CN116006579A - 磁轴承的控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请提出了一种磁轴承的控制系统，该系统包括：磁轴承转子、多个磁轴承定子和多个传感器、主处理器、副处理器、多个功率放大器、存储器和监控设备，其中，多个传感器与主处理器和副处理器的输入端连接，用于检测磁轴承转子的位移信号；主处理器和副处理器的输入端还接收控制指令，主处理器和副处理器的输出端与多个功率放大器的输入端连接，主处理器用于进行磁轴承控制；副处理器的输出端还与存储器和监控设备连接，副处理器用于检测故障，对故障进行诊断，以及在主处理器故障时进行冗余控制；每个功率放大器的输出端与对应的磁轴承定子连接。该系统通过副处理器进行故障检测和冗余控制，提高了磁轴承系统的安全性和可靠性。

Description

磁轴承的控制系统

技术领域

本申请涉及轴承控制技术领域，尤其涉及一种磁轴承的控制系统。

背景技术

目前，磁轴承的普及率逐渐提高。磁轴承，即主动磁悬浮轴承（Active MagneticBearing）是集机械学、转子动力学、控制理论与控制工程学于一体的机电产品，它是利用磁力的作用使转子与定子之间没有机械接触将转子悬浮于空中的一种轴承，广泛应用于飞轮储能系统等旋转动力机械领域中。

相关技术中，在应用磁轴承时，仅是根据工作需要通过相关的控制系统对磁轴承进行运行控制，而在磁轴承或其所处的控制系统突发故障时，比如系统中某个硬件故障时，缺乏相应的应对策略，无法继续对磁轴承进行正常控制。

因此，如何保证磁轴承安全、可靠的运行成为目前亟需解决的问题。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的第一个目的在于提出一种磁轴承的控制系统，该系统通过副处理器进行故障检测、诊断分析和冗余控制，基于双处理提高控制系统的冗余性，有利于保证磁轴承系统的安全性和可靠性。

本申请的第二个目的在于提出一种电子设备。

为了实现上述目的，本申请的第一方面在于提出一种磁轴承的控制系统，该系统包括：磁轴承子系统、主处理器、副处理器、多个功率放大器、存储器和监控设备，所述磁轴承子系统包括：磁轴承转子、多个磁轴承定子和多个传感器，其中，

每个所述磁轴承定子对应一个所述传感器和一个所述功率放大器, 所述多个传感器与所述主处理器的输入端以及所述副处理器的输入端连接，所述多个传感器，用于检测所述磁轴承转子在不同方向上的位移信号；

所述主处理器的输入端和所述副处理器的输入端还与上位机连接以接收外部控制指令，所述主处理器的输出端和所述副处理器的输出端，与所述多个功率放大器的输入端连接，所述主处理器，用于根据接收的所述位移信号和所述外部控制指令生成对所述磁轴承转子的控制信号；

所述副处理器的输出端还与所述存储器和所述监控设备连接，所述副处理器，用于检测所述主处理器是否故障，对故障进行分析诊断，以及在主处理器故障时代替所述主处理器控制所述磁轴承子系统；

每个所述功率放大器的输出端与对应的磁轴承定子连接，所述多个功率放大器，用于根据所述控制信号控制对应的磁轴承定子。

可选地，在本申请的一个实施例中，副处理器，还用于：根据所述位移信号计算分析出所述磁轴承转子的转速和轨迹图，以及磁轴承转子移动曲线的频谱、幅值和相位。

可选地，在本申请的一个实施例中，副处理器，具体用于：将计算分析出的数据存储至所述存储器中形成历史数据；在所述主处理器发生故障时，结合所述历史数据对当前发生的故障进行分析诊断，并向所述监控设备发送告警指令；所述监控设备，具体用于：实时显示副处理器计算分析出的数据，并在接收到所述告警指令时，根据接收到的所述告警指令发出相应的告警信息。

可选地，在本申请的一个实施例中，多个磁轴承定子是在二维坐标系中沿X轴的正向和负向布置的两个电磁铁线圈，以及沿Y轴的正向和负向布置的两个电磁铁线圈；所述多个传感器，包括：X轴正向传感器、X轴负向传感器、Y轴正向传感器和Y轴负向传感器。

