一种磁悬浮轴承的控制装置、磁悬浮轴承及其控制方法与流程

本发明属于磁悬浮技术领域，具体涉及一种磁悬浮轴承的控制装置、磁悬浮轴承及其控制方法，尤其涉及一种磁悬浮轴承不平衡振动控制装置、具有该装置的磁悬浮轴承、以及该磁悬浮轴承的不平衡振动控制方法。

背景技术：

磁悬浮技术当前飞速发展，磁悬浮转轴运行在无机械接触的环境中，因而可轻易实现高转速、超高转速的旋转，在理想情况下，转子几何中心与质心(即质量中心)如图1所示是完全重合的，在这种理想情况下，当磁悬浮转轴在旋转时，始终以几何中心为原点对称旋转，在这种旋转状态下，对于转轴的控制无疑是极其理想的状态。然而由于加工、材料密度分布等种种因素，转子的几何中心与质心并不完全重合，如图2所示，在这种情况下，由于转轴几何中心与质心不一致，转轴一方面要使几何中心定位于定子中心位置，另一方面转轴受力点位于质心位置，会造成转轴围绕中心位置的公转运动，从而加大悬浮绕组的控制难度。

对于上述图2的转轴由于转子不平衡所产生的运动情况，通常称之为不平衡扰动，针对磁悬浮转轴的不平衡扰动情况，在几何中心与质心无法一致的情况下，为了减少由于不平衡扰动带来的影响，提高悬浮转轴的稳定性，针对磁悬浮转轴旋转的不平衡扰动的控制就很有必要。

现有技术中，存在不平衡扰动大、控制难度大和运行稳定性差等缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对上述缺陷，提供一种磁悬浮轴承的控制装置、磁悬浮轴承及其控制方法，以解决现有技术中转子不平衡导致磁悬浮轴承的不平衡扰动大的问题，达到不平衡扰动小的效果。

本发明提供一种磁悬浮轴承的控制装置，包括：位移反馈模块和陷波不平衡振动控制器；其中，所述位移反馈模块，用于采集所述磁悬浮轴承的磁悬浮转轴的位移信息；其中，所述位移信息，包括：围绕所述磁悬浮转轴的几何中心旋转的旋转位移信息，以及围绕所述磁悬浮转轴的质心旋转的不平衡位移信息；所述陷波不平衡振动控制器，用于将所述位移信息中的所述不平衡位移信息进行补偿处理，得到有效位移信息。

可选地，其中，所述陷波不平衡振动控制器，设置于所述位移反馈模块所属位移反馈回路中，或设置于所述磁轴承控制器的前端；和/或，所述陷波不平衡振动控制器，包括：陷波器；所述陷波器的陷波深度为7.96db到60db；和/或，所述陷波不平衡振动控制器将所述位移信息中的所述不平衡位移信息处理成有效位移信息，包括：通过2阶滤波器，滤出所述位移信息中的所述不平衡位移信息，剩余信息即为所述有效位移信息。

可选地，还包括：比较器；当所述陷波不平衡振动控制器设置于所述位移反馈回路中时，所述比较器，用于将所述陷波不平衡振动控制器直接对所述位移信息进行补偿处理后的所述有效位移信息，与给定位置信号进行比较后，送入所述磁悬浮轴承的磁轴承控制器中；或者，当所述陷波不平衡振动控制器设置于所述磁轴承控制器的前端时，所述比较器，还用于将所述位移反馈模块直接反馈的所述位移信息与给定位置信号进行比较后，送入所述陷波不平衡振动控制器，以使所述陷波不平衡振动控制器对所述比较所得结果进行补偿处理后，将所述补偿处理所得结果送入所述磁悬浮轴承的磁轴承控制器中。

可选地，其中，所述位移反馈回路，包括：负反馈回路；和/或，当所述陷波不平衡振动控制器设置于所述位移反馈回路中时，所述陷波不平衡振动控制器处理的所述不平衡位移信息，包括：所述位移反馈模块直接反馈的反馈信号；和/或，当所述陷波不平衡振动控制器设置于所述磁轴承控制器的前端时，所述陷波不平衡振动控制器处理的所述不平衡位移信息，还包括：所述比较器基于所述位移反馈模块直接反馈的所述位移信息和所述给定位置信息进行比较后输出的误差信号。

可选地，所述陷波不平衡振动控制器是基于所述磁悬浮轴承所属系统的运行频率构建得到的，具体包括：频率采集模块，用于获取所述磁悬浮轴承所属系统的运行频率；构建模块，用于以所述运行频率为所述陷波不平衡振动控制器的中心频率，以设定带宽为所述陷波不平衡振动控制器的运行带宽，并根据所述磁悬浮轴承的不平衡振动控制需求和/或补偿效果需求设置所述陷波不平衡振动控制器的陷波深度。

可选地，所述构建模块根据所述磁悬浮轴承的补偿效果需求设置所述陷波不平衡振动控制器的陷波深度，包括：以1减去所述补偿效果需求的差值的对数的第一设定系数倍，作为所述陷波不平衡振动控制器的陷波深度。

可选地，还包括：所述频率采集模块，还用于获取所述磁悬浮转轴的实际旋转频率、以及所述陷波不平衡振动控制器的补偿频率；监测模块，用于确定所述补偿频率与所述实际旋转频率的第一差值的第一绝对值是否小于所述设定带宽，若所述第一绝对值小于所述设定带宽，则确定所述陷波不平衡振动控制器能够满足所述补偿效果需求；和/或，还用于确定所述中心频率与所述实际旋转频率的第二差值的第二绝对值是否小于所述设定带宽的第二设定系数倍，若所述第二绝对值小于所述设定带宽的所述第二设定系数倍，则确定所述陷波不平衡振动控制器依然能够进行所述补偿处理。

