专利名称：一种抑制磁力轴承系统高频振荡的控制方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及轴承系统的控制技术领域，尤其涉及一种抑制磁力轴承系统高频振荡的控制方法及系统。
背景技术：
磁力轴承系统是一种无摩擦、不需润 滑的轴承系统，适用于某些具有特殊需求的旋转机械，目前磁力轴承的应用已日益广泛。磁力轴承系统工作时，转子受电磁力作用而保持在悬浮状态，与定子组件无接触。磁力轴承本身是不稳定的，因此需要实时地根据转子的位置调节电磁力，才能保证转子稳定地悬浮在工作位置。磁力轴承的电磁力的调节是通过调节轴承电流实现的。磁力轴承控制器通过传感器检测到的转子位移，实时地调节磁力轴承的电磁力，以实现转子的稳定悬浮。受到结构限制，位移传感器通常无法与磁力轴承布置在同一位置，二者沿转子轴向有一定的距离。在这种情况下，转子的某个弯曲模态的节点有可能正好位于传感器与轴承之间，也就是说，在这个弯曲模态下，传感器测量到的位移与轴承处的实际位移方向相反。此时，整个磁力轴承系统在该固有频率附近形成了正反馈，可能出现与该模态固有频率接近的振荡。此外，磁力轴承系统各环节本质上是非线性的，而控制器设计中通常将其简化为线性模型，这种简化可能引起系统振荡；大型磁力轴承系统的传感器引出线和磁力轴承动力线通常较长，当电磁兼容设计不合理时可能馈入某些特定频率的干扰信号，也可能引发系统振荡。上述振荡源一般难以从根源上进行抑制，因此需要在控制算法中需要对这些振荡源弓I发的振荡加以抑制。
发明内容
(一)技术问题本发明解决了现有技术中磁力轴承系统中由传感器噪声、转子弯曲模态、系统非线性等引起的高频振动。(二)技术方案本发明提供一种磁力轴承控制系统，其包括有转子，还包括位置监测单元，用于记录转子位置振荡波形，并计算振荡频率4 ；参数计算单元，用于根据系统振荡频率4计算高频振荡抑制参数；位移传感器单元，用于采集转子的位移值；高频振荡抑制模块，用于根据所述位移值和所述高频振荡抑制参数计算经过高频抑制后的信号；转子位置控制模块，用于根据所述经过高频抑制后的信号计算磁力轴承组件所需的电流值；转子悬浮单元，用于根据所述电流值悬浮所述转子。可选的，该系统还包括振荡判断单元，用于判断磁力轴承是否发生振荡。
可选的，在发生振荡的情况下，启动所述转子位置检测单元和高频振荡抑制单元。本发明还提供一种磁力轴承控制方法，其包括如下步骤SI.记录转子位置振荡波形，并根据所述振荡波形计算振荡频率4 ;S2.根据所述振荡频率4计算高频振荡抑制单元参数；S3.采集转子的位移值；S4.根据所述位移值和高频振荡抑制单元参数计算经过高频抑制后的信号；S5.根据所述经过高频抑制后的信号计算磁力轴承所需的电流值；S6.根据所述电流值悬浮所述转子。可选的，在步骤S6之后还包括步骤S7.判断磁力轴承是否发生高频振荡，如果是，则返回步骤S2，如此循环，直至系统不发生高频振荡为止。可选的，在所述步骤S2中计算高频振荡抑制模块参数的步骤如下S61.设定采样周期Ts、滤波器阶数N、陷波深度R以及阻带半频宽fB ；S62.设计采样时间为Ts、阶数为N、通带上边沿频率为W通带下边沿频率为阻带最小增益为-R的数字带阻滤波器，记其Z传递函数为
权利要求
1.一种磁力轴承控制系统，其包括有转子，其特征在于还包括位置监测单元，用于记录转子位置振荡波形，并计算振荡频率4;参数计算单元，用于根据系统振荡频率4计算高频振荡抑制参数；位移传感器单元，用于采集转子的位移值； 高频振荡抑制模块，用于根据所述位移值和所述高频振荡抑制参数计算经过高频抑制后的信号； 转子位置控制模块，用于根据所述经过高频抑制后的信号计算磁力轴承组件所需的电流值； 转子悬浮单元，用于根据所述电流值悬浮所述转子。
