轴承为了使结构紧凑，以及为了位移信号和磁悬浮轴承作用力位置尽量接近，位移传感器通常安装在离电磁铁线圈较近的位置，电磁铁线圈中由功率器件开关引起的冲击电流极易干扰到传感器信号。为了降低电磁干扰，保证较高的信噪比，通常需要对传感器信号进行低通滤波，为了获得较小的噪声，低通滤波器需要采用较高阶数、较低截止频率，这种方式引入了较大的延迟，降低了磁悬浮轴承的动态性能；反之，为了获得较好的动态性能，必须采用较低阶数、较高截止频率的低通滤波器，就会使信噪比下降，噪声增大。

综上，现有技术存在降低电磁干扰与提高磁悬浮轴承的动态性能两者无法同时兼顾的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁悬浮轴承控制系统及磁悬浮轴承，以缓解现有技术中存在的降低电磁干扰与提高磁悬浮轴承的动态性能两者无法同时兼顾的技术问题。

第一方面，本发明提供的一种磁悬浮轴承控制系统，其中，包括：处理器、同步信号发生模块、位移信号转换电路、后处理电路、A/D转换模块、脉宽调制模块、分频电路、同步模块和功率放大器；所述处理器、所述同步信号发生模块、所述位移信号转换电路、所述后处理电路和所述A/D转换模块闭环连接；所述同步信号发生模块、所述分频电路、所述脉宽调制模块和所述功率放大器顺序相连；所述处理器还与所述脉宽调制模块相连接；所述脉宽调制模块、所述同步模块、所述A/D转换模块顺序连接；所述同步模块还分别与所述同步信号发生模块和所述分频电路相连接；所述同步信号发生模块，用于产生基准信号，并将所述基准信号发送至所述位移信号转换电路和所述分频电路；所述位移信号转换电路，用于将所述基准信号转换成含有位移信息的交流信号，并将所述含有位移信息的交流信号发送给所述后处理电路；所述后处理电路，用于对所述含有位移信息的交流信号进行后处理得到标准位移信号，并将所述标准位移信号发送至A/D转换模块；所述分频电路，用于对所述基准信号进行分频产生分频信号，并将所述分频信号发送至脉宽调制模块和同步模块；所述脉宽调制模块，用于向所述同步模块输出PWM信号；所述同步模块，基于所述PWM信号确定延时时间，并基于所述延时时间发送同步信号；所述A/D转换模块，用于在所述同步信号的作用下与所述功率放大器同步，并将所述标准位移信号转化为标准位移数字信号发送至处理器，以使所述处理器对所述标准位移数字信号进行数据处理。

进一步的，所述位移信号转换电路包括互相连接的第一放大电路和传感器，所述第一放大电路还与所述同步信号发生模块相连；所述第一放大电路，用于将所述基准信号放大成激励信号；所述传感器，在所述激励信号的驱动下产生所述含有位移信息的交流信号。

进一步的，所述传感器包括第一传感器探头和第二传感器探头；所述第一传感器探头和所述第二传感器探头设置在电磁力悬浮转子的上下两侧。

进一步的，所述后处理电路包括依次连接的整流电路、滤波电路和第二放大电路；所述第一传感器探头和所述第二传感器探头的连接中点与所述整流电路连接；所述第二放大电路与A/D转换模块相连；所述整流电路，用于在控制信号的作用下将所述含有位移信息的交流信号转换成含有位移信息的半波信号；所述滤波电路，用于基于含有位移信息的半波信号进行滤波，得到滤波后的位移信号；所述第二放大电路，用于对滤波后的位移信号进行调节，得到标准位移信号。

进一步的，所述系统还包括设置在所述同步信号发生模块与所述整流电路之间的延时调整电路；所述延时调整电路，用于对所述基准信号进行调整，并将调整后的信号确定为所述控制信号。

