一种坐标变换下磁悬浮轴承位置测量误差计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于径向主动磁悬浮轴承控制技术领域，具体涉及一种基于坐标变化的磁 悬浮轴承位置测量误差计算方法。
【背景技术】
[0002] 磁悬浮轴承是一种结合了转子动力学、控制工程基础等多门学科的机电一体化产 品，是一种使转子与定子之间无接触、无摩擦的新式支撑设备，具有无机械接触、无摩擦、无 磨损、长寿命、免润滑、高效率、低噪音等优点，是典型的高技术产品。国外，磁悬浮轴承被广 泛用于能源交通、机械制造、航空航天等领域，并逐渐成为极端特殊环境下首选或唯一可选 的轴承技术。
[0003] 磁悬浮轴承是一种精度较高的装置，转子与磁轴承间的气隙常常在几十微米到几 毫米范围内，而且转子的实时位置信号依赖位移传感器来检测，因此为满足控制系统能够 及时、快速的响应的特点，位移传感器需要较高的精度。电涡流传感器利用检测线圈与被测 导体之间的涡流效应进行测量，具有非接触测量、灵敏度高、频响特性好、抗干扰能力强，线 性度好等优点，因此一般磁悬浮轴承系统使用电涡流位移传感器。而传感器的安装位置和 安装角度对测量和控制系统会产生影响，理论上只要有错开的角度，两个传感器即可表征 转子的坐标信息；但若传感器的布置方位与磁极的夹角不是(0°、90°、180°、270°)时，所以 为了得出转子精确的坐标信息，需要进行坐标转换将传感器测量坐标系中的转子坐标信息 转换到磁悬浮轴承控制坐标系中得出转子的精确坐标信息（即转子在磁极方向的位移量）。 当位置传感器并未安装在测量自由度时，常通过坐标变换的方式获得转子的精确位置信 息。
【发明内容】
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[0004] 为了克服上述【背景技术】的缺陷，本发明提供一种坐标变换下磁悬浮轴承位置测量 误差计算方法，考虑了不理想的位置传感器安装，如安装角度误差、安装位置误差、传感器 偏置耦合等对转子位置测量精度的影响，解决了【背景技术】中所存在的问题。
[0005] 为了解决上述技术问题本发明的所采用的技术方案为：
[0006] -种坐标变换下磁悬浮轴承位置测量误差计算方法，包括：
[0007] 步骤1，不考虑误差，建立理想情况下控制坐标系中转子轴心位置的偏移量矩阵 T0；
[0008] 步骤2,计入磁悬浮轴承安装角度和位置误差，得到计入磁悬浮轴承安装角度和位 置误差的控制坐标系中转子轴心位置的偏移量矩阵T1和T 4;
[0009] 步骤3,计入磁悬浮轴承安装角度和位置误差，以及传感器耦合对Z轴方向产生的 偏移误差，得到进一步计入传感器耦合对Z轴方向产生的偏移误差的控制坐标系中转子轴 心位置的偏移量矩阵T2;
[0010] 步骤4,计入磁悬浮轴承安装角度和位置误差、传感器耦合对Z轴方向产生的偏移 误差，以及传感器耦合对X轴和Y轴方向产生的偏移误差，得到进一步计入传感器耦合对X轴 和Y轴方向产生的偏移误差的控制坐标系中转子轴心位置的偏移量矩阵T3;
[0011]步骤5,计算控制坐标系中转子轴心位置的实际偏移量矩阵C = T1T2T3E+T4，E为传 感器检测到的转子中心位置的偏移量矩阵；
[0012]步骤6,控制坐标系中转子轴心位置的实际偏移量矩阵C减去理想情况下控制坐标 系中转子轴心位置的偏移量矩阵TO即为坐标变化下磁悬浮轴承位置测量误差。
[0013] 较佳地，步骤1设置两个轴承，每个轴承分别对应设置两个传感器，则理想情况下 控制坐标系中转子轴心位置的偏移量矩阵
