CN113125073A - 检控转子固连式磁悬浮旋转关节在线动平衡系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检控转子固连式磁悬浮旋转关节在线动平衡系统，包括：转子系统单元、磁悬浮控制单元、整周期旋转控制单元、恒值电流提取单元和校正质量解算单元；其中，磁悬浮控制单元悬浮转子系统，整周期旋转控制单元控制磁悬浮转子系统绕其几何轴稳定旋转。恒值电流提取单元从磁悬浮控制单元所获取的绕组电流中提取恒值电流成分。校正质量解算单元根据提取恒值电流成分解算平衡转子所需校正质量。

Description

检控转子固连式磁悬浮旋转关节在线动平衡系统及方法

技术领域

本发明涉及一种检控转子固连式磁悬浮旋转关节在线动平衡系统及方法，适用于对传感器和磁轴承均在转子上的磁悬浮系统进行在线动平衡。

背景技术

磁悬浮轴承支承相对于传统机械轴承支承具有无接触、无磨损、振动小、可主动控制等特点，在磁悬浮飞轮、磁悬浮控制力矩陀螺和磁悬浮旋转关节等航天精密机电产品中有广阔的应用前景。

磁悬浮旋转关节旋转部分为非旋转体，并且上面安装有多种单机设备，其质量分布无法精确估计和测量。同时，虽然磁悬浮旋转关节旋转转速低，但转子部分质量及转动惯量都极大，以上均会导致磁悬浮旋转关节具有较大的残余不平衡。而为提高磁轴承线性度和去除位移负刚度，磁悬浮旋转关节采用洛伦兹力式磁轴承，其承载力较小。残余不平衡量影响关节悬浮控制精度，无法达到磁悬浮旋转关节悬浮控制精度。较大的残余不平衡甚至会超过磁轴承的最大承载力，导致出现转子碰到保护轴承的现象。因此，必须对磁悬浮旋转关节旋转部分进行高精度动平衡。

现有动平衡方法主要是影响因素法，振形平衡法(或称模态平衡法)及联合平衡法。这些方法均需要多次启车试重，难以适用在轨应用工况。且现有平衡方法多使用振动传感器测量不平衡量，而磁悬浮旋转关节转速极低，振动极小，影响平衡精度。虽然也可以使用转子旋转轴偏离几何轴的大小去估计转子不平衡(转子几何轴与惯性主轴的偏移量)，但其要求支撑是线性的，而磁悬浮转子偏移磁轴承磁中心较大时的磁悬浮支撑是非线性的，亦影响平衡精度。

综上所述，磁悬浮旋转关节不平衡量较大，严重影响系统控制精度，现有动平衡方法在旋转关节这种低转速旋转体上应用时，具有精度低、效率低的问题。因此需要寻找一种高效、高精度动平衡方法。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种检控转子固连式磁悬浮旋转关节在线动平衡系统，可对传感器和磁轴承均在转子上的磁悬浮系统进行在线动平衡，可显著提高磁悬浮转子的动平衡效率和动平衡精度。

本发明所采用的技术方案是：

一种检控转子固连式磁悬浮旋转关节在线动平衡系统，包括：转子系统单元、磁悬浮控制单元、整周期旋转控制单元、恒值电流提取单元和校正质量解算单元；

其中，磁悬浮控制单元控制转子系统单元中的转子悬浮并获取转子的绕组电流，整周期旋转控制单元控制转子系统单元中转子绕其几何轴稳定旋转；恒值电流提取单元在整周期旋转控制单元的控制下，从磁悬浮控制单元所获取的绕组电流中提取恒值电流成分，校正质量解算单元根据恒值电流成分解算平衡转子所需校正质量。

进一步的，所述磁悬浮控制单元包含：位移传感器、磁轴承控制器以及功放；磁轴承控制器接收整周期旋转控制单元发送的起浮指令后开始工作，位移传感器检测磁悬浮转子的位置信号与参考位置做差，得到控制误差，送入磁轴承控制器中，磁轴承控制器计算得到的控制量送入功放进行功率放大，给转子系统单元中的磁轴承Au绕组、Av绕组、Bu绕组、Bv绕组提供电流；