可选地，在本申请的一个实施例中，主处理器和副处理器，具体用于：对于任一传感器，获取所述任一传感器本周期的检测信号和上一周期的检测信号；计算所述本周期的检测信号和所述上一周期的检测信号之间的变化量，并将所述变化量与预设的第一阈值进行比较；在所述变化量小于等于所述第一阈值的情况下，获取所述任一传感器在同一坐标轴的另一方向上的对应传感器本周期的检测信号，并将所述任一传感器本周期的检测信号与所述对应传感器本周期的检测信号进行差分处理；在所述变化量大于所述第一阈值的情况下，计算所述任一传感器和所述对应传感器在上一周期的检测信号的均值，并将所述均值与所述对应传感器本周期的检测信号进行差分处理。

可选地，在本申请的一个实施例中，在所述主处理器和所述副处理器接收到所述位移信号后，分别进行计算分析，在获得计算分析的结果之后，所述副处理器，还用于：比较所述主处理器和所述副处理器的计算分析结果是否一致，在不一致的情况下，向所述监控设备发送所述告警指令。

可选地，在本申请的一个实施例中，副处理器，还用于：在一致的情况下，判断所述主处理器的计算分析结果是否在由所述历史数据和预设的第二阈值限定的范围内；在连续预设数量个周期内所述主处理器的计算分析结果均不在所述范围内的情况下，排除除所述主处理器发生故障之外的其他故障后，代替所述主处理器控制所述磁轴承子系统。

可选地，在本申请的一个实施例中，该系统还包括：现场可编程逻辑门阵列FPGA，所述现场可编程逻辑门阵列FPGA的输入端与所述主处理器的输出端和所述副处理器的输出端连接，所述现场可编程逻辑门阵列FPGA的输出端与所述多个功率放大器的输入端连接，所述现场可编程逻辑门阵列FPGA，用于根据所述主处理器和所述副处理器的计算分析结果生成所述控制信号。

可选地，在本申请的一个实施例中，该系统还包括：差动检测电路和变送器，其中，所述差动检测电路的输入端与所述多个传感器连接，所述差动检测电路的输出端与所述变送器的输入端连接，所述变送器的输出端与所述主处理器的输入端和所述副处理器的输入端连接。

为达上述目的，本申请的第二方面实施例提出了一种电子设备，包括如上述实施例中任一项所述的磁轴承的控制系统。

本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：本申请在正常控制磁轴承运行的处理器之外还设置了一个副处理器，通过副处理器进行故障检测、诊断分析和冗余控制等功能。具体是在正常运行状态下，副处理器执行检测功能，将处理的历史数据存储至存储器用于故障分析，并基于将主、副处理器根据传感器的检测数据计算出的结果进行比较，判断主处理器是否故障。当判定主处理器故障时，副处理器可以停止检测功能切换到控制功能，以代替主处理器实现了冗余控制。并且该系统不需要借助外部设备即可实现对系统内各部件的实时监控，还可以在故障时向相关工作人员发出告警。由此，本申请基于双处理提高控制系统的冗余性，在系统发生故障时仍可以正常对磁轴承进行控制，可以保证磁轴承系统稳定、可靠的运行，通过预警和监控有利于及时排除系统中发生的故障，提高系统设备的安全性。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请实施例提出的一种磁轴承的控制系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提出的一种径向的磁轴承的结构示意图；

图3为本申请实施例提出的一种磁轴承的控制系统的原理示意图；

图4为本申请实施例提出的一种传感器的冗余方法的流程示意图；

图5为本申请实施例提出的一种双处理器的运行方法的流程示意图；

图6为本申请实施例提出的一种双处理器的运行原理示意图；

图7为本申请实施例提出的一种具体的磁轴承的控制系统的结构示意图；

图8为本申请实施例提出的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例所提出的一种磁轴承的控制系统。

图1为本申请实施例提出的一种磁轴承的控制系统的结构示意图，如图1所示，该系统包括：磁轴承子系统10、主处理器20、副处理器30和多个功率放大器40。其中，磁轴承子系统10包括：磁轴承转子11、多个磁轴承定子12和多个传感器13。该系统还包括存储器50和监控设备60（在后续图3中进行说明）。

