CN112332741A - 用于磁悬浮轴承控制的电机转速ttl信号生成方法、装置及系统 - Google Patents

用于磁悬浮轴承控制的电机转速ttl信号生成方法、装置及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于磁悬浮轴承控制的电机转速TTL信号生成方法、装置、系统、介质及设备，包括获取电机输出电压相位角；将相位角与预设K值进行对比，生成转速TTL信号；其中相位角大于预设K值时，TTL信号输出为1，否则TTL信号输出为0。本发明的用于磁悬浮轴承控制的电机转速TTL信号生成方法、装置、系统、介质及设备具有成本低、实时性好、精度高等优点。

Description

用于磁悬浮轴承控制的电机转速TTL信号生成方法、装置及 系统
技术领域
本发明主要涉及磁悬浮轴承技术领域，特指一种用于磁悬浮轴承控制的电机转速TTL信号生成方法、装置及系统。
背景技术
磁悬浮离心式制冷压缩机高效率、低噪音、高可靠，代表世界离心式压缩机最先进技术。采用磁悬浮轴承技术取代传统轴承后，无需润滑油，超低静音，减少了摩擦损耗。磁悬浮轴承控制基本上都需要电机转速TTL信号进行轴承控制补偿，其中电机转速TTL信号主要用于磁悬浮轴承控制中的转子质量不平衡控制，以抑制由转子质量不平衡导致的转子同频(与电机转速同频)震动，电机转速TTL信号中包含了同频震动频率的补偿信息，因此对转速TTL信号的精度有较高的要求(比如0.1％，不同转速范围精度要求不一样)，同时对实时性也有较高的要求，不能有太大的滞后，否则就不能正确的补偿轴承控制，甚至出现误补偿，不仅起不到补偿作用反而适得其反。
在获得电机转速TTL信号时，主要是通过轴承控制系统自带的装置检测转速。以斯凯孚(SKF)为例进行介绍，斯凯孚(SKF)是世界知名的轴承制造与解决方案工程性公司。在磁悬浮式轴承和高速电机技术方面，斯凯孚法国S2M工厂拥有成熟技术和应用配套经验，其机电一体化的磁悬浮轴承与电机一体机是国内多个空调行业主机厂以及其它相关行业的重要核心部件。其磁悬浮轴承与电机一体机集成电机、磁悬浮轴承控制器于一体。其中电机由变频器控制，对变频器型号、控制方式、厂家等没有要求，但其磁悬浮控制器需要外部提供一个电机转速的TTL信号(通过TTL脉冲数模拟电机转速信号，一般速度编码器输出信号也是TTL脉冲信号)，TTL转速信号与电机电流波形如图1所示。SKF是通过一个控制板采集电机电压、电流计算得到相应转速TTL信号，控制系统结构如图2所示：按SKF的配置需要增加SKF控制板、电流传感器等部件，增加的系统整体成本和系统整体复杂度。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种成本低、实时性好、精度高的用于磁悬浮轴承控制的电机转速TTL信号生成方法、装置、系统、介质及设备。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种用于磁悬浮轴承控制的电机转速TTL信号生成方法，包括步骤：
S01、获取电机输出电压相位角；
S02、将相位角与预设K值进行对比，生成转速TTL信号；其中相位角大于预设K值时，TTL信号输出为1，否则TTL信号输出为0。
作为上述技术方案的进一步改进：
在步骤S01中，所述相位角为变频器中电机实时控制算法中的过程量。
所述步骤S01的具体过程为：
S11、获取所述变频器输出的转速信号；
S12、通过转速信号得到电机输出电压相位角。
所述步骤S12的具体过程为：
S121、将转速信号转化为机械角频率速度；
S122、将机械角频率速度转化为电机定子电压电角速度；
S123、将电机定子电压电角速度积分得到电机输出电压相位角。
在步骤S11中，所述转速信号为模拟信号或者数字量信号。
通过与变频器控制单元相连的TTL信号子板获取转速信号，并得到电机输出电压相位角。
本发明还公开了一种用于磁悬浮轴承控制的电机转速TTL信号生成装置，包括
第一模块，用于获取电机输出电压相位角；
第二模块，用于将相位角与预设K值进行对比，生成转速TTL信号；其中相位角大于预设K值时，TTL信号输出为1，否则TTL信号输出为0。
本发明进一步公开了一种用于磁悬浮轴承控制的电机转速TTL信号生成系统，包括TTL信号子板，所述TTL信号子板与电机变频器控制单元相连，用于获取电机输出电压相位角，并根据相位角与预设K值进行对比，生成转速TTL信号；其中相位角大于预设K值，TTL信号输出为1，否则TTL信号输出为0。