转子系统单元的磁轴承A和磁轴承B产生电磁力施加于转子，使转子悬浮到参考位置；功放采集磁轴承Au绕组电流i_au、Av绕组电流i_av、Bu绕组电流i_bu、Bv绕组电流i_bv传送给恒值电流提取单元。

进一步的，磁轴承控制器计算得到控制量，具体通过如下步骤实现：

(1)首先对控制误差进行积分处理得到积分控制量，用以消除静差；

(2)然后对控制误差进行放大处理得到比例控制量，用以提供支承刚度；

(3)最后对控制误差进行差分处理得到差分控制量，用以提供支承阻尼；

(4)积分控制量、比例控制量和差分控制量加权相加即为磁轴承控制器计算得到的控制量。

进一步的，所述整周期旋转控制单元，首先给磁悬浮控制单元发送起浮指令；然后控制转子系统单元中转子以转速ω稳速旋转；待转速稳定后，给恒值电流提取单元发送动平衡计算起始指令，并在旋转t秒后发送动平衡计算结束指令；其中，t为转子旋转M圈整周期所需时间,t＝2πM/ω。

进一步的，所述转子系统单元，包括转子、平衡盘A、磁轴承A、磁轴承B、平衡盘B，磁轴承A包括Au磁极、Au绕组、Av磁极以及Av绕组，磁轴承B包含Bu磁极、Bu绕组、Bv磁极以及Bv绕组；

其中，平衡盘A、磁轴承A、磁轴承B、平衡盘B之间的距离满足：

L＝L₁+L₂+L₃，其中，L为平衡盘A到平衡盘B之间的距离，L₁为平衡盘A到磁轴承A之间的距离，L₂为磁轴承A到磁轴承B之间的距离，L₃为磁轴承B到平衡盘B之间的距离。

进一步的，转子系统单元的静止坐标系O(x,y)和转子固连坐标系O(u,v)的确定如下：转子几何中心轴为O，从O到Au磁极中心为转子固连坐标系Ou方向，从O到Av磁极中心为转子固连坐标系Ov方向，Ov方向为Ou方向逆时针旋转90°；旋转转子使其达到特征角位置，即角位置传感器输出0角度值，此时静止坐标系O(x,y)的Ox方向与转子固连坐标系O(u,v)的Ou方向重合，静止坐标系O(x,y)的Oy方向与转子固连坐标系O(u,v)的Ov方向重合。

进一步的，所述恒值电流提取单元，接收整周期旋转控制单元发送的动平衡计算起始指令，对功放采集的磁轴承Au绕组电流i_au、Av绕组电流i_av、Bu绕组电流i_bu、Bv绕组电流i_bv进行积分运算，积分计数器n从零开始累加；

接收整周期旋转控制单元发送的动平衡计算结束指令，积分计数器n计数到N，N＝t/T为积分时长，T为伺服周期时间，t为转子旋转M圈整周期时间，则绕组恒值电流在转子固连坐标系Ou、Ov方向上的分量，为：

进一步的，所述校正质量解算单元，包括校正质量成分计算模块、校正质量计算模块和校正相角计算模块；校正质量成分计算模块根据同频电流提取单元所得结果解算校正质量在转子固连坐标系Ou、Ov方向上的分量，结果为：

其中，m_a为平衡盘A所需校正质量，m_b为平衡盘B所需校正质量，m_au为m_a在转子固连坐标系Ou方向上的分量，m_av为m_a在转子固连坐标系Ov方向上的分量，m_bu为m_b在转子固连坐标系Ou方向上的分量，m_bv为m_b在转子固连坐标系Ov方向上的分量；r_a、r_b为平衡盘A、B上的校正质量到转轴的距离，k_ia、k_ib分别为磁轴承A和磁轴承B的电流刚度；

