CN114114906A - 一种磁轴承系统及其控制方法、装置、存储介质及处理器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁轴承系统的控制方法、装置、磁轴承系统、存储介质及处理器，该方法包括：获取所述磁轴承系统在当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流，记作当前占空比和当前磁轴承线圈电流；根据所述当前占空比和所述当前磁轴承线圈电流，估计所述磁轴承系统在下一时刻的磁轴承线圈电流，得到估计磁轴承线圈电流；根据所述当前磁轴承线圈电流和所述估计磁轴承线圈电流，确定所述磁轴承线圈是否出现故障；若确定所述磁轴承线圈出现故障，则控制所述磁轴承系统中的磁轴承停浮。该方案，通过监测磁轴承线圈的工作状态，以在磁轴承线圈发生故障时及时进行处理，有利于提升磁轴承控制系统的可靠性。

Description

一种磁轴承系统及其控制方法、装置、存储介质及处理器
技术领域
本发明属于磁悬浮技术领域，具体涉及一种磁轴承系统的控制方法、装置、磁轴承系统、存储介质及处理器，尤其涉及一种磁悬浮轴承线圈故障的检测方法、装置、磁轴承系统、存储介质及处理器。
背景技术
磁轴承线圈作为磁悬浮轴承控制系统(即磁轴承控制系统)必不可少的组成部件，能够为转子悬浮提供所需的电磁力。但是，磁轴承线圈一旦发生故障，将会严重损坏轴承系统及压缩机系统。
磁轴承线圈的故障，一般分为短路、断路两种故障。当磁轴承线圈发生短路故障时，突然间流过的大电流可能导致保险管、IGBT等元器件损坏，致使磁轴承控制系统无法正常工作。在磁悬浮离心式压缩机正常工作期间，当磁轴承线圈发生断路故障时，零电流的出现使得电磁铁产生的电磁力瞬间为零，导致旋转的转子跌落，继而损坏轴承及压缩机系统，影响了磁轴承控制系统的可靠性。因此，获悉磁轴承线圈的工作状态，对发生故障的磁轴承线圈及时处理是十分必要的。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种磁轴承系统的控制方法、装置、磁轴承系统、存储介质及处理器，以解决在磁轴承控制系统中，磁轴承线圈若出现故障，则会影响磁轴承控制系统的可靠性的问题，达到通过监测磁轴承线圈的工作状态，以在磁轴承线圈发生故障时及时进行处理，有利于提升磁轴承控制系统的可靠性的效果。
本发明提供一种磁轴承系统的控制方法中，所述磁轴承系统，具有磁轴承线圈；所述磁轴承系统的控制方法，包括：获取所述磁轴承系统在当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流，记作当前占空比和当前磁轴承线圈电流；根据所述当前占空比和所述当前磁轴承线圈电流，估计所述磁轴承系统在下一时刻的磁轴承线圈电流，得到估计磁轴承线圈电流；根据所述当前磁轴承线圈电流和所述估计磁轴承线圈电流，确定所述磁轴承线圈是否出现故障；若确定所述磁轴承线圈出现故障，则控制所述磁轴承系统中的磁轴承停浮。
在一些实施方式中，获取所述磁轴承系统在当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流，包括：按设定时间间隔，采集一组所述磁轴承系统在当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流，并存储所述当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流；直至采集到一组所述磁轴承系统在下一时刻的占空比和磁轴承线圈电流的情况下，利用所述下一时刻的占空比和磁轴承线圈电流，更新所述当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流。
在一些实施方式中，根据所述当前占空比和所述当前磁轴承线圈电流，估计所述磁轴承系统在下一时刻的磁轴承线圈电流，得到估计磁轴承线圈电流，包括：确定所述当前占空比是否在设定占空比范围内；若所述当前占空比不在所述设定占空比范围内，则重新获取所述当前占空比和所述当前磁轴承线圈电流；若所述当前占空比在所述设定占空比范围内，则将所述当前占空比和所述当前磁轴承线圈电流，作为神经网络单元的输入，通过所述神经网络单元的自学习，得到所述估计磁轴承线圈电流。
在一些实施方式中，所述神经网络单元的模型，如下列公式所示：
F＝(w11+w12+w13)i+(w21+w22+w23)D；
其中，F为相对系数，w1i、w2i为权系数、且1≤i≤3，i为当前磁轴承线圈电流，D为当前占空比；相对系数F越趋近于0，估算值越趋近于真值。
在一些实施方式中，根据所述当前磁轴承线圈电流和所述估计磁轴承线圈电流，确定所述磁轴承线圈是否出现故障，包括：确定所述当前磁轴承线圈电流和所述估计磁轴承线圈电流的差值的绝对值；若所述当前磁轴承线圈电流和所述估计磁轴承线圈电流的差值的绝对值超出设定误差范围，则确定所述磁轴承线圈出现故障。
在一些实施方式中，控制所述磁轴承系统中的磁轴承停浮，包括：确定所述磁轴承系统中转子的转速是否为0；若所述转子的转速为0，则使所述磁轴承系统的轴承控制器发送停浮指令，以使所述轴承停浮；若所述转子的转速不为0，则先与主控通信，以使所述主控发送停转指令，使所述转子停转后，再使所述磁轴承系统的轴承控制器发送停浮指令，以使所述轴承停浮。