进一步的，所述延时调整电路包括：互相连接的可调电阻、电容器和缓冲器。

进一步的，系统还包括设置在所述脉宽调制模块和所述功率放大器之间的反相器；所述反相器，用于基于所述PWM信号驱动所述功率放大器中的器件开关。

进一步的，所述传感器为电感式位移传感器、电涡流式位移传感器或电容式位移传感器。

进一步的，所述滤波电路为一阶低通滤波器或二阶低通滤波器。

第二方面，本发明提供的一种磁悬浮轴承，其中，包括：第一方面所述的磁悬浮轴承控制系统、第一铁芯、绕在所述第一铁芯上的第一磁悬浮轴承作动器线圈、第二铁芯，绕在所述第二铁芯上的第二磁悬浮轴承作动器线圈，以及电磁力悬浮转子；其中，所述第一磁悬浮轴承作动器线圈和所述第二磁悬浮轴承作动器线圈相对设置在所述电磁力悬浮转子的上下两侧，所述第一磁悬浮轴承作动器线圈和所述第二磁悬浮轴承作动器线圈均与所述磁悬浮轴承控制系统相连。

本发明提供的磁悬浮轴承控制系统及磁悬浮轴承，通过同步模块向A/D转换模块发送的同步信号，可以有效避开功率放大器中的器件开关引起的冲击电流和冲击电压干扰，保证器件开关引起的电流和电压波动的瞬态过程结束，进而保证在进行A/D转换的过程中避开冲击电流和冲击电压的干扰, 进而可以增大系统响应带宽，提高响应速度，有效地解决了信噪比和动态响应性能的矛盾。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种磁悬浮轴承控制系统的结构示意图；

图2为电感式位移传感器以及电涡流式位移传感器的接线示意图；

图3为电容式位移传感器的接线示意图；

图4为一种延时调整电路的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种磁悬浮轴承的结构示意图。

图标：

1-处理器；2-同步信号发生模块；3-分频电路；4-脉宽调制模块；5-反相器；6-同步模块；7-整流电路；8-滤波电路；9-第二放大电路；10-A/D转换模块；11-第一放大电路；12-延时调整电路；13-第一传感器探头；14-第二传感器探头；15-第一磁悬浮轴承作动器线圈；16-第二磁悬浮轴承作动器线圈；17-电磁力悬浮转子；18-功率放大器；19-第一传感器线圈；20-第二传感器线圈；21-第一端；22-第二端；23-中点；24-第一电容探头；25-第二电容探头；26-第一电阻；27-第二电阻；28-第一连接点；29-第二连接点；30-第三连接点；31-可调电阻；32-电容器；33-缓冲器；100-磁悬浮轴承控制系统。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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。

磁悬浮轴承是利用磁力使转子悬浮于定子中心，从而获得无接触支承的一种电磁装置。现有的磁悬浮轴承由位移传感器、作动器、控制系统和辅助轴承等部分组成。位移传感器用于采集转子位移信号，磁悬浮轴承本质上是一种位移控制装置，因而位移采集的灵敏度和精度关系到整个装置的悬浮精度。控制系统用于实现位移控制和抵抗外界扰动，随着计算机技术的飞速发展，数字控制已经成为主流。磁悬浮轴承控制系统包含了位移信号转换电路，主运算单元，功率放大电路等，位移信号转换电路包含了信号放大、滤波等电路，主运算单元进行算法运算，功率放大电路以采用开关式的功率放大为主。

现有技术存在降低电磁干扰与提高磁悬浮轴承的动态性能两者无法同时兼顾的技术问题。基于此，本发明的目的在于提供一种磁悬浮轴承控制系统及磁悬浮轴承，可以有效地解决信噪比和动态响应性能的矛盾。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种磁悬浮轴承控制系统进行详细描述。

实施例1：

图1为本发明实施例提供的一种磁悬浮轴承控制系统的结构示意图，包括：处理器1、同步信号发生模块2、位移信号转换电路（由图1中第一放大电路11、第一传感器探头13和第二传感器探头14构成）、后处理电路（由整流电路7、滤波电路8和第二放大电路9构成）、A/D转换模块10、脉宽调制模块4、分频电路3、同步模块6和功率放大器18。上述处理器1是数字信号处理器1的简称，且后处理电路是传感器信号后处理电路的简称，功率放大器18还可以称为功率器件。