与上述装置相匹配，本发明另一方面提供一种磁悬浮轴承，包括：以上所述的磁悬浮轴承的控制装置。

与上述磁悬浮轴承相匹配，本发明再一方面提供一种磁悬浮轴承的控制方法，包括：采集所述磁悬浮轴承的磁悬浮转轴的位移信息；其中，所述位移信息，包括：围绕所述磁悬浮转轴的几何中心旋转的旋转位移信息，以及围绕所述磁悬浮转轴的质心旋转的不平衡位移信息；通过陷波不平衡振动控制器，将所述位移信息中的所述不平衡位移信息进行补偿处理，得到有效位移信息。

可选地，其中，所述陷波不平衡振动控制器，设置于所述磁悬浮轴承的磁悬浮转轴的位移反馈回路中，或设置于所述磁悬浮轴承的磁轴承控制器的前端；和/或，所述陷波不平衡振动控制器，包括：陷波器；所述陷波器的陷波深度为7.96db到60db；和/或，将所述位移信息中的所述不平衡位移信息处理成有效位移信息，包括：通过2阶滤波器，滤出所述位移信息中的所述不平衡位移信息，剩余信息即为所述有效位移信息。

可选地，其中，所述位移反馈回路，包括：负反馈回路；和/或，当所述陷波不平衡振动控制器设置于所述位移反馈回路中时，所述陷波不平衡振动控制器处理的所述不平衡位移信息，包括：所述位移反馈模块直接反馈的反馈信号；和/或，当所述陷波不平衡振动控制器设置于所述磁轴承控制器的前端时，所述陷波不平衡振动控制器处理的所述不平衡位移信息，还包括：所述比较器基于所述位移反馈模块直接反馈的所述位移信息和所述给定位置信息进行比较后输出的误差信号。

可选地，还包括：将所述陷波不平衡振动控制器直接对所述位移信息进行补偿处理后的所述有效位移信息，与给定位置信号进行比较后，送入所述磁轴承控制器中；或者，将所述位移反馈模块直接反馈的所述位移信息与给定位置信号进行比较后，送入所述陷波不平衡振动控制器，以使所述陷波不平衡振动控制器对所述比较所得结果进行补偿处理后，将所述补偿处理所得结果送入所述磁轴承控制器中；和/或，获取所述磁悬浮轴承所属系统的运行频率；以所述运行频率为所述陷波不平衡振动控制器的中心频率，以设定带宽为所述陷波不平衡振动控制器的运行带宽，并根据所述磁悬浮轴承的不平衡振动控制需求和/或补偿效果需求设置所述陷波不平衡振动控制器的陷波深度。

可选地，根据所述磁悬浮轴承的补偿效果需求设置所述陷波不平衡振动控制器的陷波深度，包括：以1减去所述补偿效果需求的差值的对数的第一设定系数倍，作为所述陷波不平衡振动控制器的陷波深度。

可选地，还包括：获取所述磁悬浮转轴的实际旋转频率、以及所述陷波不平衡振动控制器的补偿频率；确定所述补偿频率与所述实际旋转频率的第一差值的第一绝对值是否小于所述设定带宽，若所述第一绝对值小于所述设定带宽，则确定所述陷波不平衡振动控制器能够满足所述补偿效果需求；和/或，确定所述中心频率与所述实际旋转频率的第二差值的第二绝对值是否小于所述设定带宽的第二设定系数倍，若所述第二绝对值小于所述设定带宽的所述第二设定系数倍，则确定所述陷波不平衡振动控制器依然能够进行所述补偿处理。

本发明的方案，通过使用陷波不平衡振动控制器进行直接控制，而非进行前馈的位移补偿，达到对不平衡振动的有效控制，降低由不平衡振动引起的噪音。

进一步，本发明的方案，通过陷波深度可自由设计以满足不平衡振动控制需求，可以提升控制的灵活性和通用性，扩大控制范围。

进一步，本发明的方案，通过设计陷波深度可调的陷波不平衡振动控制器，对位移信号进行直接控制处理，达到对不平衡振动的有效控制，降低由不平衡振动引起的噪音，提高系统稳定性，降低系统损耗。

进一步，本发明的方案，通过设计陷波器，并基于该陷波器设计出不同于lms自适应补偿器的陷波不平衡振动控制器，实时对位置信息中由于不平衡原因造成的不平衡位置信息进行直接运算后再送入控制器，以达到不平衡振动控制的目的。

由此，本发明的方案，通过使用陷波不平衡振动控制器，对位移信号进行直接控制处理，达到对不平衡振动的有效控制，解决现有技术中转子不平衡导致磁悬浮轴承的不平衡扰动大的问题，从而，克服现有技术中不平衡扰动大、控制难度大和运行稳定性差的缺陷，实现不平衡扰动小、控制难度小和运行稳定性好的有益效果。