与上述方法相匹配，本发明另一方面提供一种磁轴承系统的控制装置中，所述磁轴承系统，具有磁轴承线圈；所述磁轴承系统的控制装置，包括：获取单元，被配置为获取所述磁轴承系统在当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流，记作当前占空比和当前磁轴承线圈电流；控制单元，被配置为根据所述当前占空比和所述当前磁轴承线圈电流，估计所述磁轴承系统在下一时刻的磁轴承线圈电流，得到估计磁轴承线圈电流；所述控制单元，还被配置为根据所述当前磁轴承线圈电流和所述估计磁轴承线圈电流，确定所述磁轴承线圈是否出现故障；所述控制单元，还被配置为若确定所述磁轴承线圈出现故障，则控制所述磁轴承系统中的磁轴承停浮。
在一些实施方式中，所述获取单元，获取所述磁轴承系统在当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流，包括：按设定时间间隔，采集一组所述磁轴承系统在当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流，并存储所述当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流；直至采集到一组所述磁轴承系统在下一时刻的占空比和磁轴承线圈电流的情况下，利用所述下一时刻的占空比和磁轴承线圈电流，更新所述当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流。
在一些实施方式中，所述控制单元，根据所述当前占空比和所述当前磁轴承线圈电流，估计所述磁轴承系统在下一时刻的磁轴承线圈电流，得到估计磁轴承线圈电流，包括：确定所述当前占空比是否在设定占空比范围内；若所述当前占空比不在所述设定占空比范围内，则重新获取所述当前占空比和所述当前磁轴承线圈电流；若所述当前占空比在所述设定占空比范围内，则将所述当前占空比和所述当前磁轴承线圈电流，作为神经网络单元的输入，通过所述神经网络单元的自学习，得到所述估计磁轴承线圈电流。
在一些实施方式中，所述神经网络单元的模型，如下列公式所示：
F＝(w11+w12+w13)i+(w21+w22+w23)D；
其中，F为相对系数，w1i、w2i为权系数、且1≤i≤3，i为当前磁轴承线圈电流，D为当前占空比；相对系数F越趋近于0，估算值越趋近于真值。
在一些实施方式中，所述控制单元，根据所述当前磁轴承线圈电流和所述估计磁轴承线圈电流，确定所述磁轴承线圈是否出现故障，包括：确定所述当前磁轴承线圈电流和所述估计磁轴承线圈电流的差值的绝对值；若所述当前磁轴承线圈电流和所述估计磁轴承线圈电流的差值的绝对值超出设定误差范围，则确定所述磁轴承线圈出现故障。
在一些实施方式中，所述控制单元，控制所述磁轴承系统中的磁轴承停浮，包括：确定所述磁轴承系统中转子的转速是否为0；若所述转子的转速为0，则使所述磁轴承系统的轴承控制器发送停浮指令，以使所述轴承停浮；若所述转子的转速不为0，则先与主控通信，以使所述主控发送停转指令，使所述转子停转后，再使所述磁轴承系统的轴承控制器发送停浮指令，以使所述轴承停浮。
与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种磁轴承系统，包括：以上所述的磁轴承系统的控制装置。
与上述方法相匹配，本发明再一方面提供一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行以上所述的磁轴承系统的控制方法。
与上述方法相匹配，本发明再一方面提供一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行以上所述的磁轴承系统的控制方法。
由此，本发明的方案，通过获取磁轴承线圈的当前时刻电流和估计电流，根据当前时刻电流和估计电流的差值的绝对值确定磁轴承线圈的工作状态，根据磁轴承线圈的工作状态确定磁轴承线圈是否发生故障，并在磁轴承线圈发生故障时及时进行处理；从而，通过监测磁轴承线圈的工作状态，以在磁轴承线圈发生故障时及时进行处理，有利于提升磁轴承控制系统的可靠性。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的磁轴承系统的控制方法的一实施例的流程示意图；
图2为本发明的方法中获取所述磁轴承系统在当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流的一实施例的流程示意图；
图3为本发明的方法中估计所述磁轴承系统在下一时刻的磁轴承线圈电流的一实施例的流程示意图；
图4为本发明的方法中确定所述磁轴承线圈是否出现故障的一实施例的流程示意图；
图5为本发明的方法中控制所述磁轴承系统中的磁轴承停浮的一实施例的流程示意图；
图6为本发明的磁轴承系统的控制装置的一实施例的结构示意图；
图7为相关方案中单自由度磁轴承控制系统的结构示意图；
图8为本发明的单自由度磁轴承控制系统的一实施例的结构示意图；
图9为本发明的磁悬浮轴承线圈故障的检测方法的一实施例的流程示意图；
图10为本发明中电流估算模块的具体实施逻辑示意图；
图11为BP网络的模型示意图；
图12为RBF网络的模型示意图。
结合附图，本发明实施例中附图标记如下：
102-获取单元；104-控制单元。
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。
根据本发明的实施例，提供了一种磁轴承系统的控制方法，如图1所示本发明的方法的一实施例的流程示意图。所述磁轴承系统，具有磁轴承线圈。所述磁轴承系统的控制方法，包括：步骤S110至步骤S140。