校正质量计算模块根据校正质量成分计算模块所得的结果计算平衡盘A所需校正质量m_a,平衡盘B所需校正质量m_b为：

校正相角计算模块根据校正质量成分计算模块所得的结果解算平衡盘A所需校正质量的角位置

平衡盘B所需校正质量的角位置

为：

进一步的，北发明还提出一种检控转子固连式磁悬浮旋转关节在线动平衡方法，步骤如下：

磁悬浮控制单元控制转子悬浮；

整周期旋转控制单元控制转子绕其几何轴稳定旋转；

获取转子的绕组电流；

恒值电流提取单元从绕组电流中提取恒值电流成分；

根据恒值电流成分解算平衡转子所需校正质量。

磁悬浮控制单元包含：位移传感器、磁轴承控制器以及功放；磁轴承控制器接收整周期旋转控制单元发送的起浮指令后开始工作，位移传感器检测磁悬浮转子的位置信号与参考位置做差，得到控制误差，送入磁轴承控制器中，磁轴承控制器计算得到的控制量送入功放进行功率放大，给磁轴承Au绕组、Av绕组、Bu绕组、Bv绕组提供电流；

磁轴承A和磁轴承B产生电磁力施加于转子，使转子悬浮到参考位置；功放采集磁轴承Au绕组电流i_au、Av绕组电流i_av、Bu绕组电流i_bu、Bv绕组电流i_bv传送给恒值电流提取单元；

磁轴承控制器计算得到控制量，具体通过如下步骤实现：

(1)首先对控制误差进行积分处理得到积分控制量，用以消除静差；

(2)然后对控制误差进行放大处理得到比例控制量，用以提供支承刚度；

(3)最后对控制误差进行差分处理得到差分控制量，用以提供支承阻尼；

(4)积分控制量、比例控制量和差分控制量加权相加即为磁轴承控制器计算得到的控制量；

所述整周期旋转控制单元，首先给磁悬浮控制单元发送起浮指令；然后控制转子以转速ω稳速旋转；待转速稳定后，给恒值电流提取单元发送动平衡计算起始指令，并在旋转t秒后发送动平衡计算结束指令；其中，t为转子旋转M圈整周期所需时间,t＝2πM/ω；

转子系统单元，包括转子、平衡盘A、磁轴承A、磁轴承B、平衡盘B，磁轴承A包括Au磁极、Au绕组、Av磁极以及Av绕组，磁轴承B包含Bu磁极、Bu绕组、Bv磁极以及Bv绕组；

其中，平衡盘A、磁轴承A、磁轴承B、平衡盘B之间的距离满足：

L＝L₁+L₂+L₃，其中，L为平衡盘A到平衡盘B之间的距离，L₁为平衡盘A到磁轴承A之间的距离，L₂为磁轴承A到磁轴承B之间的距离，L₃为磁轴承B到平衡盘B之间的距离；

转子系统单元的静止坐标系O(x,y)和转子固连坐标系O(u,v)的确定如下：转子几何中心轴为O，从O到Au磁极中心为转子固连坐标系Ou方向，从O到Av磁极中心为转子固连坐标系Ov方向，Ov方向为Ou方向逆时针旋转90°；旋转转子使其达到特征角位置，即角位置传感器输出0角度值，此时静止坐标系O(x,y)的Ox方向与转子固连坐标系O(u,v)的Ou方向重合，静止坐标系O(x,y)的Oy方向与转子固连坐标系O(u,v)的Ov方向重合；

所述恒值电流提取单元，接收整周期旋转控制单元发送的动平衡计算起始指令，对功放采集的磁轴承Au绕组电流i_au、Av绕组电流i_av、Bu绕组电流i_bu、Bv绕组电流i_bv进行积分运算，积分计数器n从零开始累加；

接收整周期旋转控制单元发送的动平衡计算结束指令，积分计数器n计数到N，N＝t/T为积分时长，T为伺服周期时间，t为转子旋转M圈整周期时间，则绕组恒值电流在转子固连坐标系Ou、Ov方向上的分量，为：