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为磁悬浮转子几何中心与质心重合的一实施例的结构示意图；

图2为磁悬浮转子几何中心与重心不重合的一实施例的结构示意图；

图3为lms自适应补偿算法的一实施例的控制框图；

图4为本发明的磁悬浮轴承的控制装置中陷波不平衡振动控制器位于位移反馈回路的一实施例的控制框图；

图5为本发明的磁悬浮轴承的控制装置中陷波不平衡振动控制器在磁轴承控制器前端的一实施例的控制框图；

图6为本发明的磁悬浮轴承的控制装置中滤波器(即陷波器)的一实施例的结构示意图；

图7为本发明的磁悬浮轴承的控制装置中二阶滤波器(即二阶陷波器)的一实施例的结构示意图。

结合附图，本发明实施例中附图标记如下：

1-比较器；2-磁轴承控制器；3-磁悬浮转轴；4-陷波不平衡振动控制器；5-位移反馈模块。

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。

近年来针对不平衡扰动的控制，研究和应用最多的是基于lms(leastmeansquare算法，最小均方算法)的自适应不平衡补偿算法，利用lms算法构造lms补偿器对不平衡振动进行补偿，lms补偿算法虽然在额定频率下的不平衡补偿效果明显，但是也存在明显的不足：

⑴当不平衡补偿频率发生偏差时，进行不平衡补偿效果不佳，无法对由于不平衡扰动产生的振动进行有效抑制。

例如：假设转轴实际旋转的频率为f1，陷波补偿的频率为f2，理想情况下当然是f2＝f1。但实际并非如此，有两种情况：①实际的旋转频率f1有波动，当波动足够小时，可以忽略误差；当波动很大时，陷波补偿无法起作用。②检测到的f2由于采样等因素造成检测的不准确。可见，当不平衡补偿频率发生偏差时，由于陷波是对单一频率有作用，故而出现偏差时，补偿效果不好或者无法起到补偿效果。

⑵即使在补偿频率测量准确的情况下，如图3所示的lms补偿控制框图，从图3可看出，lms将控制信号先经lms算法进行分离信号，再将两路信号进行合成，最后将合成的补偿信号送入控制前馈端进行控制，从单纯的算法执行角度来看，该算法执行复杂，对mcu的性能要求比较高。

其中，lms补偿的复杂性，在于其算法需要进行多步运算：①提取频率；②生成正弦波；③生成余弦波；④将两种波进行合成；⑤合成后进行补偿。而运算越多、越复杂，mcu运算所消耗的时间越多，对于前述多步运算，需要mcu有很强的运算能力，mcu若运算能力稍弱，则会造成控制的严重滞后。

根据本发明的实施例，提供了一种磁悬浮轴承的控制装置，如图4和图5所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该磁悬浮轴承的控制装置可以包括：位移反馈模块5和陷波不平衡振动控制器4。

在一个可选例子中，所述位移反馈模块5，可以用于采集所述磁悬浮轴承的磁悬浮转轴3的位移信息。

例如：采集磁悬浮轴承转子的位移信息，该位移信息里包含位移信息a和位移信息b。

其中，所述位移信息，可以包括：围绕所述磁悬浮转轴3的几何中心旋转的旋转位移信息，以及由于转子不平衡而造成的围绕所述磁悬浮转轴3的质心旋转的不平衡位移信息。

例如：由于不平衡的因素，当磁悬浮转轴旋转在频率为f的情况下，通过采样采集的位移信息包含两部分信息：⑴围绕几何中心的旋转位移信息，简称信息a；⑵由于转子不平衡而造成的频率f围绕质心的不平衡位移信息，简称信息b。

例如：对于信息a包含的位移信息，是磁悬浮转轴实时控制中所需要的有效信息，它反应的是实实在在中心位置的偏移信息；而信息b所包含的信息，对于磁悬浮转轴来讲是一种扰动(即不平衡扰动)。一般来讲信息a是相对固定的，这是由悬浮绕组的控制能力决定的，当悬浮绕组及轴承控制系统确定的情况下，信息a基本确定；而信息b则根据磁悬浮转轴不平衡的程度来决定，不平衡程度越高，信息b在位移信息中所占信息比例越大。

在一个可选例子中，所述陷波不平衡振动控制器4，可以用于将所述位移信息中的所述不平衡位移信息进行补偿处理，得到有效位移信息，以使所述磁悬浮轴承的磁轴承控制器2根据所述有效位移信息对所述磁悬浮转轴3进行控制。

例如：使用陷波不平衡振动控制器进行直接控制，而非进行前馈的位移补偿。

例如：设计陷波深度可调的陷波不平衡振动控制器，对位移信号进行直接控制处理，达到对不平衡振动的有效控制，降低由不平衡振动引起的噪音，提高系统稳定性，降低系统损耗。

例如：对于如下情况：磁悬浮转轴存在不平衡情况，忽略其他扰动存在，旋转频率为f，位移信息中，信息a占比k％，信息b占比(100-k)％，则设计陷波频率为f的陷波不平衡振动控制器，该控制器需直接对位移信息中(100-k)％的不平衡信息进行处理。

例如：位移信息通过陷波不平衡振动控制器，基本完全处理掉位移信息中的信息b。

由此，通过使用陷波不平衡振动控制器对位移信息进行直接控制，可有效降低定频率运转情况下由于不平衡问题产生的振动及噪音问题，且控制结构简单、控制结果可靠性高。

可选地，所述陷波不平衡振动控制器4，设置于所述位移反馈模块1所属位移反馈回路中，或设置于所述磁轴承控制器2的前端。

例如：该陷波不平衡振动控制器的位置可以位于反馈回路(如图4所示)，也可以位于磁轴承控制器前端(如图5所示)。

由此，通过多种设置方式，可以提升对磁悬浮轴承不平衡振动控制的灵活性和可靠性，还可有效降低磁轴承系统的损耗，提高磁轴承控制系统的稳定性。

更可选地，所述位移反馈回路，可以包括：负反馈回路。

由此，通过负反馈回路，可以提升位移反馈的精准性和可靠性，且反馈便捷性好。

更可选地，当所述陷波不平衡振动控制器4设置于所述位移反馈回路中时，所述陷波不平衡振动控制器4处理的所述不平衡位移信息，可以包括：所述位移反馈模块1直接反馈的反馈信号。