其中，各组件的连接方式如图1所示，磁轴承转子11设置在多个磁轴承定子12的中心位置，每个磁轴承定子12对应一个传感器13和一个功率放大器40，即每个磁轴承定子12连接一个单独的功率放大器40，且在每个磁轴承定子12处设置一个传感器13，通过传感器13检测磁轴承转子11的位移信号和对应的磁轴承定子12的电流信号等数据。

多个传感器13与主处理器20的输入端以及副处理器30的输入端连接，多个传感器13，用于检测磁轴承转子11在不同方向上的位移信号，并将检测到的位移信号发送至主处理器20的和副处理器30。

需要说明的是，磁轴承子系统10的设置方式，比如，其包含的磁轴承定子12和传感器13的数量以及各组件的设置位置等可以根据实际需要确定，为便于描述，图1中仅通过两个磁轴承定子和传感器进行多个组件的示例性说明，而非对本申请进行限制。

作为一种可能的实现方式，如图2所示，在本实施例中，多个磁轴承定子12包括：在磁轴承子系统10的径向平面图中，以磁轴承转子11中心为原点构建的二维坐标系中，沿X轴的正向和负向布置的两个电磁铁线圈，即X+电磁铁21和X-电磁铁23，以及沿Y轴的正向和负向设置的两个电磁铁线圈，即Y+电磁铁22和Y-电磁铁24。则对应的多个传感器13，包括：X轴正向传感器、X轴负向传感器、Y轴正向传感器和Y轴负向传感器。即X+电磁铁对应的X+位移传感器31、Y+电磁铁对应的Y+位移传感器32、X-电磁铁对应的X-位移传感器33和Y-电磁铁对应的Y-位移传感器34。由此，通过上述各传感器可检测转子在四个方向上的位移信号。

主处理器20的输入端和副处理器30的输入端还与上位机连接以接收外部控制指令，主处理器20的输出端和副处理器30的输出端，与多个功率放大器40的输入端连接。

主处理器20，用于根据接收的位移信号和外部控制指令生成对磁轴承转子11的控制信号。

具体的，如图1所示，本申请的控制系统中包括并联的两个双处理器，其中，主处理器20与相关技术中磁轴承控制系统中处理器实现的功能相同，主要是对磁轴承的控制，可以根据接收的传感器发送的位移信号和上位机发送外部控制指令生成对磁轴承转子的控制信号。

在本申请一个实施例中，如图3所示，主处理器20的和副处理器30可以是数字信号处理（Digital SignalProcessing，简称DSP）模块。每个处理器内部的接口电路中可包括多个模拟信号转数字信号ADC模块（图3中为便于直观的理解将ADC模块画在处理器外部），图3中简称为模数转换模块，由ADC模块将对应的各路传感器发送的模拟检测信号转换为数字信号后，传输至处理器内部的运算逻辑中。处理器通过比例-积分-微分（PID）控制算法生成对磁轴承的控制信号。

作为一种可能的实现方式，接收的外部控制指令可以是磁轴承转子所处位置的指令，则对磁轴承的控制信号可以是对磁轴承定子中线圈的电流进行控制的信号。具体的，处理器比较上位机发送的外部控制指令和传感器反馈的转子位移信号的差值，通过PID运算输出磁轴承线圈电流控制信号，然后再比较磁轴承线圈电流控制信号与反馈的当前实际的线圈电流值的差值，通过PID运算计算出磁轴承线圈电流具体的控制量，再将轴承线圈电流具体的控制量进行调制生成脉冲宽度调制（Pulse width modulation，简称PWM）信号。

进而，通过PWM信号驱动对应的功率放大器40。又由于本申请的每个功率放大器40的输出端与对应的磁轴承定子连接，多个功率放大器40，用于根据控制信号控制对应的磁轴承定子，即功率放大器根据接收的PWM信号控制磁轴承线圈的电流，通过改变磁轴承线圈的电流调节电磁铁的电磁力的数值，从而实现调整磁轴承转子11的位置至外部控制指令要求的位置。

在本申请一个实施例中，如图3所示，该控制系统还包括一个现场可编程逻辑门阵列FPGA70，现场可编程逻辑门阵列FPGA70的输入端与主处理器20的输出端和副处理器30的输出端连接，FPGA70的输出端与多个功率放大器40的输入端连接，FPGA70，用于根据主处理器20和副处理器30的计算分析结果生成控制信号。即，在本实施中，通过FPGA70既可以解决处理器与多个功率放大器40之间门电路数量问题，使传输控制匹配，还可以借助FPGA70生成控制信号。比如，由FPGA70将生成的PWM信号转换为功率放大器40可接收的的控制信号的形式并进行传输，或者，处理器计算分析出控制量后，由FPGA70生成PWM信号，以降低处理器的工作负荷等。