根据恒值电流成分解算平衡转子所需校正质量，具体为：

校正质量在转子固连坐标系Ou、Ov方向上的分量，结果为：

其中，m_a为平衡盘A所需校正质量，m_b为平衡盘B所需校正质量，m_au为m_a在转子固连坐标系Ou方向上的分量，m_av为m_a在转子固连坐标系Ov方向上的分量，m_bu为m_b在转子固连坐标系Ou方向上的分量，m_bv为m_b在转子固连坐标系Ov方向上的分量；r_a、r_b为平衡盘A、B上的校正质量到转轴的距离，k_ia、k_ib分别为磁轴承A和磁轴承B的电流刚度；

平衡盘A所需校正质量m_a,平衡盘B所需校正质量m_b为：

平衡盘A所需校正质量的角位置

平衡盘B所需校正质量的角位置

为：

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明使用强积分控制器迫使转子绕其几何轴旋转，转子的不平衡扰动力与直流电磁力达到平衡，利用绕组直流控制电流解算不平衡量，是一种直接解算方法，相对试重平衡法，极大地提高了平衡效率。

(2)本发明使用强积分控制后电磁力与控制电流的成线性关系，并且相对振动传感器，控制电流对不平衡量的敏感更直接，灵敏度更高，极大地提高了平衡精度。

(3)本发明无需试重，相对影响系数法，更适用于在轨难以进行试重的工况。

附图说明

图1为一种检控转子固连式磁悬浮旋转关节在线动平衡系统框图；

图2为磁悬浮控制单元结构图；

图3为静止坐标系O(x,y)和转子固连坐标系O(u,v)的示意图；

图4为平衡盘和磁轴承沿轴向相对位置示意图；

图5为恒值电流提取单元框图；

图6为校正质量解算单元框图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

本发明提出的一种检控转子固连式磁悬浮旋转关节在线动平衡系统，主要包括转子系统单元、磁悬浮控制单元、整周期旋转控制单元、恒值电流提取单元和校正质量解算单元。因磁悬浮支撑刚度有限，不平衡力扰动下，磁悬浮转子的旋转轴与几何轴有偏差。因检控转子固连式磁悬浮旋转关节的位置传感器和磁轴承均在转子上，传感器检测到的不平衡扰动是直流量，磁轴承施加的不平衡控制力也是直流量，使用具有强积分功能的控制器，消除悬浮静差即可控制转子绕其几何轴旋转，转子的不平衡扰动力与恒流电磁力达到平衡；而且此时恒流电磁力只与绕组控制电流恒流值成比例关系，此比例即为电流刚度，在磁轴承电磁设计时的已给出。使用双平面平衡转子，利用力/力矩平衡关系即可将绕组同频电磁力等效为校正质量的离心力，进而根据恒流控制电流直接解算校正质量。

1、固连式磁悬浮旋转关节在线动平衡系统结构

如图1所示，本发明主要包括转子系统单元1、磁悬浮控制单元2、整周期旋转控制单元3、恒值电流提取单元4和校正质量解算单元5；其中，磁悬浮控制单元控制转子系统单元中的转子悬浮并获取转子的绕组电流，整周期旋转控制单元控制转子系统单元中转子绕其几何轴稳定旋转；恒值电流提取单元在整周期旋转控制单元的控制下，从磁悬浮控制单元所获取的绕组电流中提取恒值电流成分，校正质量解算单元根据恒值电流成分解算平衡转子所需校正质量。

2、磁悬浮控制单元

如图2所示，为本发明所述磁悬浮控制单元包含：位移传感器、磁轴承控制器以及功放；磁轴承控制器接收整周期旋转控制单元发送的起浮指令后开始工作，位移传感器检测磁悬浮转子的位置信号与参考位置做差，得到控制误差，送入磁轴承控制器中，磁轴承控制器计算得到的控制量送入功放进行功率放大，给转子系统单元中的磁轴承Au绕组、Av绕组、Bu绕组、Bv绕组提供电流；