更可选地，当所述陷波不平衡振动控制器4设置于所述磁轴承控制器2的前端时，所述陷波不平衡振动控制器4处理的所述不平衡位移信息，还可以包括：所述比较器1基于所述位移反馈模块1直接反馈的所述位移信息和所述给定位置信息进行比较后输出的误差信号。

由此，通过对反馈信号或者误差信号进行直接处理，提高控制系统的效率，优化了整体的控制环路。

可选地，所述陷波不平衡振动控制器4，可以包括：陷波器。所述陷波器的陷波深度为7.96db到60db。

例如：利用陷波滤波器的带阻特性，设计具有特定陷波深度(例如：陷波深度为7.96db到60db)的陷波器，并基于此陷波器设计出不同于lms自适应补偿器的陷波不平衡振动控制器。

例如：采用图3方式的不平衡振动方式，则最优方案为，将频率为f的不平衡位移信息b全部处理成有效位移信息，即设计陷波深度为60db的陷波不平衡振动控制器，可将不平衡信息处理99.9％以上，使位移信息中基本不包含不平衡振动信息。

例如：除陷波深度为60db外的陷波不平衡振动控制器，从陷波深度7.96db到60db之间的陷波不平衡振动控制器均能完成对磁悬浮转轴的不平衡振动的控制。

由此，通过多种陷波深度，可以适用于多种磁悬浮轴承系统，控制灵活性好、通用性强。

可选地，所述陷波不平衡振动控制器4将所述位移信息中的所述不平衡位移信息处理成有效位移信息，可以包括：通过2阶滤波器，滤出所述位移信息中的所述不平衡位移信息，剩余信息即为所述有效位移信息。

例如：对位置信息中由于不平衡原因造成的不平衡位置信息进行直接运算后再送入控制器，可以包括：将原始信息经过一个2阶滤波器，滤出不平衡信息；剩余的信息即为有效信息，送入控制器即可。

由此，通过滤除不平衡位移信息，可解决额定频率下悬浮转子的不平衡振动问题，提升磁悬浮轴承系统运行的稳定性和可靠性。

在一个可选实施方式中，还可以包括：比较器1。

在一个可选例子中，当所述陷波不平衡振动控制器4设置于所述位移反馈回路中时，所述比较器1，可以用于将所述陷波不平衡振动控制器4直接对所述位移信息进行补偿处理后的所述有效位移信息，与给定位置信号进行比较后，送入所述磁悬浮轴承的磁轴承控制器2中，以使所述磁轴承控制器2根据所述比较所得结果对所述磁悬浮转轴3进行控制。

例如：实时对位置信息中由于不平衡原因造成的不平衡位置信息进行直接运算后再送入控制器，以达到不平衡振动控制的目的。

在一个可选例子中，当所述陷波不平衡振动控制器4设置于所述磁轴承控制器2的前端时，所述比较器1，还可以用于将所述位移反馈模块1直接反馈的所述位移信息与给定位置信号进行比较后，送入所述陷波不平衡振动控制器4，以使所述陷波不平衡振动控制器4对所述比较所得结果进行补偿处理后，将所述补偿处理所得结果送入所述磁悬浮轴承的磁轴承控制器2中。

例如：将不平衡扰动所产生的位移信息全部进行处理后再控制。然而在实际中，全部处理也会带来一些问题，故而一般处理60％以上的位移信息b，因而可以根据频率，设计陷波深度为7.96db以上的陷波不平衡振动控制器。

由此，通过比较处理，可解决在频率测量有误差情况下的转轴不平衡振动问题，提升不平衡振动控制的精准性和可靠性。

在一个可选实施方式中，还可以包括：构建模块。

其中，所述陷波不平衡振动控制器4是基于所述磁悬浮轴承所属系统的运行频率构建得到的。

在一个可选例子中，频率采集模块，可以用于获取所述磁悬浮轴承所属系统的运行频率。

例如：获取磁悬浮轴承系统的运行频率f。

在一个可选例子中，构建模块，可以用于以所述运行频率为所述陷波不平衡振动控制器4的中心频率，以设定带宽为所述陷波不平衡振动控制器4的运行带宽，并根据所述磁悬浮轴承的不平衡振动控制需求和/或补偿效果需求设置所述陷波不平衡振动控制器4的陷波深度。

例如：设定陷波不平衡振动控制器中心频率f0＝f，带宽为am，设定带宽深度为60db。

例如：上述所设计的所有陷波不平衡振动控制器，在图4及图5所示的控制环路均能有效进行不平衡振动控制。

由此，通过根据不平衡振动控制需求、补偿效果需求等设置陷波不平衡振动控制器的陷波深度，可以更精准地对磁悬浮轴承进行不平衡振动控制，且灵活性好、可靠性高。

可选地，所述构建模块根据所述磁悬浮轴承的补偿效果需求设置所述陷波不平衡振动控制器4的陷波深度，可以包括：以1减去所述补偿效果需求的差值的对数的第一设定系数倍，作为所述陷波不平衡振动控制器4的陷波深度。

