纳于外座15内。参见图3~4，Χ传力框13外壁上间隔设置第一X向 力传感器131、第二X向力传感器132、第三X向力传感器133和第四X向力传感器134。第一 X向 力传感器131、第二X向力传感器132、第三X向力传感器133和第四X向力传感器134相对设置 于X传力框13的横向两侧。各X向力传感器的一端固定于X传力框13外壁上，各X向力传感器 的另一端固定于外座15的内壁上。X传力框13与滑动传力块12的纵向设置气隙，X传力框13 的内壁与滑动传力块12的外壁横向相接触设置。显然辅助支承测力组件也可以采用其他结 构，仅需实现能测量出转轴作用于辅助轴承径向力即可。本文中转轴作用于辅助轴承上的 沿辅助轴承的径向力，一方面可以正交分解为X向力和Υ向力，同时该X向力和Υ向力均可在 辅助轴承的内圈、外圈和转轴之间传递，并根据牛顿第三定理发生作用和反作用，本文中的 X向力和Y向力既包括以上各类径向力。
[0037]参见图5,当转轴33将X方向的压力作用到辅助轴承11的内圈时，该力通过滚珠传 递到辅助轴承11的外圈，于是，就传递到与之固连的滑动传力块12上。滑动传力块12与X传 力框13在X方向没有间隙，该力将对X传力框13发生作用。滑动传力块12与Y传力框14在X方 向有间隙，因此，该力不能对Y传力框14发生作用。此时，滑动传力块12就将所受到的辅助轴 承11的外圈的X方向的压力(FX1~FX4)，完全传递给X传力框13。该力受到第一 X向力传感器 131、第二X向力传感器132、第三X向力传感器133和第四X向力传感器134的反作用力支承， 并被它们测量出来，传送给电磁控制器24。从而使得X传力框13仅能检测到辅助轴承11的X 向力。
[0038] 参见图6~7，Y传力框14与)(传力框13间隔设置于外座15内，图6~7为将)(传力框13 去除后的示意图。Υ传力框14外壁上间隔设置第一 Υ向力传感器141、第二Υ向力传感器142、 第三Υ向力传感器143和第四Υ向力传感器144。第一 Υ向力传感器141、第二Υ向力传感器142、 第三Υ向力传感器143和第四Υ向力传感器144相对设置于Υ传力框14的纵向两侧。各Υ向力传 感器的一端固定于Υ传力框14外壁上，各Υ向力传感器的另一端固定于外座15的内壁上。Υ传 力框14与滑动传力块12的横向设置气隙，Υ传力框14的内壁与滑动传力块12的外壁纵向相 接触设置。
[0039] 参见图8,其原理与X方向相同，同样可以测得Υ方向的压力（FY1~FY4)，仅在方向 上是正交。参见图3和图5可知，从左向右可看到Υ传力框14,从右向左可看到)(传力框13。
[0040] 辅助支承测力组件1中的外座15通常固定安装在静止的更大的应用底座上。X传力 框13与外座15之间通过安装在左右的X方向的力传感元件连接，Υ传力框14与外座15之间通 过在上下安装的Υ方向的力传感元件连接。滑动传力块12套在X传力框13与Υ传力框14之内。 滑动传力块12与X传力框13只在X方向上有滑动接触，在Υ方向上留有间隙可以自由运动。滑 动传力块12与Υ传力框14只在Υ方向上有滑动接触，在X方向上留有间隙可以自由运动。这 样，当滑动传力块12受到任意方向的径向力时，它能把该径向力分别分解到X传力框13和Υ 传力框14，从而实现转轴3径向力的正交分解。
[0041] 辅助支承测力组件1可以达到的技术效果是：（1)在非工作状态下，对转轴3起支承 作用。辅助支承测力组件1刚度远大于常用的弹性构件，避免了由于刚性不足，导致的转轴3 使用中发生的轴跳问题。（2)在工作状态对转轴3起支承及约束作用，并能实时测出转轴3的 径向压力。
[0042]电磁控制算法通过力反馈控制，使得电磁支承组件2正好提供维持转轴3平衡所需 的径向力，从而使得辅助轴承11的外圈受到的压力为零。下面以Υ方向为例来讨论控制算 法。X方向与Υ方向的类似，X方向上力的控制算法省略。