需要说明的是，上述实施例中控制信号的计算过程可以由主处理器20执行，也可以由副处理器30执行，具体根据磁轴承的控制系统的实际运行状况确定。

副处理器30的输出端还与存储器50和监控设备60连接，副处理器30，用于检测主处理器20是否故障，对故障进行分析诊断，以及在主处理器20故障时代替主处理器20控制磁轴承子系统10。

具体的，副处理器30主要功能是进行检测、故障分析和冗余控制。在磁轴承的控制系统，包括磁轴承转子10和主处理器20正常运行时，副处理器30执行检测的功能，当主处理器20故障时，副处理器30可以停止检测功能，切换到控制功能，代替主处理器20进行控制。

在本申请一个实施例中，副处理器30在执行检测功能时，可以根据接收的位移信号计算分析出磁轴承转子10的转速和轨迹图，以及磁轴承移动曲线的频谱、幅值和相位等信息。进一步的，副处理器30将计算分析出的上述信息传输至存储器50中存储起来，形成历史数据，在后续当主处理器20等部件发生故障时，可以结合历史数据对当前发生的故障进行分析诊断。

举例而言，在本实施例中可以收集磁轴承的控制系统在不同运行状态下的历史数据，通过人工标注等方式确定不同故障状态下的数据，形成磁轴承系统的故障诊断数据库。进而在发生故障时，将当前状态下的计算分析出的上述信息以及确定的故障征兆等数据输入故障诊断数据库进行查询，分析出当前的故障模式。

同时，副处理器30还将计算分析出的上述信息传输至监控设备60，由监控设备60向外部输出，并且，当判断控制系统当前发生故障时，还向监控设备60发送告警指令，以便及时向相关工作人员预警。

在本申请一个实施例中，监控设备60，具体用于实时显示副处理器计算分析出的数据，并在接收到告警指令时，根据接收到的所述告警指令发出相应的告警信息。具体而言，在本实施例中，监控设备60包括显示屏、扬声器和无线通信组件，通过显示屏中的人机交互界面可以实时显示副处理器30计算分析出的上述信息，以便用户可以及时、便捷和直观的了解磁轴承当前的运行状态。并且，监控设备60接收到告警指令后，可以通过人机交互界面显示在诊断出的当前发生的故障的文字提示信息，以及通过扬声器播放语音告警信息，并且，还可以通过无线通信组件基于无线通信技术，向预先进行了合法性验证的相关工作人员的移动终端设备发送告警信息，以便相关工作人员可以及时接收到告警信息，并结合告警信息中包含的，由上述故障诊断数据库中输出的当前故障模式对应的运维策略，进行运维，以便及时、准确的排查故障，保证控制系统的安全性。

需要说明的是，在通过PID控制算法生成控制信号时，可以对同一坐标上两个方向的传感器（比如，X+位移传感器和X-位移传感器）的检测信号进行差分，以获得该坐标上转子的位移信号（比如，X轴位移信号）。而在实际应用中，某一个传感器可能发生故障，导致影响对磁轴承的控制。为此，基于本申请的磁轴承的控制系统，在本申请一个实施例中还提出了一种传感器的冗余算法。

具体而言，在本实施例中，主处理器20和副处理器30可以执行图4所示的传感器冗余方法，如图4所示，该方法包括以下步骤：

步骤S401，对于任一传感器，获取任一传感器本周期的检测信号和上一周期的检测信号。

具体的，对于磁轴承子系统中的多个传感器的任一个，均可以按照本实施例的方法进行冗余控制。在本实施例中，为便于描述，以X+位移传感器作为示例，获取X+位移传感器在当前检测周期内的检测信号，以及存储器中存储的在本周期之前相邻的上一周期的检测信号。