在步骤S110处，获取所述磁轴承系统在当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流，如一组磁轴承控制系统当前时刻的占空比D与磁轴承线圈电流i，记作当前占空比和当前磁轴承线圈电流。
在一些实施方式中，结合图2所示本发明的方法中获取所述磁轴承系统在当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S110中获取所述磁轴承系统在当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流的具体过程，包括：步骤S210和步骤S220。
步骤S210，按设定时间间隔，采集一组所述磁轴承系统在当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流，并存储所述当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流。
步骤S220，直至采集到一组所述磁轴承系统在下一时刻的占空比和磁轴承线圈电流的情况下，利用所述下一时刻的占空比和磁轴承线圈电流，更新所述当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流。即，直至采集到一组所述磁轴承系统在下一时刻的占空比和磁轴承线圈电流的情况下，存储所述下一时刻的占空比和磁轴承线圈电流，以将所述下一时刻的占空比和磁轴承线圈电流，作为新的所述当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流。
图9为本发明的磁悬浮轴承线圈故障的检测方法的一实施例的流程示意图。如图9所示，轴承线圈检测的具体逻辑，包括：
步骤1、存储模块每隔设定时间t(如t为0.1ms)存储一组磁轴承控制系统当前时刻的占空比D与磁轴承线圈电流i，并在下一时刻用当前时刻获取的占空比D与磁轴承线圈电流i覆盖掉前一时刻存储的数据，如此重复更新占空比D与磁轴承线圈电流i的值。
在步骤S120处，根据所述当前占空比和所述当前磁轴承线圈电流，估计所述磁轴承系统在下一时刻的磁轴承线圈电流，得到估计磁轴承线圈电流。
在一些实施方式中，步骤S120中根据所述当前占空比和所述当前磁轴承线圈电流，估计所述磁轴承系统在下一时刻的磁轴承线圈电流，得到估计磁轴承线圈电流的具体过程，参见以下示例性说明。
下面结合图3所示本发明的方法中估计所述磁轴承系统在下一时刻的磁轴承线圈电流的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S120中估计所述磁轴承系统在下一时刻的磁轴承线圈电流的具体过程，包括：步骤S210至步骤S230。
步骤S310，确定所述当前占空比是否在设定占空比范围内。
步骤S320，若所述当前占空比不在所述设定占空比范围内，则重新获取所述当前占空比和所述当前磁轴承线圈电流。
步骤S330，若所述当前占空比在所述设定占空比范围内，则将所述当前占空比和所述当前磁轴承线圈电流，作为神经网络单元的输入，该神经网络单元可以是预先建立的，通过所述神经网络单元的自学习，得到所述估计磁轴承线圈电流。
如图9所示，轴承线圈检测的具体逻辑，还包括：
步骤2、电流估算模块从存储模块中获取系统当前时刻的占空比D与磁轴承线圈电流i值后，首先判断当前时刻的占空比D是否在设定占空比范围D设定内(3000≤D设定≤6000，其值是依据轴承实际控制系统确定的)。
若此时当前时刻的占空比D不在正常范围内，则电流估算模块不在继续执行，等待存储模块传输的下一时刻数据。若此刻当前时刻的占空比D在设定范围时，则将占空比D与磁轴承线圈电流i值作为神经网络单元的输入，通过神经网络的自学习，不断调整权系数w1i、w2i(1≤i≤3)，最终得出最接近真值的一组权系数W1、W2，具体参见公式(3)。这样，利用神经网络单元得出的权系数W2、W2与当前时刻的占空比D的值，即可估算出当前时刻的电流值i估计，具体实施逻辑如图10所示。
在一些实施方式中，所述神经网络单元的模型，如下列公式所示：
F＝(w11+w12+w13)i+(w21+w22+w23)D。
其中，F为相对系数，w1i、w2i为权系数、且1≤i≤3，i为当前磁轴承线圈电流，D为当前占空比。相对系数F越趋近于0，估算值越趋近于真值。
图10为本发明中电流估算模块的具体实施逻辑示意图。其中神经网络单元权系数的求解原则如图10的左边部分(即神经网络单元的底层架构)所示。依据神经网络算法的基本思想可知，相对系数F越趋近于0，估算值越趋近于真值。而相对系数F是由输入值与权系数决定的，具体如下列公式所示：
Figure BDA0003332336160000071
Figure BDA0003332336160000072
Figure BDA0003332336160000081
由公式(2)可知，已知占空比D与磁轴承线圈电流i值，通过调节权系数W1、W2可使得相对系数F趋近于0。由此，由相对系数F趋近于0时的权系数与当前时刻的D值即可估算出当前线圈电流值i估计。
本发明的方案，仅以简单的单层神经网络来估计磁轴承线圈电流为例，同样适用于其他多层复杂的神经算法来估计磁轴承线圈电流的情况。对层神经网络，如图11所示的BP网络，图12所示的RBF网络，等等。
在步骤S130处，根据所述当前磁轴承线圈电流和所述估计磁轴承线圈电流，确定所述磁轴承线圈是否出现故障。