转子系统单元的磁轴承A和磁轴承B产生电磁力施加于转子，使转子悬浮到参考位置；功放采集磁轴承Au绕组电流i_au、Av绕组电流i_av、Bu绕组电流i_bu、Bv绕组电流i_bv传送给恒值电流提取单元。

磁轴承控制器计算得到控制量，具体通过如下步骤实现：

(1)首先对控制误差进行积分处理得到积分控制量，用以消除静差；

(2)然后对控制误差进行放大处理得到比例控制量，用以提供支承刚度；

(3)最后对控制误差进行差分处理得到差分控制量，用以提供支承阻尼；

(4)积分控制量、比例控制量和差分控制量加权相加即为磁轴承控制器计算得到的控制量。

3、静止坐标系O(x,y)和转子固连坐标系O(u,v)定义

本发明所述转子系统单元，包含转子、平衡盘A、磁轴承A、磁轴承B、平衡盘B，磁轴承A包含Au磁极、Au绕组、Av磁极、Av绕组，磁轴承B包含Bu磁极、Bu绕组、Bv磁极、Bv绕组。

如图3所示，为本发明所述的一种检控转子固连式磁悬浮转子系统的静止坐标系O(x,y)和转子固连坐标系O(u,v)的示意图。转子系统的静止坐标系O(x,y)和转子固连坐标系O(u,v)的确定如下：设转子几何中心轴为O，从O到Au磁极中心为转子固连坐标系Ou方向，从O到Av磁极中心为转子固连坐标系Ov方向，Ov方向为Ou方向逆时针旋转90°；旋转转子使其达到特征角位置(角位置传感器输出0角度值)，此时静止坐标系O(x,y)的Ox方向与转子固连坐标系O(u,v)的Ou方向重合，静止坐标系O(x,y)的Oy方向与转子固连坐标系O(u,v)的Ov方向重合。

4、整周期旋转控制单元

整周期旋转控制单元，首先给磁悬浮控制单元发送起浮指令；然后控制转子系统单元中转子以转速ω稳速旋转；待转速稳定后，给恒值电流提取单元发送动平衡计算起始指令，并在旋转t秒后发送动平衡计算结束指令；其中，t为转子旋转M圈整周期所需时间,t＝2πM/ω。

5、磁轴承沿轴向相对位置示意

如图4所示，为本发明所述的平衡盘和磁轴承沿轴向相对位置示意图。转子系统单元，包括转子、平衡盘A、磁轴承A、磁轴承B、平衡盘B，磁轴承A包括Au磁极、Au绕组、Av磁极以及Av绕组，磁轴承B包含Bu磁极、Bu绕组、Bv磁极以及Bv绕组；

其中，平衡盘A、磁轴承A、磁轴承B、平衡盘B之间的距离满足：

L＝L₁+L₂+L₃，其中，L为平衡盘A到平衡盘B之间的距离，L₁为平衡盘A到磁轴承A之间的距离，L₂为磁轴承A到磁轴承B之间的距离，L₃为磁轴承B到平衡盘B之间的距离。(从A端指向B端为正值)。

6、恒值电流提取单元

如图5所示，为本发明所述的恒值电流提取单元3的流程图，所述恒值电流提取单元，接收整周期旋转控制单元发送的动平衡计算起始指令，对功放采集磁轴承Au绕组电流i_au、Av绕组电流i_av、Bu绕组电流i_bu、Bv绕组电流i_av进行积分运算，积分计数器n从零开始累加。

接收整周期旋转控制单元发送的动平衡计算结束指令，n＝N时(N＝t/T为积分时长，T为伺服周期时间，t为转子旋转M圈整周期时间)，求绕组恒值电流在转子固连坐标系Ou、Ov方向上的分量，为：