上述各个元器件之间的连接关系如下：处理器1、同步信号发生模块2、位移信号转换电路、后处理电路和A/D转换模块10闭环连接；同步信号发生模块2、分频电路3、脉宽调制模块4和功率放大器18顺序相连；处理器1还与脉宽调制模块4相连接；脉宽调制模块4、同步模块6、A/D转换模块10顺序连接；同步模块6还分别与同步信号发生模块2、分频电路3相连接。

上述各个元器件之间的功能如下：同步信号发生模块2，用于产生基准信号，并将基准信号发送至位移信号转换电路和分频电路3；位移信号转换电路，用于将基准信号转换成含有位移信息的交流信号，并将所述含有位移信息的交流信号发送给后处理电路；后处理电路，用于对含有位移信息的交流信号进行后处理得到标准位移信号，并将标准位移信号发送至A/D转换模块10；分频电路3，用于对基准信号进行分频产生分频信号，并将分频信号发送至脉宽调制模块4和同步模块6；脉宽调制模块4，用于向同步模块6输出PWM信号；同步模块6，基于PWM信号确定延时时间，并基于延时时间发送同步信号；A/D转换模块10，用于在同步信号的作用下与功率放大器18同步，并将标准位移信号转化为标准位移数字信号发送至处理器1，以使处理器1对标准位移数字信号进行数据处理。基准信号的类型可以是正弦波，也可以是方波，在此不作限定。含有位移信息的交流信号表示基准信号经第一放大电路11放大以后，驱动第一传感器探头13、第二传感器探头14后形成的包含了电磁力悬浮转子17（或称为当前转子）位移信息的传感器调制信号。

本发明实施例提供的磁悬浮轴承控制系统包含同步模块6，通过同步模块6向A/D转换模块10发送的同步信号可以有效避开功率放大器18中的器件开关引起的冲击电流和冲击电压干扰，保证器件开关引起的电流和电压波动的瞬态过程结束，进而保证在进行A/D转换的过程中避开冲击电流和冲击电压的干扰, 进而可以增大系统响应带宽，提高响应速度，有效地解决了信噪比和动态响应性能的矛盾。

在一个可选的实施例中，如图1所示，位移信号转换电路包括互相连接的第一放大电路11和传感器，第一放大电路11还与同步信号发生模块2相连；第一放大电路11，用于将基准信号放大成激励信号；传感器，在激励信号的驱动下产生含有位移信息的交流信号。进一步的，传感器包括第一传感器探头13和第二传感器探头14；第一传感器探头13和第二传感器探头14设置在电磁力悬浮转子17的上下两侧。需要注意的是，传感器的目的在于产生包含位移信息的交流信号。本实施例中的上下两侧是指相对位置关系，并非特定，也就是说，虽然是在电磁力悬浮转子17的上下两侧，但实际系统中实际上不一定是上下两侧，也可以是左右两侧，前后两侧等，只要是相对180度安装在转子两侧即可，因此本实施例对此不做具体限定。

可选地，传感器可以指电感式位移传感器、电涡流式位移传感器，或电容式位移传感器。电感式位移传感器以及电涡流式位移传感器结构有相同之处，均包括图2中的第一传感器线圈19、第二传感器线圈20、第一端21、第二端22、位于第一端21与第二端22中间的中点23。其中，上述第一传感器探头13可以指第一端21，第二传感器探头14可以指第二端22。第一传感器线圈19和第二传感器线圈20串联后的两端（即第一端21和第二端22）接收激励信号（或称为交流激励信号），中点23连接传感器信号后处理电路。但是电感式位移传感器以及电涡流式位移传感器在结构上也有不同，不同之处在于：电感式位移传感器的线圈需要有铁芯，对应转子上的被检测面需要是导磁材料；而电涡流式位移传感器无需铁芯，被检测面需要的是导电材料。

电容式位移传感器包括图3中的第一电容探头24、第二电容探头25、第一电阻26、第二电阻27、第一连接点28、第二连接点29、第三连接点30。第一连接点28为第一电容探头24与第一电阻26的连接点，第二连接点29为第二电容探头25与第二电阻27的连接点。第三连接点30为第一电阻26与第二电阻27的连接点。在本实施例中，上述第一传感器探头13可以指第一电容探头24，第二传感器探头14可以指第二电容探头25。如图3所示，第一电容探头24、第二电容探头25分别与第一电阻26、第二电阻27相连，第一连接点28和第二连接点29接收交流激励信号，第三连接点30可以作为中心点连接传感器信号后处理电路。