在一些实施方式中，步骤S130中根据所述当前磁轴承线圈电流和所述估计磁轴承线圈电流，确定所述磁轴承线圈是否出现故障的过程，参见以下示例性说明。
下面结合图4所示本发明的方法中确定所述磁轴承线圈是否出现故障的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S130中确定所述磁轴承线圈是否出现故障的具体过程，包括：步骤S310和步骤S320。
步骤S410，确定所述当前磁轴承线圈电流和所述估计磁轴承线圈电流的差值的绝对值。
步骤S420，若所述当前磁轴承线圈电流和所述估计磁轴承线圈电流的差值的绝对值超出设定误差范围(如设定值Δ)，则确定所述磁轴承线圈出现故障。
具体地，在本发明的方案中，设置有存储模块、电流估算模块与硬件检测模块。硬件检测模块通过比较当前时刻电流值i与估计值i估计，即可判断磁轴承线圈的当前状态。当前时刻电流值i与估计值i估计的差值的绝对值超出设定值Δ(Δ取为0.1A)时，则说明磁轴承线圈发生故障。
图7为相关方案中单自由度磁轴承控制系统的结构示意图。如图7所示，在单自由度磁轴承控制系统中，参考位移xref输入至第一比较器的同相输入端，位移传感器检测到的转子位移x输入至第一比较器的反相输入端。第一比较器的输出端，经位置控制器后，输出至第二比较器的同相输入端。电流传感器采集到的磁轴承线圈的线圈电流i，输入至第二比较器的反相输入端。第二比较器的输出端，经电流控制器后输出PWM信号。PWM信号经功率放大器后，输入至磁轴承线圈，对磁轴承线圈的线圈电流进行调节。而实际工作中，一般不进行轴承线圈故障检测，只有当磁轴承系统无法正常工作时，才检测磁轴承系统的各个部件是否出现故障。
图8为本发明的单自由度磁轴承控制系统的一实施例的结构示意图。本发明在方案，在图7所示的单自由度磁轴承控制系统的基础上添加了存储模块、电流估算模块与硬件检测模块，如图8所示。为监测磁轴承线圈的工作状态，避免在轴承线圈发生短路、断路故障时，出现轴承控制系统元器件损坏、旋转转子跌落的情况。硬件检测模块是一个比较器，比较当前时刻电流值i与估计值i估计，当两者差值的绝对值超出设定值Δ(Δ取为0.1±0.01A)时，则说明轴承线圈发生故障。若两者差值的绝对值未超出设定值Δ，说明此时轴承线圈未发生故障。
具体地，电流控制器输出的占空比D，输入至存储模块。磁轴承线圈的电流i，也输入至存储模块。电流估算模块，根据存储模块存储的占空比D和电流i，估算磁轴承线圈的估计电流i估计。硬件检测模块能够检测得到磁轴承线圈的电流i、以及磁轴承线圈的估计电流i估计。
在本发明的方案中，硬件检测模块通过比较当前时刻电流值i与估计值i估计，即可判断轴承线圈当前状态。当两者差值的绝对值超出设定值Δ(Δ取为0.1±0.01A)时，则说明轴承线圈发生故障。
在步骤S140处，若确定所述磁轴承线圈出现故障，则控制所述磁轴承系统中的磁轴承停浮。
相关方案中，磁轴承线圈故障检测方法大致可分为两种：一是采用线圈冗余的方法，其控制方法是利用偏置线圈与控制线圈在正常工作状态与故障状态的相互切换，保证磁轴承系统正常可靠的运转。但这种方法不仅增大了磁轴承定子结构体积，也加大了磁轴承系统的装配难度。二是在线诊断线圈状态，一旦检测到线圈故障，立刻进行故障报警。其利用线圈调制周期内的电流变化率来判断线圈是否发生故障，而电流变化率需要通过一组电流值才能获取，延长了诊断线圈状态的时间，降低了轴承系统的可靠性。
因此，为提高轴承系统可靠性，避免出现轴承控制系统元器件损坏、旋转转子跌落的情况，本发明的方案，提出了一种磁悬浮轴承线圈故障的检测方法，实时监测磁悬浮轴承线圈(即磁轴承线圈)的工作状态，在磁轴承线圈发生短路、断路故障时，及时对磁轴承控制系统进行相应的处理，避免了磁轴承控制系统的元器件损坏、旋转转子跌落的情况发生。通过实时监测了磁悬浮轴承线圈的工作状态，解决了因轴承线圈出现故障导致轴承及压缩机系统损坏的现象，提高了磁悬浮轴承系统的可靠性。
在一些实施方式中，结合图5所示本发明的方法中控制所述磁轴承系统中的磁轴承停浮的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S140中控制所述磁轴承系统中的磁轴承停浮的具体过程，包括：步骤S510至步骤S530。
步骤S510，确定所述磁轴承系统中转子的转速是否为0。
步骤S520，若所述转子的转速为0，则使所述磁轴承系统的轴承控制器发送停浮指令，以使所述轴承停浮。
步骤S530，若所述转子的转速不为0，则先与主控通信，以使所述主控发送停转指令，使所述转子停转后，再使所述磁轴承系统的轴承控制器发送停浮指令，以使所述轴承停浮。
在本发明的方案中，硬件检测模块检测出轴承线圈出现故障时，则首先判断此时转子转速是否为0，若转子转速为0，则轴承控制器立即发送停浮指令，使轴承(即磁轴承)停浮。若转子转速不为0，则立刻与主控通信，使其发送停转指令，致使转子停转，然后通过轴承控制器发送停浮指令，使轴承停浮。从而，避免了因轴承线圈出现短路、断路故障时，轴承及压缩机系统损坏的现象发生，进而提高了磁悬浮轴承系统的可靠性。其中，转子转速是由电机控制器控制的，电机控制器通过CAN通信会将转速实时发送到轴承控制器，这样轴承控制系统就能实时知道转子转速。
采用本实施例的技术方案，通过获取磁轴承线圈的当前时刻电流和估计电流，根据当前时刻电流和估计电流的差值的绝对值确定磁轴承线圈的工作状态，根据磁轴承线圈的工作状态确定磁轴承线圈是否发生故障，并在磁轴承线圈发生故障时及时进行处理。从而，通过监测磁轴承线圈的工作状态，以在磁轴承线圈发生故障时及时进行处理，有利于提升磁轴承控制系统的可靠性。