2.如权利要求I所述的磁力轴承控制系统，其特征在于还包括振荡判断单元，用于判断磁力轴承是否发生振荡。
3.如权利要求2所述的磁力轴承控制系统，其特征在于在发生振荡的情况下，启动所述转子位置检测单元和高频振荡抑制单元。
4.一种磁力轴承控制方法，其特征在于包括如下步骤 51.记录转子位置振荡波形，并根据所述振荡波形计算振荡频率4； 52.根据所述振荡频率4计算高频振荡抑制单元参数； 53.采集转子的位移值； 54.根据所述位移值和高频振荡抑制单元参数计算经过高频抑制后的信号； 55.根据所述经过高频抑制后的信号计算磁力轴承所需的电流值； 56.根据所述电流值悬浮所述转子。
5.如权利要求4所述的磁力轴承控制方法，其特征还在于在步骤S6之后还包括步骤 57.判断磁力轴承是否发生高频振荡，如果是，则返回步骤S2，如此循环，直至系统不发生高频振荡为止。
6.如权利要求4所述的磁力轴承控制方法，其特征还在于，在所述步骤S2中计算高频振荡抑制模块参数的步骤如下 561.设定采样周期Ts、滤波器阶数N、陷波深度R以及阻带半频宽fB； 562.设计采样时间为Ts、阶数为N、通带上边沿频率为f^fB、通带下边沿频率为阻带最小增益为-R的数字带阻滤波器，记其z传递函数为开 式中的a2，- ,a^ + ^b!, "·，132Ν + 1为所述的高频振荡抑制模块参数。
7.如权利要求6所述的磁力轴承控制方法，其特征还在于， 其特征还在于，所述步骤S4进一步包括 541.初始化迭代步数k=0,信号缓存xB(l)= Xb⑵=···= xb(2N)=0,输出缓存Ub(I)=ub(2)〕..= ub (2N) =O ；542.令k=k+l ； 543.通过所述的转子位移传感器采集转子位移x(k)； 544.计算经过高频抑制后的信号Xe (k) =Id1X (k) +b2uB ⑴ +…+b2N + (2N) _a2xB (I)-----a2N + (2N).
8.如权利要求7所述的磁力轴承控制方法，其特征还在于，所述步骤S7包括 S71.按照下式进行缓存移位Ub (2N) =Ub (2N-1)，…，Ub ⑵=Ub ⑴，Ub (I) =X (k)Xb (2N) =XB(2N-1),…，Xb (2) =Xb(I), Xb (I) =Xe(k)S72.返回步骤S42。
9.如权利要求4所述的磁力轴承控制方法，其特征还在于在步骤SI之前还包括SO.判断磁力轴承是否发生振荡，在发生振荡的情况下执行所述步骤SI。
全文摘要
本发明提供一种磁力轴承控制系统及方法，所述磁力轴承控制系统包括有转子，其特征在于还包括位置监测单元，用于记录转子位置振荡波形，并计算振荡频率fO；参数计算单元，用于根据系统振荡频率fO计算高频振荡抑制参数；位移传感器单元，用于采集转子的位移值；高频振荡抑制模块，用于根据所述位移值和所述高频振荡抑制参数计算经过高频抑制后的信号；转子位置控制模块，用于根据所述经过高频抑制后的信号计算磁力轴承组件所需的电流值；转子悬浮单元，用于根据所述电流值悬浮所述转子。本发明通过在控制器中对信号进行预处理，减小对特定频率的信号的放大倍数，消除了磁力轴承中的可能存在的高频振荡，尤其适合于解决难以从根源上消除的高频振荡问题。
文档编号G05B19/04GK102799125SQ20121030165
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月22日 优先权日2012年8月22日
发明者孙喆, 石磊, 时振刚, 刘兴男, 赵晶晶 申请人:清华大学