本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上储存有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的用于磁悬浮轴承控制的电机转速TTL信号生成方法的步骤。
本发明进一步公开了一种移动介质设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的用于磁悬浮轴承控制的电机转速TTL信号生成方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明在变频器不增加任何部件和设备的基础上，通过变频器电机实时控制主板及其实时控制算法直接生成转速TTL信号，高实时性TTL信号通过电机实时控制主板的高频硬件通道直接将高频的TTL信号实时发送出去，以保证其实时性。
本发明采用变频器实时控制算法中的过程变量Theta，在控制电机的同时生成转速TTL信号，避免了通过变频器外部独立硬件采样和计算生成TTL信号的硬件成本和系统复杂度；
本发明采用变频器实时控制主板在变频器运行过程中实时生成TTL信号，不需要另外新增硬件，不需要增加复杂算法，不需要对外进行通讯，电机实时控制的时效性完全能满足高频转速TTL信号的计算要求，是一种高效、高精度、无成本的TTL生成方法。
本发明生成的TTL信号，在每一个电压周期(Theta在0-360度内)产生一个电平信号，其相位信息与电机电压相位完全吻合，不存在相位误差或偏移，精度高。
附图说明
图1为现有技术中电机电流与TTL信号曲线图。
图2为现有技术中磁悬浮轴承控制系统架构图。
图3为本发明实施例一的系统结构示意图。
图4为本发明实施例二的系统结构示意图。
图5为本发明的转速TTL信号生成图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
实施例一：
如图3所示，本实施例的用于磁悬浮轴承控制的电机转速TTL信号生成方法，包括以下步骤：
S01、获取电机输出电压相位角，其中相位角为变频器中电机实时控制算法中的过程量；
S02、将相位角与预设K值进行对比，生成转速TTL信号；其中相位角大于预设K值时，TTL信号输出为1，否则TTL信号输出为0。其中K值可以根据实际情况进行选择。
本发明在变频器不增加任何部件和设备的基础上，通过变频器电机实时控制主板及其实时控制算法直接生成转速TTL信号(脉冲宽度在100us级)，高实时性TTL信号通过电机实时控制主板的高频硬件通道直接将高频的TTL信号实时发送出去，以保证其实时性。
本发明采用变频器实时控制算法中的过程变量Theta，在控制电机的同时生成转速TTL信号，避免了通过变频器外部独立硬件采样和计算生成TTL信号的硬件成本和系统复杂度；
本发明采用变频器实时控制主板在变频器运行过程中实时生成TTL信号，不需要另外新增硬件，不需要增加复杂算法，不需要对外进行通讯，电机实时控制的时效性完全能满足高频转速TTL信号的计算要求，是一种高效、高精度、无成本的TTL生成方法。
本发明生成的TTL信号，在每一个电压周期(Theta在0-360度内)产生一个电平信号，其相位信息与电机电压相位完全吻合，不存在相位误差或偏移，精度高。
本发明采用变频器实时控制算法的过程变量相位角Theta(与转速强相关)，Theta的计算方法有许多种方法，包括有速度传感器的，无速度传感器的，以及不同的控制算法，如矢量控制、DTC控制、VF控制等；K值根据具体情况进行选择。
本发明还公开了一种用于磁悬浮轴承控制的电机转速TTL信号生成装置，包括
第一模块，用于获取电机输出电压相位角；
第二模块，用于将相位角与预设K值进行对比，生成转速TTL信号；其中相位角大于预设K值时，TTL信号输出为1，否则TTL信号输出为0。
本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上储存有计算机程序，计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的用于磁悬浮轴承控制的电机转速TTL信号生成方法的步骤。
本发明还公开了一种移动介质设备，包括存储器和处理器，存储器上存储有计算机程序，计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的用于磁悬浮轴承控制的电机转速TTL信号生成方法的步骤。
实施例二：
本实施例的用于磁悬浮轴承控制的电机转速TTL信号生成方法，包括以下步骤：
S01、获取电机输出电压相位角；具体过程为：
S11、获取变频器输出的转速信号；
S12、通过转速信号得到电机输出电压相位角；