根据本发明的实施例，还提供了对应于磁轴承系统的控制方法的一种磁轴承系统的控制装置。参见图6所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。所述磁轴承系统，具有磁轴承线圈。所述磁轴承系统的控制装置，包括：获取单元102和控制单元104。
其中，获取单元102，被配置为获取所述磁轴承系统在当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流，如一组磁轴承控制系统当前时刻的占空比D与磁轴承线圈电流i，记作当前占空比和当前磁轴承线圈电流。该获取单元102的具体功能及处理参见步骤S110。
在一些实施方式中，所述获取单元102，获取所述磁轴承系统在当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流，包括：
所述获取单元102，具体还被配置为按设定时间间隔，采集一组所述磁轴承系统在当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流，并存储所述当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流。该获取单元102的具体功能及处理还参见步骤S210。
所述获取单元102，具体还被配置为直至采集到一组所述磁轴承系统在下一时刻的占空比和磁轴承线圈电流的情况下，利用所述下一时刻的占空比和磁轴承线圈电流，更新所述当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流。即，直至采集到一组所述磁轴承系统在下一时刻的占空比和磁轴承线圈电流的情况下，存储所述下一时刻的占空比和磁轴承线圈电流，以将所述下一时刻的占空比和磁轴承线圈电流，作为新的所述当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流。该获取单元102的具体功能及处理还参见步骤S220。
图9为本发明的磁悬浮轴承线圈故障的检测装置的一实施例的流程示意图。如图9所示，轴承线圈检测的具体逻辑，包括：
步骤1、存储模块每隔设定时间t(如t为0.1ms)存储一组磁轴承控制系统当前时刻的占空比D与磁轴承线圈电流i，并在下一时刻用当前时刻获取的占空比D与磁轴承线圈电流i覆盖掉前一时刻存储的数据，如此重复更新占空比D与磁轴承线圈电流i的值。
控制单元104，被配置为根据所述当前占空比和所述当前磁轴承线圈电流，估计所述磁轴承系统在下一时刻的磁轴承线圈电流，得到估计磁轴承线圈电流。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S120。
在一些实施方式中，所述控制单元104，根据所述当前占空比和所述当前磁轴承线圈电流，估计所述磁轴承系统在下一时刻的磁轴承线圈电流，得到估计磁轴承线圈电流，包括：
所述控制单元104，具体还被配置为确定所述当前占空比是否在设定占空比范围内。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S310。
所述控制单元104，具体还被配置为若所述当前占空比不在所述设定占空比范围内，则重新获取所述当前占空比和所述当前磁轴承线圈电流。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S320。
所述控制单元104，具体还被配置为若所述当前占空比在所述设定占空比范围内，则将所述当前占空比和所述当前磁轴承线圈电流，作为神经网络单元的输入，该神经网络单元可以是预先建立的，通过所述神经网络单元的自学习，得到所述估计磁轴承线圈电流。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S330。
如图9所示，轴承线圈检测的具体逻辑，还包括：
步骤2、电流估算模块从存储模块中获取系统当前时刻的占空比D与磁轴承线圈电流i值后，首先判断当前时刻的占空比D是否在设定占空比范围D设定内(3000≤D设定≤6000，其值是依据轴承实际控制系统确定的)。
若此时当前时刻的占空比D不在正常范围内，则电流估算模块不在继续执行，等待存储模块传输的下一时刻数据。若此刻当前时刻的占空比D在设定范围时，则将占空比D与磁轴承线圈电流i值作为神经网络单元的输入，通过神经网络的自学习，不断调整权系数w1i、w2i(1≤i≤3)，最终得出最接近真值的一组权系数W1、W2，具体参见公式(3)。这样，利用神经网络单元得出的权系数W2、W2与当前时刻的占空比D的值，即可估算出当前时刻的电流值i估计，具体实施逻辑如图10所示。
在一些实施方式中，所述神经网络单元的模型，如下列公式所示：
F＝(w11+w12+w13)i+(w21+w22+w23)D。
其中，F为相对系数，w1i、w2i为权系数、且1≤i≤3，i为当前磁轴承线圈电流，D为当前占空比。相对系数F越趋近于0，估算值越趋近于真值。
图10为本发明中电流估算模块的具体实施逻辑示意图。其中神经网络单元权系数的求解原则如图10的左边部分(即神经网络单元的底层架构)所示。依据神经网络算法的基本思想可知，相对系数F越趋近于0，估算值越趋近于真值。而相对系数F是由输入值与权系数决定的，具体如下列公式所示：
Figure BDA0003332336160000131