6、校正质量解算单元

如图6所示，为本发明所述的校正质量解算单元4的结构框图，校正质量解算单元，包括校正质量成分计算模块41、校正质量计算模块42和校正相角计算模块43。校正质量成分计算模块41根据同频电流提取单元3所得结果解算校正质量在转子固连坐标系Ou、Ov方向上的分量，结果为：

其中，m_a为平衡盘A所需校正质量,m_b为平衡盘B所需校正质量，m_au为m_a在转子固连坐标系Ou方向上的分量，m_av为m_a在转子固连坐标系Ov方向上的分量，m_bu为m_b在转子固连坐标系Ou方向上的分量，m_bv为m_b在转子固连坐标系Ov方向上的分量；r_a、r_b为平衡盘A、B上的校正质量到转轴的距离，k_ia、k_ib分别为磁轴承A和磁轴承B的电流刚度。

校正质量计算模块42根据校正质量成分计算模块41所得的结果计算平衡盘A所需校正质量m_a,平衡盘B所需校正质量m_b为：

校正相角计算模块43根据校正质量成分计算模块41所得的结果解算平衡盘A所需校正质量的角位置

平衡盘B所需校正质量的角位置

为：

本发明使用强积分控制器迫使转子绕其几何轴旋转，转子的不平衡扰动力与直流电磁力达到平衡，利用绕组直流控制电流解算不平衡量，是一种直接解算方法，相对试重平衡法，极大地提高了平衡效率。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种检控转子固连式磁悬浮旋转关节在线动平衡系统，其特征在于，包括：转子系统单元、磁悬浮控制单元、整周期旋转控制单元、恒值电流提取单元和校正质量解算单元；

其中，磁悬浮控制单元控制转子系统单元中的转子悬浮并获取转子的绕组电流，整周期旋转控制单元控制转子系统单元中转子绕其几何轴稳定旋转；恒值电流提取单元在整周期旋转控制单元的控制下，从磁悬浮控制单元所获取的绕组电流中提取恒值电流成分，校正质量解算单元根据恒值电流成分解算平衡转子所需校正质量。

2.根据权利要求1所述的一种检控转子固连式磁悬浮旋转关节在线动平衡系统，其特征在于：所述磁悬浮控制单元包含：位移传感器、磁轴承控制器以及功放；磁轴承控制器接收整周期旋转控制单元发送的起浮指令后开始工作，位移传感器检测磁悬浮转子的位置信号与参考位置做差，得到控制误差，送入磁轴承控制器中，磁轴承控制器计算得到的控制量送入功放进行功率放大，给转子系统单元中的磁轴承Au绕组、Av绕组、Bu绕组、Bv绕组提供电流；

转子系统单元的磁轴承A和磁轴承B产生电磁力施加于转子，使转子悬浮到参考位置；功放采集磁轴承Au绕组电流i_au、Av绕组电流i_av、Bu绕组电流i_bu、Bv绕组电流i_bv传送给恒值电流提取单元。

3.根据权利要求2所述的一种检控转子固连式磁悬浮旋转关节在线动平衡系统，其特征在于：磁轴承控制器计算得到控制量，具体通过如下步骤实现：

(1)首先对控制误差进行积分处理得到积分控制量，用以消除静差；

(2)然后对控制误差进行放大处理得到比例控制量，用以提供支承刚度；

(3)最后对控制误差进行差分处理得到差分控制量，用以提供支承阻尼；

(4)积分控制量、比例控制量和差分控制量加权相加即为磁轴承控制器计算得到的控制量。

4.根据权利要求1所述的一种检控转子固连式磁悬浮旋转关节在线动平衡系统，其特征在于：所述整周期旋转控制单元，首先给磁悬浮控制单元发送起浮指令；然后控制转子系统单元中转子以转速ω稳速旋转；待转速稳定后，给恒值电流提取单元发送动平衡计算起始指令，并在旋转t秒后发送动平衡计算结束指令；其中，t为转子旋转M圈整周期所需时间,t＝2πM/ω。