[0043]参见图8,转轴3在Υ方向上受到4个力：（1)重力。重力是恒力，大小为mg，方向向下。 (2)电磁力。电磁力由电磁支承组件2提供，是可变的，设大小为Fm，正方向向上。（3)辅助轴 承11外圈对转轴3的支承力。设大小为Fs，由装置中的检测装置检测得到，正方向向上。该支 承力由滑动传力块12提供，并可被力传感元件测量，可用于反馈。（4)干扰力，通常是未知 量。设大小为Fd，正方向向下。当以上各力中的任意个力的大小实际为负值时，表示力的方 向与所设正方向相反。
[0044] 由于转轴3在径向的运动受到约束，因此，其Y方向运动的加速度为零。于是有：
[0045] Fm+Fs=mg+Fd (1)
[0046] 电磁力的公式近似为：
[0047] Fm=Fmu-Fmd = KFi(iu2-id2) (2)
[0048] 其中，Fmu和iu分别是上电磁铁的吸力和上电磁铁电流，Fmd和id分别为下电磁铁的 吸力和下电磁铁电流。k fi是从电流到电磁力的传递系数为^4^1其中，是真空中的磁 4iV 导率，A是磁极面积，N是线圈匝数，δ是电磁铁磁极和吸力盘之间的气隙的长度。
[0049] 进一步，（2)式在平衡点附近线性化，可变换为：
[0050] Fm=KFi(iu2-id2)
[0051] =KFi(iu+id) (iu-id)
[0052] =Kfii( iu-id) (3)
[0053] =Kfii · i
[0054] =Kfii( io+Δ?)
[0055] 其中，设（iu+id)保持不变，为一个常数i。，即（iu+id) = i。。即，当电流iu增大时，电 流id就对应减小相同的值，反之亦然，即当电流iu减小时，电流id就对应增加相同的值。设系 数Kfii = Kfi · i。。电流i = iu_id。设i = io+Ai，它由两部分组成，其中，不变的静态部分为io， 该部分用于抵消重力，即有Kfii · io=mg;Ai为动态部分电流。
[0056] 将⑶式代入(1)式，并注意到Kfii · io=mg，可得：
[0057] Fs+Km · Ai=Fd (4)
[0058] 其中，Km=KFII。这里换一个符号可以简化标记。
[0059] 本发明采用积分控制，也可以采用偏微分控制等方式进行控制。由于匕是可以测 量的，因此，可将控制电流Ai选为Fs的积分，于是有：Ai=K CI · JFS · dt，其中，KCI为积分放 大系数。拉普拉斯变换式为：
[0060]
(5)
[0061]其中，s为拉普拉斯算子。简单起见，有关变量及其拉普拉斯变换之后的变量采用 了相同的符号，根据上下文不难区分，不影响分析结果。
[0062]将(5)式代入(4)式，化简后，可得从干扰力到支撑力的闭环传递函数为：
[0063]
(6)
[0064] 从(6)式可知，只要Km · Κα>0,根据控制理论可知，系统的极点就在复平面的左半 平面，系统就是稳定的。精确选取控制参数KCI，以防该数值过大导致轴跳。使得K m · KCI?|s ，注意到I s I = ω = 6.28 X f，f为干扰力的频率，ω为角频率，那么就有Fs ? 0。可见，仅需控 制KCI这一个参数，即可实现对辅助轴承11外圈对转轴3的支承力Fs的控制，使其近似为0,从 而实现对磁力轴承使用过程中，辅助轴承11对转轴3摩擦力等其他破坏力的控制，实现了对 磁力轴承的保护。
[0065] 采用这种控制方法，达到了有未知干扰力存在的情况下，仅需调整Κα即可使得匕 *0。辅助轴承11对转轴3的支承力近似为零的效果。Κα作为一个放大器增益，可以在控制器 上增设该部件实现对其的调整，具体调整方式不累述。
[0066]在数字控制系统中，该控制算法可由软件实现;在模拟控制系统中，该控制算法可 由电路实现。核心算法的软件实现的方法和步骤为:第1步，根据测力传感器信号测量得到 力匕，它是一个有正负号的量;第2步，将F s乘以一个积分系数KCI，然后除以采用控制周期Ts， 变为累加量;第3步，将该累加量累加到当前的控制电流Ai上，用于调整电磁铁的电流，核 心算法即告完成。如果用电路实现，可用一个运算放大器如图10实现，图中，R为电阻，C为电 1 1 容。该电路的传递函数为-Μ = 1^一 _巧将该式与（5)式比较可知，只需选取 并再加一级反相器，就