Figure BDA0003332336160000132
Figure BDA0003332336160000133
由公式(2)可知，已知占空比D与磁轴承线圈电流i值，通过调节权系数W1、W2可使得相对系数F趋近于0。由此，由相对系数F趋近于0时的权系数与当前时刻的D值即可估算出当前线圈电流值i估计。α1、α2、α3为神经网络算法中间层系数。
本发明的方案，仅以简单的单层神经网络来估计磁轴承线圈电流为例，同样适用于其他多层复杂的神经算法来估计磁轴承线圈电流的情况。
所述控制单元104，还被配置为根据所述当前磁轴承线圈电流和所述估计磁轴承线圈电流，确定所述磁轴承线圈是否出现故障。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S130。
在一些实施方式中，所述控制单元104，根据所述当前磁轴承线圈电流和所述估计磁轴承线圈电流，确定所述磁轴承线圈是否出现故障，包括：
所述控制单元104，具体还被配置为确定所述当前磁轴承线圈电流和所述估计磁轴承线圈电流的差值的绝对值。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S410。
所述控制单元104，具体还被配置为若所述当前磁轴承线圈电流和所述估计磁轴承线圈电流的差值的绝对值超出设定误差范围(如设定值Δ)，则确定所述磁轴承线圈出现故障。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S420。
具体地，在本发明的方案中，设置有存储模块、电流估算模块与硬件检测模块。硬件检测模块通过比较当前时刻电流值i与估计值i估计，即可判断磁轴承线圈的当前状态。当前时刻电流值i与估计值i估计的差值的绝对值超出设定值Δ(Δ取为0.1A)时，则说明磁轴承线圈发生故障。
图7为相关方案中单自由度磁轴承控制系统的结构示意图。如图7所示，在单自由度磁轴承控制系统中，参考位移xref输入至第一比较器的同相输入端，位移传感器检测到的转子位移x输入至第一比较器的反相输入端。第一比较器的输出端，经位置控制器后，输出至第二比较器的同相输入端。电流传感器采集到的磁轴承线圈的线圈电流i，输入至第二比较器的反相输入端。第二比较器的输出端，经电流控制器后输出PWM信号。PWM信号经功率放大器后，输入至磁轴承线圈，对磁轴承线圈的线圈电流进行调节。而实际工作中，一般不进行轴承线圈故障检测，只有当磁轴承系统无法正常工作时，才检测磁轴承系统的各个部件是否出现故障。
图8为本发明的单自由度磁轴承控制系统的一实施例的结构示意图。本发明在方案，在图7所示的单自由度磁轴承控制系统的基础上添加了存储模块、电流估算模块与硬件检测模块，如图8所示。为监测磁轴承线圈的工作状态，避免在轴承线圈发生短路、断路故障时，出现轴承控制系统元器件损坏、旋转转子跌落的情况。硬件检测模块是一个比较器，比较当前时刻电流值i与估计值i估计，当两者差值的绝对值超出设定值Δ(Δ取为0.1±0.01A)时，则说明轴承线圈发生故障。若两者差值的绝对值未超出设定值Δ，说明此时轴承线圈未发生故障。
具体地，电流控制器输出的占空比D，输入至存储模块。磁轴承线圈的电流i，也输入至存储模块。电流估算模块，根据存储模块存储的占空比D和电流i，估算磁轴承线圈的估计电流i估计。硬件检测模块能够检测得到磁轴承线圈的电流i、以及磁轴承线圈的估计电流i估计。
在本发明的方案中，硬件检测模块通过比较当前时刻电流值i与估计值i估计，即可判断轴承线圈当前状态。当两者差值的绝对值超出设定值Δ(Δ取为0.1±0.01A)时，则说明轴承线圈发生故障。
所述控制单元104，还被配置为若确定所述磁轴承线圈出现故障，则控制所述磁轴承系统中的磁轴承停浮。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S140。
相关方案中，磁轴承线圈故障检测装置大致可分为两种：一是采用线圈冗余的装置，其控制装置是利用偏置线圈与控制线圈在正常工作状态与故障状态的相互切换，保证磁轴承系统正常可靠的运转。但这种装置不仅增大了磁轴承定子结构体积，也加大了磁轴承系统的装配难度。二是在线诊断线圈状态，一旦检测到线圈故障，立刻进行故障报警。其利用线圈调制周期内的电流变化率来判断线圈是否发生故障，而电流变化率需要通过一组电流值才能获取，延长了诊断线圈状态的时间，降低了轴承系统的可靠性。
因此，为提高轴承系统可靠性，避免出现轴承控制系统元器件损坏、旋转转子跌落的情况，本发明的方案，提出了一种磁悬浮轴承线圈故障的检测装置，实时监测磁悬浮轴承线圈(即磁轴承线圈)的工作状态，在磁轴承线圈发生短路、断路故障时，及时对磁轴承控制系统进行相应的处理，避免了磁轴承控制系统的元器件损坏、旋转转子跌落的情况发生。通过实时监测了磁悬浮轴承线圈的工作状态，解决了因轴承线圈出现故障导致轴承及压缩机系统损坏的现象，提高了磁悬浮轴承系统的可靠性。
在一些实施方式中，所述控制单元104，控制所述磁轴承系统中的磁轴承停浮，包括：
所述控制单元104，具体还被配置为确定所述磁轴承系统中转子的转速是否为0。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S510。
所述控制单元104，具体还被配置为若所述转子的转速为0，则使所述磁轴承系统的轴承控制器发送停浮指令，以使所述轴承停浮。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S520。