例如：陷波深度可自由设计以满足不平衡振动控制需求。

例如：陷波深度可根据补偿的大小来限定，如需将不平衡信息基本全部补偿，则设计陷波深度为60db的陷波补偿器(此时补偿器补偿效果为99.9％)，若需要设计补偿效果为60％的补偿器，则设计陷波深度为7.96db的陷波补偿器。例如：设补偿效果为x，则设计陷波深度为20×log(1-x)。

由此，通过基于补偿效果设计陷波不平衡振动控制器的陷波深度，设计方式灵活且可靠，有利于提升不平衡控制的精准性和安全性。

在一个可选实施方式中，还可以包括：监测模块。

在一个可选例子中，所述频率采集模块，还可以用于获取所述磁悬浮转轴3的实际旋转频率、以及所述陷波不平衡振动控制器4的补偿频率。

在一个可选例子中，监测模块，可以用于确定所述补偿频率与所述实际旋转频率的第一差值的第一绝对值是否小于所述设定带宽，若所述第一绝对值小于所述设定带宽，则确定所述陷波不平衡振动控制器4能够满足所述补偿效果需求。

例如：将补偿后的位移信号与给定位置信号进行比较后送入磁悬浮轴承控制器，控制器对该误差信号进行处理后实时控制磁悬浮转子，实现转子围绕质心旋转。

由此，通过监测不平衡振动控制是否满足补偿效果需求，可以监控不平衡振动控制的控制效果，有利于进一步提升控制的精准性和可靠性。

在一个可选例子中，监测模块，还可以用于确定所述中心频率与所述实际旋转频率的第二差值的第二绝对值是否小于所述设定带宽的第二设定系数倍，若所述第二绝对值小于所述设定带宽的所述第二设定系数倍，则确定所述陷波不平衡振动控制器4依然能够进行所述补偿处理。

例如：控制过程中若设计中心频率f0与旋转频率f存在偏差，即|f0–f|<0.5am，则该陷波不平衡振动控制器依然可以起作用。

由此，通过设置陷波不平衡振动控制器，对不平衡振动的频率的适应性比较强，即使存在控制中心频率偏移的情况下依然可以很好地进行不平衡振动控制。

经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过使用陷波不平衡振动控制器进行直接控制，而非进行前馈的位移补偿，达到对不平衡振动的有效控制，降低由不平衡振动引起的噪音。

根据本发明的实施例，还提供了对应于磁悬浮轴承的控制装置的一种磁悬浮轴承。该磁悬浮轴承可以包括：以上所述的磁悬浮轴承的控制装置。

在一个可选实施方式中，区别于lms算法的自适应不平衡补偿，本发明在于利用陷波滤波器的带阻特性，设计具有特定陷波深度(例如：陷波深度为7.96db到60db)的陷波器，并基于此陷波器设计出不同于lms自适应补偿器的陷波不平衡振动控制器，该陷波不平衡振动控制器的位置可以位于反馈回路(如图4所示)，也可以位于磁轴承控制器前端(如图5所示)，可实时对位置信息中由于不平衡原因造成的不平衡位置信息进行直接运算后再送入控制器，以达到不平衡振动控制的目的。

例如：本发明中所述的陷波不平衡振动控制器，从本质上来讲，是陷波器的一种，是专门应用于磁悬浮转子不平衡补偿的且具备特定陷波深度的陷波器。本发明中所述的陷波不平衡振动控制器，至少可以具有以下特点：

⑴本发明中陷波不平衡振动控制器的本质为陷波滤波器，且在本发明中是具备特定陷波深度的陷波器。

⑵在本发明中，陷波不平衡振动控制器是应用于磁悬浮转子不平衡补偿的陷波器。

⑶在本发明中，陷波不平衡振动控制器的陷波深度可自由设计，通过设计不同的陷波深度，达到不同的补偿效果，且本发明中优选地设计并使用陷波深度为7.96db到60db的陷波不平衡振动控制器。

⑷在本发明中，陷波不平衡振动控制器的陷波带宽是作为陷波器的自带属性，能够承受一定范围的偏差。

⑸本发明中的陷波不平衡振动控制器，由于算法的实时性要求，可以根据实际需要设置算法。

例如：参见图6和图7所示的例子，x(n)为输入信号，y(n)为输出信号，z表示时域的表达变量。本发明中陷波不平衡振动控制器可以是二阶的，其算法可以使用如下公式：

其中，a1、b1、b1、a2、b2、c2为所设计滤波器的传递函数的系数，该系数可以由所设计滤波器的类型(例如：低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等)、以及滤波器的各项性能参数(例如：截止频率、带宽等)决定。

另外，由上述公式可以推导得到该滤波器的差分方程为：

⑹本发明中的陷波不平衡振动控制器可以使用二阶陷波器，该二阶陷波器可以应用于磁悬浮不平衡补偿及具有特定陷波深度的陷波器。

其中，陷波滤波器(notchfilter)指的是一种可以在某一个频率点迅速衰减输入信号，以达到阻碍此频率信号通过的滤波效果。从通过信号的频率范围的角度讲，陷波滤波器属于带阻滤波器的一种，只是他的阻带非常狭窄。既然陷波滤波器属于带阻滤波器，它的阶数必须是二阶(含二阶)以上。

例如：对位置信息中由于不平衡原因造成的不平衡位置信息进行直接运算后再送入控制器，可以包括：将原始信息经过一个2阶滤波器，滤出不平衡信息；剩余的信息即为有效信息，送入控制器即可。