步骤S402，计算本周期的检测信号和上一周期的检测信号之间的变化量，并将变化量与预设的第一阈值进行比较。

具体的，将本周期的检测信号和上一周期的检测信号相减，计算出变化量，再将变化量与预设的第一阈值进行比较，判断二者的大小关系。其中，第一阈值是预设的变化量阈值，可以预先结合大量实验和专家知识等方式确定传感器处于正常运行状态下，相邻两个周期检测信号最大的变化量阈值。

步骤S403，在变化量小于等于第一阈值的情况下，获取任一传感器在同一坐标轴的另一方向上的对应传感器本周期的检测信号，并将任一传感器本周期的检测信号与对应传感器本周期的检测信号进行差分处理。

具体的，在变化量小于等于第一阈值的情况下，表明X+位移传感器运行正常，则获取X+位移传感器在同一坐标轴的另一方向上的对应传感器，即X-位移传感器在本周期的检测信号，将这两个检测信号进行差分处理，从而可以得到X位移信号。

步骤S404，在变化量大于第一阈值的情况下，计算任一传感器和对应传感器在上一周期的检测信号的均值，并将均值与对应传感器本周期的检测信号进行差分处理。

具体的，在变化量大于第一阈值的情况下，表明X+位移传感器可能出现异常，则计算X+位移传感器和对应传感器（即X-位移传感器）在上一周期的两个检测信号的均值，并将该均值与对应传感器（即X-位移传感器）在本周期的检测信号进行差分处理，将差分结果作为X位移信号输出。

由此，本实施例在任一传感器发生故障时仍能输出相应的位移信号进行后续的控制，提高了磁轴承控制的连续性和稳定性。

需要说明的是，如上述实施例所述，在本申请中主处理器20和副处理器30均可以进行上述控制信号的计算和传感器的冗余控制。则在本申请一个实施例中，可以结合副处理器30的计算分析结果检测主处理器20是否发生故障，以便在主处理器20故障时代替主处理器20进行磁轴承的控制。下面结合图5和图6进行详细说明。

具体的，如图6所示，在主处理器20和副处理器30接收到传感器发送的位移信号后，分别进行计算分析，获得各自的计算分析的结果，在本实施例中，该计算分析的结果包括对磁轴承的PWM控制信号，即正常运行状态下主处理器20和副处理器30可以均进行上述实施例中控制信号的计算，同时副处理器30还可执行上述实施例中的监测分析等功能。在获得计算分析的结果之后，副处理器30可执行图5所示的运行方法。图5为本申请实施例提出的一种双处理器的运行方法的流程示意图，如图5所示，该方法包括：

步骤S501，比较主处理器和副处理器的计算分析结果是否一致，在不一致的情况下，向监控设备发送告警指令。

具体的，将主处理器20和副处理器30的计算结果进行比较，当二者一致时，判定主处理器20运行正常，再借助FPGA70输出控制信号，当不一致时可由副处理器30进行冗余控制，同时向监控设备60发送告警指令。

需要说明的是，在本实施例中，当二者不一致时，可以先借助其他方式判定副处理器30是否处于正常运行状态，在确定副处理器30正常时则判定主处理器20故障。具体实现方式可以根据实际情况确定，举例而言，可以预先设置两个副处理器30，通过将三个处理器两两比较的方式，若两个副处理器30的计算结果一致则说明主处理器20故障。或者，还可以通过预设的副处理器30的故障检测设备检测副处理器30是否正常。

步骤S502，在一致的情况下，判断主处理器的计算分析结果是否在由历史数据和预设的第二阈值限定的范围内。

具体的，在本步骤中判断按照主处理器20的计算出的控制信号控制磁轴承转子11运行后，磁轴承转子11的运行状况是否与之前的运行状况相符合。

作为第一种示例，可以从存储器50中读取磁轴承转子11历史的运行轨迹，第二阈值可以视为允许的运行偏差阈值，则根据历史数据和预设阈值限定了一个磁轴承转子11正常运行的范围。再根据主处理器20当前的计算分析结果确定，假设根据该信号控制磁轴承转子11运行后，磁轴承转子11的运行轨迹，判断运行轨迹是否在运行范围内。

作为第二种示例，可以从存储器50中读取历史的正常运行状态下的控制信号，第二阈值可以视为允许的信号数值的偏差阈值，则根据历史数据和预设阈值限定了一个控制信号数值的范围，再判断主处理器20当前的计算分析结果是否在该范围内。