所述控制单元104，具体还被配置为若所述转子的转速不为0，则先与主控通信，以使所述主控发送停转指令，使所述转子停转后，再使所述磁轴承系统的轴承控制器发送停浮指令，以使所述轴承停浮。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S530。
在本发明的方案中，硬件检测模块检测出轴承线圈出现故障时，则首先判断此时转子转速是否为0，若转子转速为0，则轴承控制器立即发送停浮指令，使轴承(即磁轴承)停浮。若转子转速不为0，则立刻与主控通信，使其发送停转指令，致使转子停转，然后通过轴承控制器发送停浮指令，使轴承停浮。从而，避免了因轴承线圈出现短路、断路故障时，轴承及压缩机系统损坏的现象发生，进而提高了磁悬浮轴承系统的可靠性。
由于本实施例的装置所实现的处理及功能基本相应于前述方法的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
采用本发明的技术方案，通过获取磁轴承线圈的当前时刻电流和估计电流，根据当前时刻电流和估计电流的差值的绝对值确定磁轴承线圈的工作状态，根据磁轴承线圈的工作状态确定磁轴承线圈是否发生故障，并在磁轴承线圈发生故障时及时进行处理，提高了磁悬浮轴承系统的可靠性。
根据本发明的实施例，还提供了对应于磁轴承系统的控制装置的一种磁轴承系统。该磁轴承系统可以包括：以上所述的磁轴承系统的控制装置。
由于本实施例的磁轴承系统所实现的处理及功能基本相应于前述装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
采用本发明的技术方案，通过获取磁轴承线圈的当前时刻电流和估计电流，根据当前时刻电流和估计电流的差值的绝对值确定磁轴承线圈的工作状态，根据磁轴承线圈的工作状态确定磁轴承线圈是否发生故障，并在磁轴承线圈发生故障时及时进行处理，能够避免磁轴承控制系统的元器件损坏、旋转转子跌落的情况发生，安全性好。
根据本发明的实施例，还提供了对应于磁轴承系统的控制方法的一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行以上所述的磁轴承系统的控制方法。
由于本实施例的存储介质所实现的处理及功能基本相应于前述方法的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
采用本发明的技术方案，通过获取磁轴承线圈的当前时刻电流和估计电流，根据当前时刻电流和估计电流的差值的绝对值确定磁轴承线圈的工作状态，根据磁轴承线圈的工作状态确定磁轴承线圈是否发生故障，并在磁轴承线圈发生故障时及时进行处理，解决了因轴承线圈出现故障导致轴承及压缩机系统损坏的现象，提升了磁轴承控制系统的安全性。
根据本发明的实施例，还提供了对应于磁轴承系统的控制方法的一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行以上所述的磁轴承系统的控制方法。
由于本实施例的处理器所实现的处理及功能基本相应于前述方法的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
采用本发明的技术方案，通过获取磁轴承线圈的当前时刻电流和估计电流，根据当前时刻电流和估计电流的差值的绝对值确定磁轴承线圈的工作状态，根据磁轴承线圈的工作状态确定磁轴承线圈是否发生故障，并在磁轴承线圈发生故障时及时进行处理，提升了磁轴承控制系统的可靠性和安全性。
综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
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 (15)

1.一种磁轴承系统的控制方法，其特征在于，所述磁轴承系统，具有磁轴承线圈；所述磁轴承系统的控制方法，包括：
获取所述磁轴承系统在当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流，记作当前占空比和当前磁轴承线圈电流；
根据所述当前占空比和所述当前磁轴承线圈电流，估计所述磁轴承系统在下一时刻的磁轴承线圈电流，得到估计磁轴承线圈电流；
根据所述当前磁轴承线圈电流和所述估计磁轴承线圈电流，确定所述磁轴承线圈是否出现故障；
若确定所述磁轴承线圈出现故障，则控制所述磁轴承系统中的磁轴承停浮。
2.根据权利要求1所述的磁轴承系统的控制方法，其特征在于，获取所述磁轴承系统在当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流，包括：
按设定时间间隔，采集一组所述磁轴承系统在当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流，并存储所述当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流；
直至采集到一组所述磁轴承系统在下一时刻的占空比和磁轴承线圈电流的情况下，利用所述下一时刻的占空比和磁轴承线圈电流，更新所述当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流。
3.根据权利要求1或2所述的磁轴承系统的控制方法，其特征在于，根据所述当前占空比和所述当前磁轴承线圈电流，估计所述磁轴承系统在下一时刻的磁轴承线圈电流，得到估计磁轴承线圈电流，包括：