本发明实施例的核心内容是通过一个同步模块6以及相应的同步方法，保证功率器件在传感器采样时刻不处于开关状态，有效解决了信号采样受干扰的问题。

在一个可选的实施例中，如图1所示，后处理电路包括依次连接的整流电路7、滤波电路8和第二放大电路9；第一传感器探头13和第二传感器探头14的连接中点23与整流电路7连接；第二放大电路9与A/D转换模块10相连；整流电路7，用于在控制信号的作用下将含有位移信息的交流信号转换成含有位移信息的半波位移信号；滤波电路8，用于基于含有位移信息的半波信号进行滤波，得到滤波后的位移信号；第二放大电路9，用于对滤波后的位移信号进行调节，得到标准位移信号。上述整流电路7可以称为同步整流模块或受控整流电路。上述含有位移信息的半波信号可以指未滤波的传感器模拟电压信号。

上述滤波电路8为一阶低通滤波器或二阶低通滤波器。由于该磁悬浮轴承控制系统无需滤除线圈中开关电流/电压引起的噪声，滤波电路8可以采用1阶或2阶等较低阶数的低通滤波器，滤波带宽可以设置较高，只需小于采样频率一半即可。

在一个可选的实施例中，如图1所示，该磁悬浮轴承控制系统还包括设置在同步信号发生模块2与整流电路7之间的延时调整电路12；延时调整电路12，用于对基准信号进行调整，并将调整后的信号确定为控制信号。延时调整电路12可以称为相位调整模块。

在一个可选的实施例中，如图4所示，延时调整电路12包括：互相连接的可调电阻31、电容器32和缓冲器33。通过可调电阻31的阻值即可设置延迟时间，电容器32接地，缓冲器33用于输出调整后的信号。需要注意的是，上述给出的延时调整电路12的结构是示例性的，还可以是其他结构，即本发明实施例对延时调整电路12的结构不作具体限定。

在一个可选的实施例中，如图1所示，该磁悬浮轴承控制系统还包括设置在脉宽调制模块4和功率放大器18之间的反相器5；反相器5，用于基于PWM信号驱动功率放大器18中的器件开关。器件开关为MOSFIT或IGBT。

结合上述给出的磁悬浮轴承控制系统各个元器件之间的连接关系与功能，可以设计一种磁悬浮轴承控制方法，应用于磁悬浮轴承控制系统，实现以下步骤：

步骤1：同步信号发生模块2产生正弦波或方波类型的基准信号，该基准信号经第一放大电路11放大成有驱动能力的激励信号，进而激励第一传感器探头13和第二传感器探头14产生含有位移信息的交流信号，这两个传感器探头的连接中点23连接传感器信号后处理电路。

步骤2：对含有位移信息的交流信号进行后处理，传感器信号后处理电路包括整流电路7、滤波电路8、第二放大电路9，整流电路7的作用是将含有位移信息的交流位移信号转换成含有位移信息的半波位移信号，且信号幅度与转子位移近似呈线性关系；整流电路7的控制信号来源于同步信号发生模块2产生的基准信号经延时调整电路12得到调整后的信号，延时调整的方法为，先确定激励信号经过第一传感器探头13、第二传感器探头14之后产生的信号传输延迟时间T1，通过调整延时调整电路12中的可调电阻31使延迟时间等于上述T1，进而使延时调整电路12的输出为整齐的半波，即调整后的信号是整齐的半波。

滤波电路8的作用主要是为了滤除与载波信号同频的高频信号以及消除电路中可能存在的高频噪声，防止A/D转换模块10工作时出现A/D采样混叠的现象；第二放大电路9的作用是将与转子位移呈线性关系的电压信号（即上述滤波后的位移信号）调整到适应A/D转换模块10输入电压范围的信号（即上述标准位移信号），充分利用A/D采样的模拟电压范围。