可见，使用陷波不平衡振动控制器进行直接控制，而非进行前馈的位移补偿；并且，陷波深度可自由设计以满足不平衡振动控制需求，至少可以达到的有益效果可以包括：

⑴可有效降低定频率运转情况下由于不平衡问题产生的振动及噪音问题；其中，振动及噪音由于转子不平衡造成的。

⑵可有效降低磁轴承系统的损耗。

⑶可有效提高磁轴承控制系统的稳定性。

其中，陷波深度可根据补偿的大小来限定，如需将不平衡信息基本全部补偿，则设计陷波深度为60db的陷波补偿器(此时补偿器补偿效果为99.9％)，若需要设计补偿效果为60％的补偿器，则设计陷波深度为7.96db的陷波补偿器。例如：设补偿效果为x，则设计陷波深度为20×log(1-x)。

由此，针对磁悬浮转轴由于几何中心和质心不重合，在高速旋转下产生不平衡振动，区别于以往的lms前馈补偿，设计陷波深度可调的陷波不平衡振动控制器，对位移信号进行直接控制处理，达到对不平衡振动的有效控制，降低由不平衡振动引起的噪音，提高系统稳定性，降低系统损耗。

在一个可选实施方式中，由于不平衡的因素，当磁悬浮转轴旋转在频率为f的情况下，通过采样采集的位移信息包含两部分信息：⑴围绕几何中心的旋转位移信息，简称信息a；⑵由于转子不平衡而造成的频率f围绕质心的不平衡位移信息，简称信息b。

对于信息a包含的位移信息，是磁悬浮转轴实时控制中所需要的有效信息，它反应的是实实在在中心位置的偏移信息；而信息b所包含的信息，对于磁悬浮转轴来讲是一种扰动(即不平衡扰动)。一般来讲信息a是相对固定的，这是由悬浮绕组的控制能力决定的，当悬浮绕组及轴承控制系统确定的情况下，信息a基本确定；而信息b则根据磁悬浮转轴不平衡的程度来决定，不平衡程度越高，信息b在位移信息中所占信息比例越大。

其中，由悬浮绕组功率驱动级供电，是用来给转子施加电磁力，矫正电机转子的位置。电机在运行中，正常情况下，转子应稳定地悬浮于定子中，此时，传感器的输出为目标输出，这套绕组称为悬浮绕组。

对于如下情况：磁悬浮转轴存在不平衡情况，忽略其他扰动存在，旋转频率为f，位移信息中，信息a占比k％，信息b占比(100-k)％，则设计陷波频率为f的陷波不平衡振动控制器，该控制器需直接对位移信息中(100-k)％的不平衡信息进行处理。

采用图3方式的不平衡振动方式，则最优方案为，将频率为f的不平衡位移信息b全部处理成有效位移信息，即设计陷波深度为60db的陷波不平衡振动控制器，可将不平衡信息处理99.9％以上，使位移信息中基本不包含不平衡振动信息。其具体实施过程如下：

⑴获取磁悬浮轴承系统的运行频率f。

⑵设定陷波不平衡振动控制器中心频率f0＝f，带宽为am，设定带宽深度为60db。

⑶采集磁悬浮轴承转子的位移信息，该位移信息里包含位移信息a和位移信息b。

⑷位移信息通过陷波不平衡振动控制器，基本完全处理掉位移信息中的信息b。

⑸控制过程中若设计中心频率f0与旋转频率f存在偏差，即|f0–f|<0.5am，则该陷波不平衡振动控制器依然可以起作用。

其中，当频率偏差大于或等于0.5am时，可以使用实时检测的运行频率对陷波不平衡振动控制进行在线设计即可满足要求。

⑹将补偿后的位移信号与给定位置信号进行比较后送入磁悬浮轴承控制器，控制器对该误差信号进行处理后实时控制磁悬浮转子，实现转子围绕质心旋转。

采用上述的不平衡振动控制方法可有效降低磁悬浮系统的振动幅值，同时减小了磁悬浮轴承系统的功率损耗。

在一个可替代实施方式中，对于上述控制方案，最理想情况为：将不平衡扰动所产生的位移信息全部进行处理后再控制。然而在实际中，全部处理也会带来一些问题，故而一般处理60％以上的位移信息b，因而可以根据频率，设计陷波深度为7.96db以上的陷波不平衡振动控制器。故而该陷波不平衡振动控制器的补偿方案的替代实施为：

⑴除陷波深度为60db外的陷波不平衡振动控制器，从陷波深度7.96db到60db之间的陷波不平衡振动控制器均能完成对磁悬浮转轴的不平衡振动的控制。

⑵综上替代实施第一点所设计的所有陷波不平衡振动控制器，在图4及图5所示的控制环路均能有效进行不平衡振动控制。

可见，针对现有技术汇总存在的情况，本实施方案提出的一种基于陷波滤波的不平衡振动直接控制算法，可以解决由于转子不平衡产生的振动问题，提高磁悬浮控制系统稳定性，该不平衡补偿算法的优越性在于：

⑴控制算法简单，可对反馈信号或者误差信号进行直接处理，提高控制系统的效率，优化了整体的控制环路。

⑵该算法对不平衡振动的频率的适应性比较强，即使存在控制中心频率偏移的情况下依然可以很好地进行不平衡振动控制。

例如：实际旋转频率为f1，检测出的补偿频率为f2，f2与f1的差值的绝对值小于带宽(am)，则可满足补偿要求。

其中，若陷波不平衡振动控制器不满足补偿要求，即补偿频率发生的偏差超出了带宽的范围，则可以通过在线进行检测频率，并使用该频率重新设计不平衡振动控制器即可。

并且，该实施方案，至少可以解决的技术问题可以包括：

⑴可解决额定频率下悬浮转子的不平衡振动问题；

⑵可解决在频率测量有误差情况下的转轴不平衡振动问题。

其中，不平衡振动问题的产生，是由于转子不平衡造成的。频率的偏差是在测量有误差的情况下造成的，根据测量有误差的频率设计的传统补偿器(如lms)已无法满足补偿要求。

由于本实施例的磁悬浮轴承所实现的处理及功能基本相应于前述图4至图5所示的控制装置的实施例、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。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过陷波深度可自由设计以满足不平衡振动控制需求，可以提升控制的灵活性和通用性，扩大控制范围。