确定所述当前占空比是否在设定占空比范围内；
若所述当前占空比不在所述设定占空比范围内，则重新获取所述当前占空比和所述当前磁轴承线圈电流；
若所述当前占空比在所述设定占空比范围内，则将所述当前占空比和所述当前磁轴承线圈电流，作为神经网络单元的输入，通过所述神经网络单元的自学习，得到所述估计磁轴承线圈电流。
4.根据权利要求3所述的磁轴承系统的控制方法，其特征在于，所述神经网络单元的模型，如下列公式所示：
F＝(w11+w12+w13)i+(w21+w22+w23)D；
其中，F为相对系数，w1i、w2i为权系数、且1≤i≤3，i为当前磁轴承线圈电流，D为当前占空比；相对系数F越趋近于0，估算值越趋近于真值。
5.根据权利要求1或2所述的磁轴承系统的控制方法，其特征在于，根据所述当前磁轴承线圈电流和所述估计磁轴承线圈电流，确定所述磁轴承线圈是否出现故障，包括：
确定所述当前磁轴承线圈电流和所述估计磁轴承线圈电流的差值的绝对值；
若所述当前磁轴承线圈电流和所述估计磁轴承线圈电流的差值的绝对值超出设定误差范围，则确定所述磁轴承线圈出现故障。
6.根据权利要求1或2所述的磁轴承系统的控制方法，其特征在于，控制所述磁轴承系统中的磁轴承停浮，包括：
确定所述磁轴承系统中转子的转速是否为0；
若所述转子的转速为0，则使所述磁轴承系统的轴承控制器发送停浮指令，以使所述轴承停浮；
若所述转子的转速不为0，则先与主控通信，以使所述主控发送停转指令，使所述转子停转后，再使所述磁轴承系统的轴承控制器发送停浮指令，以使所述轴承停浮。
7.一种磁轴承系统的控制装置，其特征在于，所述磁轴承系统，具有磁轴承线圈；所述磁轴承系统的控制装置，包括：
获取单元，被配置为获取所述磁轴承系统在当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流，记作当前占空比和当前磁轴承线圈电流；
控制单元，被配置为根据所述当前占空比和所述当前磁轴承线圈电流，估计所述磁轴承系统在下一时刻的磁轴承线圈电流，得到估计磁轴承线圈电流；
所述控制单元，还被配置为根据所述当前磁轴承线圈电流和所述估计磁轴承线圈电流，确定所述磁轴承线圈是否出现故障；
所述控制单元，还被配置为若确定所述磁轴承线圈出现故障，则控制所述磁轴承系统中的磁轴承停浮。
8.根据权利要求7所述的磁轴承系统的控制装置，其特征在于，所述获取单元，获取所述磁轴承系统在当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流，包括：
按设定时间间隔，采集一组所述磁轴承系统在当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流，并存储所述当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流；
直至采集到一组所述磁轴承系统在下一时刻的占空比和磁轴承线圈电流的情况下，利用所述下一时刻的占空比和磁轴承线圈电流，更新所述当前时刻的占空比和磁轴承线圈电流。
9.根据权利要求7或8所述的磁轴承系统的控制装置，其特征在于，所述控制单元，根据所述当前占空比和所述当前磁轴承线圈电流，估计所述磁轴承系统在下一时刻的磁轴承线圈电流，得到估计磁轴承线圈电流，包括：
确定所述当前占空比是否在设定占空比范围内；
若所述当前占空比不在所述设定占空比范围内，则重新获取所述当前占空比和所述当前磁轴承线圈电流；
若所述当前占空比在所述设定占空比范围内，则将所述当前占空比和所述当前磁轴承线圈电流，作为神经网络单元的输入，通过所述神经网络单元的自学习，得到所述估计磁轴承线圈电流。
10.根据权利要求9所述的磁轴承系统的控制装置，其特征在于，所述神经网络单元的模型，如下列公式所示：
F＝(w11+w12+w13)i+(w21+w22+w23)D；
其中，F为相对系数，w1i、w2i为权系数、且1≤i≤3，i为当前磁轴承线圈电流，D为当前占空比；相对系数F越趋近于0，估算值越趋近于真值。
11.根据权利要求7或8所述的磁轴承系统的控制装置，其特征在于，所述控制单元，根据所述当前磁轴承线圈电流和所述估计磁轴承线圈电流，确定所述磁轴承线圈是否出现故障，包括：
确定所述当前磁轴承线圈电流和所述估计磁轴承线圈电流的差值的绝对值；
若所述当前磁轴承线圈电流和所述估计磁轴承线圈电流的差值的绝对值超出设定误差范围，则确定所述磁轴承线圈出现故障。
12.根据权利要求7或8所述的磁轴承系统的控制装置，其特征在于，所述控制单元，控制所述磁轴承系统中的磁轴承停浮，包括：
确定所述磁轴承系统中转子的转速是否为0；
若所述转子的转速为0，则使所述磁轴承系统的轴承控制器发送停浮指令，以使所述轴承停浮；
若所述转子的转速不为0，则先与主控通信，以使所述主控发送停转指令，使所述转子停转后，再使所述磁轴承系统的轴承控制器发送停浮指令，以使所述轴承停浮。
13.一种磁轴承系统，其特征在于，包括：如权利要求7至12中任一项所述的磁轴承系统的控制装置。
14.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行权利要求1至6中任一项所述的磁轴承系统的控制方法。
15.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1至6中任一项所述的磁轴承系统的控制方法。
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