步骤3：利用分频电路3对同步信号发生模块2产生的频率进行N分频，N可以取大于等于1的整数，同步模块6根据脉宽调制模块4输出的PWM占空比的不同，可以在不同情况下输出同步信号触发A/D转换模块10进行AD转换，例如：当脉宽调制模块4输出的PWM占空比为0或100%时，同步模块6在分频电路3输出的分频信号的上升沿或下降沿输出触发信号（即上述同步信号），当脉宽调制模块4输出的PWM占空比接近0时，同步模块6在PWM信号的下降沿延时T2后输出触发信号，接近0的判断依据是PWM信号的高电平时间小于或等于T2，当脉宽调制模块4输出的PWM占空比接近100%时，同步模块6在PWM信号的上升沿延时T3后输出触发信号，接近100%的判断依据是PWM信号的低电平时间小于或等于T3，T2的确定方法为通过实验测定功率放大器18内部的MOSFIT或IGBT的关断过渡时间，进而将T2设置成大于关断过渡时间的值，T3的确定方法为通过实验测定功率放大器18内部的MOSFIT或IGBT的开通过渡时间，进而将T3设置成大于关断过渡时间的值。当PWM占空比既不接近0也不接近100%时，则触发信号可以在PWM信号的上升沿延时T3后输出或在PWM信号的下降沿延时T2后输出。

同步模块6调整的目标是延迟略大于功率放大器18的开关时间，以避免功率器件的开关干扰。同步模块6除了可以进行延迟时间调整之后，还可以根据PWM的不同情况进行区分性的处理。因此通过同步模块6的上述操作，可以有效避开功率放大器18中的器件开关引起的冲击电流和冲击电压干扰，保证功率放大器18中的器件开关引起的电流和电压波动的瞬态过程结束，进而保证在进行AD转换的过程中避开冲击电流和冲击电压的干扰。

同步模块6输出的触发信号触发A/D转换模块10对标准位移信号进行A/D转换，转换完成后通过中断的方式通知处理器1进行数据读取并开始算法运算，处理器1所采用的控制算法可以用PID算法，也可以用其它现代控制算法。

步骤4：处理器1将运算结果（即控制电流的数值，其范围是0到最大电流）输出到用于生成PWM信号的脉宽调制模块4，经过反相器5反相生成互补的一对PWM信号，驱动功率放大器18中的MOSFIT或IGBT器件开关，产生控制电流进入一对差动的磁悬浮轴承作动器线圈，进而产生电磁力作用于电磁力悬浮转子17实现悬浮控制。

本发明实施例提供了一种磁悬浮轴承控制系统，该系统在A/D转换模块10进行A/D转换后，处理器1采集到当前转子的位移信号（即上述标准位移数字信号），进行控制算法计算，得到控制电流的数值，同步信号发生模块2产生同步的正弦波或方波类型的基准信号，分频电路3对基准信号进行分频，延时调整电路12对基准信号进行相位调整，一个或多个整流电路7可以实现传感器调制信号的整流，一个脉宽调制模块4生成PWM信号。

生成该信号的具体过程为：脉宽调制模块4基于处理器1输出的控制电流的百分比生成相应占空比的PWM信号，展开叙述的话，这个控制有两个闭环，内环是电流环，实现的功能是使第一磁悬浮轴承作动器线圈15、第二磁悬浮轴承作动器线圈16控制线圈的电流达到给定值，采集这两个线圈的电流信号，处理器1根据反馈规律输出0到100%的信号给脉宽调制模块4，脉宽调制模块4生成0-100%占空比的PWM信号；外环是位移环，实现的功能是使当前转子的位移达到给定值，采集的是位移传感器的信号，输出的结果是电流的百分比，输出结果给到内环。图1中并未表现内环的设计，未将上述两个线圈的电流信号引入A/D转换模块10。

一个带有转换触发的A/D转换模块10将经历了滤波和放大后的传感器的模拟电压信号转换成数字信号（即上述标准位移数字信号），一个同步模块6可以实现模数转换和功率器件开关的同步。通过上述这些模块的同步工作，可以实现传感器的激励信号、A/D转换模块10的触发信号、以及功率放大器18的开关信号的同步，减少干扰。