[0015] 其中，γ Q1为理想情况下第一轴承磁极中心线与第一传感器测量线的夹角，δ(π为 理想情况下第一轴承磁极中心线与第二传感器测量线的夹角，γ 为理想情况下第二轴承 磁极中心线与第三传感器测量线的夹角，知2为理想情况下第二轴承磁极中心线与第四传感 器测量线的夹角。
[0016] 较佳地，步骤2设置两个轴承，每个轴承分别对应设置两个传感器，则计入磁悬浮 轴承安装角度和位置误差的控制坐标系中转子轴心位置的偏移量矩阵
[0019] 其中，γ 1为考虑传感器安装角度误差时第一轴承磁极中心线与第一传感器测量 线的夹角，S1为考虑传感器安装角度误差时第一轴承磁极中心线与第二传感器测量线的夹 角，γ2为考虑传感器安装角度误差时第二轴承磁极中心线与第三传感器测量线的夹角，δ 2 为考虑传感器安装角度误差时第二轴承磁极中心线与第四传感器测量线的夹角。
[0020] 较佳地，步骤3设置两个轴承，每个轴承分别对应设置两个传感器，且每个轴承所 对应的两个传感器均设置于所对应轴承的外侧，则进一步计入传感器耦合对Z轴方向产生 的偏移误差的控制坐标系中转子轴心位置的偏移量矩阵
[0022]较佳地，步骤3设置两个轴承，每个轴承分别对应设置两个传感器，且每个轴承所 对应的两个传感器均设置于所对应轴承的内侧，则进一步计入传感器耦合对Z轴方向产生 的偏移误差的控制坐标系中转子轴心位置的偏移量矩阵
[0024] 其中，a为第一轴承磁力轴承中心与第一传感器和第二传感器之间的偏移距离;b 为第二轴承磁力轴承中心与第三传感器和第四传感器之间的偏移距离，L为第一轴承和第 二轴承的支承距。
[0025] 较佳地，步骤4设置两个轴承，每个轴承分别对应设置两个传感器，则进一步计入 传感器親合对X轴和Y轴方向产生的偏移误差的控制坐标系中转子轴心位置的偏移量矩阵
[0027] 其中，γ i为考虑传感器安装角度误差时第一轴承磁极中心线与第一传感器测量 线的夹角，S1为考虑传感器安装角度误差时第一轴承磁极中心线与第二传感器测量线的夹 角，γ 2为考虑传感器安装角度误差时第二轴承磁极中心线与第三传感器测量线的夹角，δ2 为考虑传感器安装角度误差时第二轴承磁极中心线与第四传感器测量线的夹角。
[0028] 本发明的有益效果在于:本发明从多个方面考虑安装误差，包括磁悬浮轴承安装 角度和位置误差、传感器耦合对Z轴方向产生的偏移误差，以及传感器耦合对X轴和Y轴方向 产生的偏移误差，依据一种可通用的从测量坐标系到控制坐标系的坐标转换的方法从而求 得坐标变换下磁悬浮轴承位置测量误差。不仅在平面内考虑传感器安装过程中存在的角度 误差与位置误差的影响而且在整个空间测量系统内部考虑到了传感器偏置耦合的影响，得 到的结果更加精确。
【附图说明】
[0029]图1为理想情况时测量坐标系与控制坐标系的坐标转换示意图
[0030] 图2为传感器安装角度与位置影响时测量坐标系与控制坐标系的坐标转换示意 图。
[0031] 图3为传感器外置时，Z轴方向传感器耦合对坐标转换的影响示意图。
[0032] 图4为Χ，Υ轴方向，传感器耦合对坐标转换的影响示意图。
[0033]图5为传感器内置时，Z轴方向传感器耦合对坐标转换的影响示意图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
[0035]实施例1，一种坐标变换下磁悬浮轴承位置测量误差计算方法，以设置两个四磁极 径向磁悬浮轴承，记为第一轴承和第二轴承，第一轴承对应第一传感器和第二传感器，第二 轴承对应第三传感器和第四传感器，本实施例以第一传感器和第二传感器以45°设置于第 一轴承的外侧，第三传感器和第四传感器以45°设置于第二轴承的外侧，本实施例中的轴承 为磁力