5.根据权利要求4所述的一种检控转子固连式磁悬浮旋转关节在线动平衡系统，其特征在于：所述转子系统单元，包括转子、平衡盘A、磁轴承A、磁轴承B、平衡盘B，磁轴承A包括Au磁极、Au绕组、Av磁极以及Av绕组，磁轴承B包含Bu磁极、Bu绕组、Bv磁极以及Bv绕组；

其中，平衡盘A、磁轴承A、磁轴承B、平衡盘B之间的距离满足：

L＝L₁+L₂+L₃，其中，L为平衡盘A到平衡盘B之间的距离，L₁为平衡盘A到磁轴承A之间的距离，L₂为磁轴承A到磁轴承B之间的距离，L₃为磁轴承B到平衡盘B之间的距离。

6.根据权利要求5所述的一种检控转子固连式磁悬浮旋转关节在线动平衡系统，其特征在于：转子系统单元的静止坐标系O(x,y)和转子固连坐标系O(u,v)的确定如下：转子几何中心轴为O，从O到Au磁极中心为转子固连坐标系Ou方向，从O到Av磁极中心为转子固连坐标系Ov方向，Ov方向为Ou方向逆时针旋转90°；旋转转子使其达到特征角位置，即角位置传感器输出0角度值，此时静止坐标系O(x,y)的Ox方向与转子固连坐标系O(u,v)的Ou方向重合，静止坐标系O(x,y)的Oy方向与转子固连坐标系O(u,v)的Ov方向重合。

7.根据权利要求1所述的一种检控转子固连式磁悬浮旋转关节在线动平衡系统，其特征在于：所述恒值电流提取单元，接收整周期旋转控制单元发送的动平衡计算起始指令，对功放采集的磁轴承Au绕组电流i_au、Av绕组电流i_av、Bu绕组电流i_bu、Bv绕组电流i_bv进行积分运算，积分计数器n从零开始累加；

接收整周期旋转控制单元发送的动平衡计算结束指令，积分计数器n计数到N，N＝t/T为积分时长，T为伺服周期时间，t为转子旋转M圈整周期时间，则绕组恒值电流在转子固连坐标系Ou、Ov方向上的分量，为：

8.根据权利要求5所述的一种检控转子固连式磁悬浮旋转关节在线动平衡系统，其特征在于：所述校正质量解算单元，包括校正质量成分计算模块、校正质量计算模块和校正相角计算模块；校正质量成分计算模块根据同频电流提取单元所得结果解算校正质量在转子固连坐标系Ou、Ov方向上的分量，结果为：

其中，m_a为平衡盘A所需校正质量，m_b为平衡盘B所需校正质量，m_au为m_a在转子固连坐标系Ou方向上的分量，m_av为m_a在转子固连坐标系Ov方向上的分量，m_bu为m_b在转子固连坐标系Ou方向上的分量，m_bv为m_b在转子固连坐标系Ov方向上的分量；r_a、r_b为平衡盘A、B上的校正质量到转轴的距离，k_ia、k_ib分别为磁轴承A和磁轴承B的电流刚度；

校正质量计算模块根据校正质量成分计算模块所得的结果计算平衡盘A所需校正质量m_a,平衡盘B所需校正质量m_b为：

校正相角计算模块根据校正质量成分计算模块所得的结果解算平衡盘A所需校正质量的角位置

平衡盘B所需校正质量的角位置

为：

9.一种检控转子固连式磁悬浮旋转关节在线动平衡方法，其特征在于步骤如下：

磁悬浮控制单元控制转子悬浮；

整周期旋转控制单元控制转子绕其几何轴稳定旋转；

获取转子的绕组电流；

恒值电流提取单元从绕组电流中提取恒值电流成分；

根据恒值电流成分解算平衡转子所需校正质量。

10.根据权利要求9所述的一种检控转子固连式磁悬浮旋转关节在线动平衡方法，其特征在于：所述磁悬浮控制单元包含：位移传感器、磁轴承控制器以及功放；磁轴承控制器接收整周期旋转控制单元发送的起浮指令后开始工作，位移传感器检测磁悬浮转子的位置信号与参考位置做差，得到控制误差，送入磁轴承控制器中，磁轴承控制器计算得到的控制量送入功放进行功率放大，给磁轴承Au绕组、Av绕组、Bu绕组、Bv绕组提供电流；