步骤S503，在连续预设数量个周期内主处理器的计算分析结果均不在范围内的情况下，排除除主处理器发生故障之外的其他故障后，由副处理器代替主处理器控制磁轴承子系统。

具体的，在连续N个周期内主处理器的计算分析结果均不在范围内的情况下，则表明主处理器20的计算结果不准确，在排除其他可能发生的导致该结果的故障后，确定主处理器20计算结果异常，进而由副处理器30进行冗余控制。本实施例通过对多个周期的结果进行分析避免突发情况的影响，提高判断结果的准确性，预设的判定周期的数量可以根据判定结果的精度要求等实际因素确定。

进而，在均符合上述判定条件的情况下，由主处理器20输出控制信号，否则，由副处理器30输出控制信号，即在故障时对主处理器20进行检修，仅由副处理器30执行上述实施例中控制信号的计算过程和传感器的冗余控制。

由此，本申请实施例的方法，通过两个步骤的判断，检测主处理器20是否故障，提高故障检测的准确性。并在主处理器20故障时通过副处理器30进行冗余控制，提高磁轴承运行的可靠性。

在本申请一个实施例中，在实际运行时，如图7所示，该控制系统还包括：差动检测电路80和变送器90。

其中，差动检测电路80的输入端与多个传感器13连接，差动检测电路80的输出端与变送器90的输入端连接，变送器90的输出端与主处理器20的输入端和副处理器30的输入端连接。

在本实施例中，差动检测电路80可以是差动电桥的形式，实现传感器的差动检测。通过变送器90传输检测信号。且在本实施例中处理器可以通过差动输出的方式向各个功率放大器40输出控制信号，通过差动输出的方式提高传输信号的抗干扰性，抑制可能的电磁噪声，提高时序定位的精确性。

综上所述，本申请实施例的磁轴承的控制系统，在正常控制磁轴承运行的处理器之外还设置了一个副处理器，通过副处理器进行故障检测、诊断分析和冗余控制等功能。具体是在正常运行状态下，副处理器执行检测功能，将处理的历史数据存储至存储器用于故障分析，并基于将主、副处理器根据传感器的检测数据计算出的结果进行比较，判断主处理器是否故障。当判定主处理器故障时，副处理器可以停止检测功能切换到控制功能，以代替主处理器实现了冗余控制。并且该系统不需要借助外部设备即可实现对系统内各部件的实时监控，还可以在故障时向相关工作人员发出告警。由此，该系统基于双处理提高控制系统的冗余性，在系统发生故障时仍可以正常对磁轴承进行控制，可以保证磁轴承系统稳定、可靠的运行，通过预警和监控有利于及时排除系统中发生的故障，提高系统设备的安全性。

为了实现上述实施例，本申请实施例还提出一种电子设备。图8为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

如图8所示，该电子设备1000可包括如上述实施例所述的磁轴承的控制系统200。在本申请实施例中, 电子设备1000可以是任意一种运用磁轴承的设备,比如, 鼓风机、压缩机和飞轮储能系统等。

举例而言，当电子设备1000为飞轮储能单机时，本实施例中的磁轴承的控制系统中的电磁轴承与复合材料的飞轮连接，再由飞轮与飞轮芯轴等组件连接，具体连接方式可参照相关技术中应用方式。磁轴承的控制系统中的双处理器等组件在本实施例中可以设置在飞轮储能单机的腔体内部以对电磁轴承进行控制，具体控制方式可以参照上述实施例中的相关描述，此处不再赘述。

由此，对于设置了本申请实施例的磁轴承的控制系统的飞轮储能单机，当磁轴承中的部件或控制其运行的核心部件发生故障时，可以对电磁轴承进行冗余控制，能够持续保证飞轮储能正常、稳定的运行，并且可以及时告知相关运维人员排除故障，保证飞轮储能单机的安全性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征 “上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种磁轴承的控制系统，其特征在于，包括：磁轴承子系统、主处理器、副处理器、多个功率放大器、存储器和监控设备，所述磁轴承子系统包括：磁轴承转子、多个磁轴承定子和多个传感器，其中，

每个所述磁轴承定子对应一个所述传感器和一个所述功率放大器, 所述多个传感器与所述主处理器的输入端以及所述副处理器的输入端连接，所述多个传感器，用于检测所述磁轴承转子在不同方向上的位移信号；