这些模块同步的前提是有一个基准信号，传感器的激励信号、功率放大器18的开关的同步、所有的模块均基于这个基准信号工作，信号采样和器件开关控制是在一个同步的周期（分频之后的周期）内完成的，同步模块6是在一个同步周期的前提下保证传感器的采样过程不受器件开关的干扰。本实施例最主要的是实现A/D转换模块10与脉宽调制模块4的同步，进而同步模块6发挥作用，是实现同步的关键模块。

第一放大电路11将基准信号放大成有驱动能力的激励信号，滤波电路8滤除高频干扰，第二放大电路9将信号放大到适合AD采集芯片模拟量输入范围的电压信号，反相器5用于产生反相的PWM信号、功率放大器18 将PWM信号转换成对应的电流信号，第一传感器探头13和第二传感器探头14检测当前转子的转子位移，第一磁悬浮轴承作动器线圈15、第二磁悬浮轴承作动器线圈16通电，产生电磁力以使电磁力悬浮转子17悬浮。

在一个可选的实施例中，同步信号发生模块2输出的基准信号可以由硬件电路产生，也可通过处理器1的定时器产生后经IO引脚输出。当由硬件电路产生时，则将该基准信号接入处理器1的外部中断引脚，以便进行程序同步。

本发明实施例的最大特点（即关键点）是传感器的激励信号、A/D转换模块10的触发信号、以及功率放大器18的开关信号三者共用一个信号源，可以通过内在的同步，保证信号采集时刻（即后处理电路的输出时刻）不受功率器件开关的干扰。进而可以增大系统响应带宽，提高响应速度，有效地解决了信噪比和动态响应性能的矛盾。

实施例2：

图5为本发明实施例提供的一种磁悬浮轴承的结构示意图。本实施例提供的磁悬浮轴承，包括：实施例1中所述的磁悬浮轴承控制系统100、第一铁芯（图5未给出），绕在第一铁芯上的第一磁悬浮轴承作动器线圈15、第二铁芯、绕在第二铁芯上的第二磁悬浮轴承作动器线圈16，以及电磁力悬浮转子17；第一磁悬浮轴承作动器线圈15和第二磁悬浮轴承作动器线圈16平行设置在电磁力悬浮转子17的上下两侧，第一磁悬浮轴承作动器线圈15和第二磁悬浮轴承作动器线圈16均与磁悬浮轴承控制系统100相连。第一铁芯和第二铁芯均可以采用硅钢片制成，本实施例对第一铁芯和第二铁芯的材质不作具体限定。

磁悬浮轴承控制系统100中的一个反相器5、整流电路7、滤波电路8、第二放大电路9、延时调整电路12、第一传感器探头13、第二传感器探头14、第一磁悬浮轴承作动器线圈15、第二磁悬浮轴承作动器线圈16、电磁力悬浮转子17和功率放大器18可以表示1个自由度的磁悬浮轴承，实际的磁悬浮轴承可能有多个自由度，多个自由度时这部分模块并列，常见的为5个自由度的磁悬浮轴承，则有5路同样的该组成部分，本发明实施例的重点在于同步方法，无论有多少个自由度，原理相同。

在磁悬浮轴承控制系统100中的反相器5驱动器件开关之后，功率放大器18产生控制电流，并将控制电流作用于第一磁悬浮轴承作动器线圈15和第二磁悬浮轴承作动器线圈16；第一磁悬浮轴承作动器线圈15和第二磁悬浮轴承作动器线圈16产生电磁力作用于电磁力悬浮转子17，以使电磁力悬浮转子17实现悬浮控制。

由于功率放大器18内部有开关器件（即器件开关）MOSFIT或IGBT，其在开关的过渡过程中会产生电压冲击、寄生振荡和振铃等现象，都会对周边电路产生干扰，当过渡过程结束后，干扰消失。本发明实施例的目的就是通过同步，保证每次进行信号采集时都是过渡过程已经结束的时刻。