根据本发明的实施例，还提供了对应于磁悬浮轴承的一种控制方法。该磁悬浮轴承的控制方法可以包括：

⑴采集所述磁悬浮轴承的磁悬浮转轴3的位移信息。

例如：采集磁悬浮轴承转子的位移信息，该位移信息里包含位移信息a和位移信息b。

其中，所述位移信息，可以包括：围绕所述磁悬浮转轴3的几何中心旋转的旋转位移信息，以及由于转子不平衡而造成的围绕所述磁悬浮转轴3的质心旋转的不平衡位移信息。

例如：由于不平衡的因素，当磁悬浮转轴旋转在频率为f的情况下，通过采样采集的位移信息包含两部分信息：围绕几何中心的旋转位移信息，简称信息a；由于转子不平衡而造成的频率f围绕质心的不平衡位移信息，简称信息b。

例如：对于信息a包含的位移信息，是磁悬浮转轴实时控制中所需要的有效信息，它反应的是实实在在中心位置的偏移信息；而信息b所包含的信息，对于磁悬浮转轴来讲是一种扰动(即不平衡扰动)。一般来讲信息a是相对固定的，这是由悬浮绕组的控制能力决定的，当悬浮绕组及轴承控制系统确定的情况下，信息a基本确定；而信息b则根据磁悬浮转轴不平衡的程度来决定，不平衡程度越高，信息b在位移信息中所占信息比例越大。

⑵通过陷波不平衡振动控制器4，将所述位移信息中的所述不平衡位移信息进行补偿处理，得到有效位移信息，以使所述磁悬浮轴承的磁轴承控制器2根据所述有效位移信息对所述磁悬浮转轴3进行控制。

例如：使用陷波不平衡振动控制器进行直接控制，而非进行前馈的位移补偿。

例如：设计陷波深度可调的陷波不平衡振动控制器，对位移信号进行直接控制处理，达到对不平衡振动的有效控制，降低由不平衡振动引起的噪音，提高系统稳定性，降低系统损耗。

例如：对于如下情况：磁悬浮转轴存在不平衡情况，忽略其他扰动存在，旋转频率为f，位移信息中，信息a占比k％，信息b占比(100-k)％，则设计陷波频率为f的陷波不平衡振动控制器，该控制器需直接对位移信息中(100-k)％的不平衡信息进行处理。

例如：位移信息通过陷波不平衡振动控制器，基本完全处理掉位移信息中的信息b。

由此，通过使用陷波不平衡振动控制器对位移信息进行直接控制，可有效降低定频率运转情况下由于不平衡问题产生的振动及噪音问题，且控制结构简单、控制结果可靠性高。

可选地，所述陷波不平衡振动控制器4，设置于所述磁悬浮轴承的磁悬浮转轴3的位移反馈回路中，或设置于所述磁悬浮轴承的磁轴承控制器2的前端。

例如：该陷波不平衡振动控制器的位置可以位于反馈回路(如图4所示)，也可以位于磁轴承控制器前端(如图5所示)。

由此，通过多种设置方式，可以提升对磁悬浮轴承不平衡振动控制的灵活性和可靠性，还可有效降低磁轴承系统的损耗，提高磁轴承控制系统的稳定性。

更可选地，所述位移反馈回路，可以包括：负反馈回路。

由此，通过负反馈回路，可以提升位移反馈的精准性和可靠性，且反馈便捷性好。

更可选地，当所述陷波不平衡振动控制器4设置于所述位移反馈回路中时，所述陷波不平衡振动控制器4处理的所述不平衡位移信息，可以包括：所述位移反馈模块1直接反馈的反馈信号。

更可选地，当所述陷波不平衡振动控制器4设置于所述磁轴承控制器2的前端时，所述陷波不平衡振动控制器4处理的所述不平衡位移信息，还可以包括：所述比较器1基于所述位移反馈模块1直接反馈的所述位移信息和所述给定位置信息进行比较后输出的误差信号。

由此，通过对反馈信号或者误差信号进行直接处理，提高控制系统的效率，优化了整体的控制环路。

可选地，所述陷波不平衡振动控制器4，可以包括：陷波器。所述陷波器的陷波深度为7.96db到60db。

例如：利用陷波滤波器的带阻特性，设计具有特定陷波深度(例如：陷波深度为7.96db到60db)的陷波器，并基于此陷波器设计出不同于lms自适应补偿器的陷波不平衡振动控制器。

例如：采用图3方式的不平衡振动方式，则最优方案为，将频率为f的不平衡位移信息b全部处理成有效位移信息，即设计陷波深度为60db的陷波不平衡振动控制器，可将不平衡信息处理99.9％以上，使位移信息中基本不包含不平衡振动信息。