所述主处理器的输入端和所述副处理器的输入端还与上位机连接以接收外部控制指令，所述主处理器的输出端和所述副处理器的输出端，与所述多个功率放大器的输入端连接，所述主处理器，用于根据接收的所述位移信号和所述外部控制指令生成对所述磁轴承转子的控制信号；

所述副处理器的输出端还与所述存储器和所述监控设备连接，所述副处理器，用于检测所述主处理器是否故障，对故障进行分析诊断，以及在主处理器故障时代替所述主处理器控制所述磁轴承子系统；

每个所述功率放大器的输出端与对应的磁轴承定子连接，所述多个功率放大器，用于根据所述控制信号控制对应的磁轴承定子。

2.根据权利要求1所述的磁轴承的控制系统，其特征在于，所述副处理器，还用于：

根据所述位移信号计算分析出所述磁轴承转子的转速和轨迹图，以及磁轴承转子移动曲线的频谱、幅值和相位。

3.根据权利要求2所述的磁轴承的控制系统，其特征在于，所述副处理器，具体用于：

将计算分析出的数据存储至所述存储器中形成历史数据；

在所述主处理器发生故障时，结合所述历史数据对当前发生的故障进行分析诊断，并向所述监控设备发送告警指令；

所述监控设备，具体用于：实时显示副处理器计算分析出的数据，并在接收到所述告警指令时，根据接收到的所述告警指令发出相应的告警信息。

4.根据权利要求1所述的磁轴承的控制系统，其特征在于，多个磁轴承定子是在二维坐标系中沿X轴的正向和负向布置的两个电磁铁线圈，以及沿Y轴的正向和负向布置的两个电磁铁线圈；

所述多个传感器，包括：X轴正向传感器、X轴负向传感器、Y轴正向传感器和Y轴负向传感器。

5.根据权利要求4所述的磁轴承的控制系统，其特征在于，所述主处理器和所述副处理器，具体用于：

对于任一传感器，获取所述任一传感器本周期的检测信号和上一周期的检测信号；

计算所述本周期的检测信号和所述上一周期的检测信号之间的变化量，并将所述变化量与预设的第一阈值进行比较；

在所述变化量小于等于所述第一阈值的情况下，获取所述任一传感器在同一坐标轴的另一方向上的对应传感器本周期的检测信号，并将所述任一传感器本周期的检测信号与所述对应传感器本周期的检测信号进行差分处理；

在所述变化量大于所述第一阈值的情况下，计算所述任一传感器和所述对应传感器在上一周期的检测信号的均值，并将所述均值与所述对应传感器本周期的检测信号进行差分处理。

6.根据权利要求3所述的磁轴承的控制系统，其特征在于，在所述主处理器和所述副处理器接收到所述位移信号后，分别进行计算分析，在获得计算分析的结果之后，所述副处理器，还用于：

比较所述主处理器和所述副处理器的计算分析结果是否一致，在不一致的情况下，向所述监控设备发送所述告警指令。

7.根据权利要求6所述的磁轴承的控制系统，其特征在于，所述副处理器，还用于：

在一致的情况下，判断所述主处理器的计算分析结果是否在由所述历史数据和预设的第二阈值限定的范围内；

在连续预设数量个周期内所述主处理器的计算分析结果均不在所述范围内的情况下，排除除所述主处理器发生故障之外的其他故障后，代替所述主处理器控制所述磁轴承子系统。

8.根据权利要求1所述的磁轴承的控制系统，其特征在于，还包括：

现场可编程逻辑门阵列FPGA，所述现场可编程逻辑门阵列FPGA的输入端与所述主处理器的输出端和所述副处理器的输出端连接，所述现场可编程逻辑门阵列FPGA的输出端与所述多个功率放大器的输入端连接，所述现场可编程逻辑门阵列FPGA，用于根据所述主处理器和所述副处理器的计算分析结果生成所述控制信号。

9.根据权利要求1所述的磁轴承的控制系统，其特征在于，还包括：差动检测电路和变送器，其中，

所述差动检测电路的输入端与所述多个传感器连接，所述差动检测电路的输出端与所述变送器的输入端连接，所述变送器的输出端与所述主处理器的输入端和所述副处理器的输入端连接。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的磁轴承的控制系统。

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