S02、根据相位角与预设K值进行对比，生成转速TTL信号；其中相位角大于预设K值，TTL信号输出为1，否则TTL信号输出为0。其中K值可以根据实际情况进行选择。
本实施例中，步骤S12的具体过程为：
S121、将转速信号转化为机械角频率速度；
S122、将机械角频率速度转化为电机定子电压电角速度；
S123、将电机定子电压电角速度积分得到电机输出电压相位角。
本实施例中，在步骤S11中，转速信号为模拟信号或者数字量信号。
具体信号生成方法如下：
1)将转速n(r/min)转化为机械角频率速度Wr(rad/s)，Wr并乘以电机极对数P，便得到电机定子电压电角速度We(rad/s)；
Wr＝2*π*n/60
We＝P*Wr
2)由电角速度We积分便可得到电机电压相位角Theta；
Theta＝∫Wedt
3)选择合适的比较值K；
4)当Theta大于K，TTL信号输出为1；当Theta小于K，TTL信号输出为0。
如图4所示，本发明进一步公开了一种用于磁悬浮轴承控制的电机转速TTL信号生成系统，包括TTL信号子板，TTL信号子板与电机变频器控制单元相连，用于获取电机输出电压相位角，并根据相位角与预设K值进行对比，生成转速TTL信号；其中相位角大于预设K值，TTL信号输出为1，否则TTL信号输出为0。
本发明的方法及系统，解决标准变频器电机控制主板和控制系统由于硬件或软件等原因无法直接输出高频和高实时性要求的转速TTL信号问题(比如电机实时控制主板无相关硬件控制接口等原因用于输出转速TTL信号，也比如电机主控制板生成的高频转速TTL信号无法通过低实时性的通讯等方式传递到单独的TTL控制子板等原因)，在不使用任何实时模拟量采集，仅接收变频器输出的实际转速信号的情况下，通过TTL信号子板生成转速TTL信号，满足磁悬浮轴承控制使用要求。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于磁悬浮轴承控制的电机转速TTL信号生成方法，其特征在于，包括步骤：
S01、获取电机输出电压相位角；
S02、将相位角与预设K值进行对比，生成转速TTL信号；其中相位角大于预设K值时，TTL信号输出为1，否则TTL信号输出为0。
2.根据权利要求1所述的用于磁悬浮轴承控制的电机转速TTL信号生成方法，其特征在于，在步骤S01中，所述相位角为变频器中电机实时控制算法中的过程量。
3.根据权利要求1所述的用于磁悬浮轴承控制的电机转速TTL信号生成方法，其特征在于，所述步骤S01的具体过程为：
S11、获取所述变频器输出的转速信号；
S12、通过转速信号得到电机输出电压相位角。
4.根据权利要求3所述的用于磁悬浮轴承控制的电机转速TTL信号生成方法，其特征在于，所述步骤S12的具体过程为：
S121、将转速信号转化为机械角频率速度；
S122、将机械角频率速度转化为电机定子电压电角速度；
S123、将电机定子电压电角速度积分得到电机输出电压相位角。
5.根据权利要求3或4所述的用于磁悬浮轴承控制的电机转速TTL信号生成方法，其特征在于，在步骤S11中，所述转速信号为模拟信号或者数字量信号。
6.根据权利要求3或4所述的用于磁悬浮轴承控制的电机转速TTL信号生成方法，其特征在于，通过与变频器控制单元相连的TTL信号子板获取转速信号，并得到电机输出电压相位角。
7.一种用于磁悬浮轴承控制的电机转速TTL信号生成装置，其特征在于，包括
第一模块，用于获取电机输出电压相位角；
第二模块，用于将相位角与预设K值进行对比，生成转速TTL信号；其中相位角大于预设K值，TTL信号输出为1，否则TTL信号输出为0。
8.一种用于磁悬浮轴承控制的电机转速TTL信号生成系统，其特征在于，包括TTL信号子板，所述TTL信号子板与电机变频器控制单元相连，用于获取电机输出电压相位角，并根据相位角与预设K值进行对比，生成转速TTL信号；其中相位角大于预设K值，TTL信号输出为1，否则TTL信号输出为0。
9.一种计算机可读存储介质，其上储存有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器运行时执行权利要求1至5中任意一项所述的用于磁悬浮轴承控制的电机转速TTL信号生成方法的步骤。
10.一种移动介质设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器运行时执行权利要求1至5中任意一项所述的用于磁悬浮轴承控制的电机转速TTL信号生成方法的步骤。
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