磁轴承A和磁轴承B产生电磁力施加于转子，使转子悬浮到参考位置；功放采集磁轴承Au绕组电流i_au、Av绕组电流i_av、Bu绕组电流i_bu、Bv绕组电流i_bv传送给恒值电流提取单元；

磁轴承控制器计算得到控制量，具体通过如下步骤实现：

(1)首先对控制误差进行积分处理得到积分控制量，用以消除静差；

(2)然后对控制误差进行放大处理得到比例控制量，用以提供支承刚度；

(3)最后对控制误差进行差分处理得到差分控制量，用以提供支承阻尼；

(4)积分控制量、比例控制量和差分控制量加权相加即为磁轴承控制器计算得到的控制量；

所述整周期旋转控制单元，首先给磁悬浮控制单元发送起浮指令；然后控制转子以转速ω稳速旋转；待转速稳定后，给恒值电流提取单元发送动平衡计算起始指令，并在旋转t秒后发送动平衡计算结束指令；其中，t为转子旋转M圈整周期所需时间,t＝2πM/ω；

转子系统单元，包括转子、平衡盘A、磁轴承A、磁轴承B、平衡盘B，磁轴承A包括Au磁极、Au绕组、Av磁极以及Av绕组，磁轴承B包含Bu磁极、Bu绕组、Bv磁极以及Bv绕组；

其中，平衡盘A、磁轴承A、磁轴承B、平衡盘B之间的距离满足：

L＝L₁+L₂+L₃，其中，L为平衡盘A到平衡盘B之间的距离，L₁为平衡盘A到磁轴承A之间的距离，L₂为磁轴承A到磁轴承B之间的距离，L₃为磁轴承B到平衡盘B之间的距离；

转子系统单元的静止坐标系O(x,y)和转子固连坐标系O(u,v)的确定如下：转子几何中心轴为O，从O到Au磁极中心为转子固连坐标系Ou方向，从O到Av磁极中心为转子固连坐标系Ov方向，Ov方向为Ou方向逆时针旋转90°；旋转转子使其达到特征角位置，即角位置传感器输出0角度值，此时静止坐标系O(x,y)的Ox方向与转子固连坐标系O(u,v)的Ou方向重合，静止坐标系O(x,y)的Oy方向与转子固连坐标系O(u,v)的Ov方向重合；

所述恒值电流提取单元，接收整周期旋转控制单元发送的动平衡计算起始指令，对功放采集的磁轴承Au绕组电流i_au、Av绕组电流i_av、Bu绕组电流i_bu、Bv绕组电流i_bv进行积分运算，积分计数器n从零开始累加；

接收整周期旋转控制单元发送的动平衡计算结束指令，积分计数器n计数到N，N＝t/T为积分时长，T为伺服周期时间，t为转子旋转M圈整周期时间，则绕组恒值电流在转子固连坐标系Ou、Ov方向上的分量，为：

根据恒值电流成分解算平衡转子所需校正质量，具体为：

校正质量在转子固连坐标系Ou、Ov方向上的分量，结果为：

其中，m_a为平衡盘A所需校正质量，m_b为平衡盘B所需校正质量，m_au为m_a在转子固连坐标系Ou方向上的分量，m_av为m_a在转子固连坐标系Ov方向上的分量，m_bu为m_b在转子固连坐标系Ou方向上的分量，m_bv为m_b在转子固连坐标系Ov方向上的分量；r_a、r_b为平衡盘A、B上的校正质量到转轴的距离，k_ia、k_ib分别为磁轴承A和磁轴承B的电流刚度；

平衡盘A所需校正质量m_a,平衡盘B所需校正质量m_b为：

平衡盘A所需校正质量的角位置

平衡盘B所需校正质量的角位置

为：

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