本发明实施例可以省去低通滤波器或采用截止频率较高的低通滤波器，显著降低单向位移信号因滤波引起的相位滞后，提高磁悬浮轴承的动态响应能力，同时可以有效避免功率放大器18的开关引起的干扰，减小控制噪声，提高磁悬浮轴承的控制稳定性。由于磁悬浮轴承包括磁悬浮轴承控制系统100，且磁悬浮轴承控制系统100包括同步模块6，因此同步模块6带来的有益效果同样适用于磁悬浮轴承，因此该实施例可以得到如前述实施例相同的技术效果，在此不作赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的磁悬浮轴承的具体工作过程，可以参考前述实施例1中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本实施例的描述中，需要说明的是，术语“中”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实施例的限制。此外，术语“第一”和“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种磁悬浮轴承控制系统，其特征在于，包括：处理器、同步信号发生模块、位移信号转换电路、后处理电路、A/D转换模块、脉宽调制模块、分频电路、同步模块和功率放大器；

所述处理器、所述同步信号发生模块、所述位移信号转换电路、所述后处理电路和所述A/D转换模块闭环连接；所述同步信号发生模块、所述分频电路、所述脉宽调制模块和所述功率放大器顺序相连；所述处理器还与所述脉宽调制模块相连接；所述脉宽调制模块、所述同步模块、所述A/D转换模块顺序连接；所述同步模块还分别与所述同步信号发生模块和所述分频电路相连接；

所述同步信号发生模块，用于产生基准信号，并将所述基准信号发送至所述位移信号转换电路和所述分频电路；

所述位移信号转换电路，用于将所述基准信号转换成含有位移信息的交流信号，并将所述含有位移信息的交流信号发送给所述后处理电路；

所述后处理电路，用于对所述含有位移信息的交流信号进行后处理得到标准位移信号，并将所述标准位移信号发送至A/D转换模块；

所述分频电路，用于对所述基准信号进行分频产生分频信号，并将所述分频信号发送至脉宽调制模块和同步模块；

所述脉宽调制模块，用于向所述同步模块输出PWM信号；

所述同步模块，基于所述PWM信号确定延时时间，并基于所述延时时间发送同步信号；

所述A/D转换模块，用于在所述同步信号的作用下与所述功率放大器同步，并将所述标准位移信号转化为标准位移数字信号发送至处理器，以使所述处理器对所述标准位移数字信号进行数据处理。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述位移信号转换电路包括互相连接的第一放大电路和传感器，所述第一放大电路还与所述同步信号发生模块相连；

所述第一放大电路，用于将所述基准信号放大成激励信号；

所述传感器，在所述激励信号的驱动下产生所述含有位移信息的交流信号。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述传感器包括第一传感器探头和第二传感器探头；所述第一传感器探头和所述第二传感器探头分别设置在电磁力悬浮转子的上下两侧。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述后处理电路包括依次连接的整流电路、滤波电路和第二放大电路；所述第一传感器探头和所述第二传感器探头的连接中点与所述整流电路连接；所述第二放大电路与A/D转换模块相连；

所述整流电路，用于在控制信号的作用下将所述含有位移信息的交流信号转换成含有位移信息的半波信号；

所述滤波电路，用于基于含有位移信息的半波信号进行滤波，得到滤波后的位移信号；

所述第二放大电路，用于对滤波后的位移信号进行调节，得到标准位移信号。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括设置在所述同步信号发生模块与所述整流电路之间的延时调整电路；

所述延时调整电路，用于对所述基准信号进行调整，并将调整后的信号确定为所述控制信号。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述延时调整电路包括：互相连接的可调电阻、电容器和缓冲器。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括设置在所述脉宽调制模块和所述功率放大器之间的反相器；

所述反相器，用于基于所述PWM信号驱动所述功率放大器中的器件开关。

8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述传感器为电感式位移传感器、电涡流式位移传感器或电容式位移传感器。

9.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述滤波电路为一阶低通滤波器或二阶低通滤波器。

10.一种磁悬浮轴承，其特征在于，包括：如权利要求1-9任一项所述的磁悬浮轴承控制系统、第一铁芯、绕在所述第一铁芯上的第一磁悬浮轴承作动器线圈、第二铁芯，绕在所述第二铁芯上的第二磁悬浮轴承作动器线圈，以及电磁力悬浮转子；其中，所述第一磁悬浮轴承作动器线圈和所述第二磁悬浮轴承作动器线圈相对设置在所述电磁力悬浮转子的上下两侧，所述第一磁悬浮轴承作动器线圈和所述第二磁悬浮轴承作动器线圈均与所述磁悬浮轴承控制系统相连。

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