例如：除陷波深度为60db外的陷波不平衡振动控制器，从陷波深度7.96db到60db之间的陷波不平衡振动控制器均能完成对磁悬浮转轴的不平衡振动的控制。

由此，通过多种陷波深度，可以适用于多种磁悬浮轴承系统，控制灵活性好、通用性强。

可选地，将所述位移信息中的所述不平衡位移信息处理成有效位移信息，可以包括：通过2阶滤波器，滤出所述位移信息中的所述不平衡位移信息，剩余信息即为所述有效位移信息。

例如：对位置信息中由于不平衡原因造成的不平衡位置信息进行直接运算后再送入控制器，可以包括：将原始信息经过一个2阶滤波器，滤出不平衡信息；剩余的信息即为有效信息，送入控制器即可。

由此，通过滤除不平衡位移信息，可解决额定频率下悬浮转子的不平衡振动问题，提升磁悬浮轴承系统运行的稳定性和可靠性。

在一个可选实施方式中，还可以包括：将所述陷波不平衡振动控制器4直接对所述位移信息进行补偿处理后的所述有效位移信息，与给定位置信号进行比较后，送入所述磁轴承控制器2中，以使所述磁轴承控制器2根据所述比较所得结果对所述磁悬浮转轴3进行控制。

例如：实时对位置信息中由于不平衡原因造成的不平衡位置信息进行直接运算后再送入控制器，以达到不平衡振动控制的目的。

或者，将所述位移反馈模块1直接反馈的所述位移信息与给定位置信号进行比较后，送入所述陷波不平衡振动控制器4，以使所述陷波不平衡振动控制器4对所述比较所得结果进行补偿处理后，将所述补偿处理所得结果送入所述磁轴承控制器2中。

例如：将不平衡扰动所产生的位移信息全部进行处理后再控制。然而在实际中，全部处理也会带来一些问题，故而一般处理60％以上的位移信息b，因而可以根据频率，设计陷波深度为7.96db以上的陷波不平衡振动控制器。

由此，通过比较处理，可解决在频率测量有误差情况下的转轴不平衡振动问题，提升不平衡振动控制的精准性和可靠性。

在一个可选实施方式中，还可以包括：获取所述磁悬浮轴承所属系统的运行频率；以所述运行频率为所述陷波不平衡振动控制器4的中心频率，以设定带宽为所述陷波不平衡振动控制器4的运行带宽，并根据所述磁悬浮轴承的不平衡振动控制需求和/或补偿效果需求设置所述陷波不平衡振动控制器4的陷波深度。

例如：获取磁悬浮轴承系统的运行频率f。

例如：设定陷波不平衡振动控制器中心频率f0＝f，带宽为am，设定带宽深度为60db。

例如：上述所设计的所有陷波不平衡振动控制器，在图4及图5所示的控制环路均能有效进行不平衡振动控制。

由此，通过根据不平衡振动控制需求、补偿效果需求等设置陷波不平衡振动控制器的陷波深度，可以更精准地对磁悬浮轴承进行不平衡振动控制，且灵活性好、可靠性高。

在一个可选例子中，根据所述磁悬浮轴承的补偿效果需求设置所述陷波不平衡振动控制器4的陷波深度，可以包括：以1减去所述补偿效果需求的差值的对数的第一设定系数倍，作为所述陷波不平衡振动控制器4的陷波深度。

例如：陷波深度可自由设计以满足不平衡振动控制需求。

例如：陷波深度可根据补偿的大小来限定，如需将不平衡信息基本全部补偿，则设计陷波深度为60db的陷波补偿器(此时补偿器补偿效果为99.9％)，若需要设计补偿效果为60％的补偿器，则设计陷波深度为7.96db的陷波补偿器。例如：设补偿效果为x，则设计陷波深度为20×log(1-x)。

由此，通过基于补偿效果设计陷波不平衡振动控制器的陷波深度，设计方式灵活且可靠，有利于提升不平衡控制的精准性和安全性。

在一个可选实施方式中，还可以包括：

⑴获取所述磁悬浮转轴3的实际旋转频率、以及所述陷波不平衡振动控制器4的补偿频率。

⑵确定所述补偿频率与所述实际旋转频率的第一差值的第一绝对值是否小于所述设定带宽，若所述第一绝对值小于所述设定带宽，则确定所述陷波不平衡振动控制器4能够满足所述补偿效果需求。

例如：将补偿后的位移信号与给定位置信号进行比较后送入磁悬浮轴承控制器，控制器对该误差信号进行处理后实时控制磁悬浮转子，实现转子围绕质心旋转。

由此，通过监测不平衡振动控制是否满足补偿效果需求，可以监控不平衡振动控制的控制效果，有利于进一步提升控制的精准性和可靠性。

可选地，还可以：确定所述中心频率与所述实际旋转频率的第二差值的第二绝对值是否小于所述设定带宽的第二设定系数倍，若所述第二绝对值小于所述设定带宽的所述第二设定系数倍，则确定所述陷波不平衡振动控制器4依然能够进行所述补偿处理。

例如：控制过程中若设计中心频率f0与旋转频率f存在偏差，即|f0–f|<0.5am，则该陷波不平衡振动控制器依然可以起作用。

由此，通过设置陷波不平衡振动控制器，对不平衡振动的频率的适应性比较强，即使存在控制中心频率偏移的情况下依然可以很好地进行不平衡振动控制。

由于本实施例的控制方法所实现的处理及功能基本相应于前述磁悬浮轴承的实施例、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。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过设计陷波深度可调的陷波不平衡振动控制器，对位移信号进行直接控制处理，达到对不平衡振动的有效控制，降低由不平衡振动引起的噪音，提高系统稳定性，降低系统损耗。

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。