一种磁悬浮轴承用位移传感器的自校准方法及系统与流程

本发明涉及一种磁悬浮轴承用位移传感器的自校准方法及系统，属于位移传感器自校准。

背景技术：

1、主动磁悬浮轴承需要依靠位移传感器得到位移信号，从而实现稳定悬浮。控制器会将实际位移信号和设定的参考信号的差值进行处理得到控制信号。

2、在调试时，以y轴方向、输出位移信号范围0v-5v为例，首先单独给y轴负方向上的电磁铁通电，调节偏置可调电位器使位移信号为0v，随后给y轴正方向电磁铁单独通电，调节放大可调电位器使位移信号为5v，实际控制时，将位移信号参考值设置为2.5v，当输出的位移信号为2.5v则认为转子位于中间位置。

3、但是，在位移传感器的校准调试的过程中，大多采用人工手动调节偏置与放大电路中的偏置可调电位器和放大可调电位器，根据偏置与放大电路输出位移信号的大小来确定偏置可调电位器和放大可调电位器的大小，操作复杂，自动化水平低，增加人工成本。机械式数字电位器随着设备的振动会出现数值漂移现象，降低了校准的精确度。此外，当设备在客户现场出现故障需要对位移传感器进行校准时，需要生产厂家派人去客户现场维修，增加了运营成本。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种磁悬浮轴承用位移传感器的自校准方法，该方法可实现对位移传感器的自动校准，无需人工，准确度更高，对于实现位移传感器远程校准有着重要的意义。

2、本发明还提供了一种磁悬浮轴承用位移传感器的自校准系统。

3、本发明的技术方案为：

4、一方面，本发明提供了一种磁悬浮轴承用位移传感器的自校准方法，包括：

5、位移传感器探测的位移信号经过差动解调后输入到校准电路中，校准电路用于实现对差动解调后位移信号的滤波、偏置和放大功能；

6、进行校准时，在磁悬浮轴承的电磁力作用下，转子移动到某一自由度方向上的最大位移处，分别将校准电路中偏置数字电位器和放大数字电位器的初始设定值设定为rw4和rw5，偏置数字电位器用于调节校准电路提供的偏置电压，放大数字电位器用于调节校准电路对信号的放大倍数；校准电路输出的位移信号为uout；

7、基于校准电路提供的初始偏置电压u1、初始放大倍数k和输出的位移信号uout，得到输入校准电路的位移信号ui和叠加偏置后的输出信号u2，u2即放大环节的输入信号；

8、获取令校准电路中叠加偏置后的输出电压u2为0时对应的偏置数字电位器的目标值设定为rw4*，完成位移传感器在某一自由度负方向上的最大位移处的自校准；

9、或获取当校准电路输出目标位移信号uout*时对应的放大数字电位器的目标设定值为rw5*，完成位移传感器在某一自由度正方向上的最大位移处的自校准；

10、完成校准后，当转子在某一自由度最大位移范围内移动时，位移传感器的输出位移信号范围为[0，uout*]，设定位移参考信号为uout*/2，则使转子悬浮在某一自由度上正、负方向上的最大位移范围的中间。

11、根据本发明优选的，所述校准电路包括具有滤波功能的偏置电路和放大电路；

12、具有滤波功能的偏置电路包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、偏置数字电位器、第六电阻r6、第七电阻r7、第一电容c1、第二电容c2和第一运算放大器；

13、滤波功能由第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第一电容c1、第二电容c2和第一运算放大器组成的无限增益多路反馈滤波器实现；

14、偏置功能通过偏置数字电位器、第六电阻r6、第七电阻r7实现；

15、第二电阻r2与第三电阻r3串联后与第一运算放大器的反相输入端相连接；

16、第一电阻r1和第三电阻r3串联后与第一电容c1并联；

17、第一电容c1的一端与第一运算放大器的反相输入端相连接，第一电容c1的另一端与第一运算放大器的输出端相连接；

18、第二电容c2的一端接地，第二电容c2的另一端与第二电阻r2、第三电阻r3均相连接；

19、偏置数字电位器与第六电阻r6串联后与第一运算放大器的同相输入端相连接；

20、第七电阻r7的一端接地，第七电阻r7的另一端与同相输入端相连接；

21、放大电路包括放大数字电位器、第八电阻r8和第二运算放大器，

22、第一运算放大器的输出端与第二运算放大器的同相输入端相连接；

23、第八电阻r8的一端接地，第八电阻r8的另一端与第二运算放大器的反相输入端相连接，

24、放大数字电位器的一端与第二运算放大器的反相输入端相连接，放大数字电位器的另一端与第二运算放大器的输出端相连接。

25、根据本发明优选的，基于校准电路提供的初始偏置电压u1、初始放大倍数k和输出的位移信号uout，得到输入校准电路的位移信号ui和叠加偏置后的输出信号u2；具体为：

26、确定初始放大倍数k和初始偏置电压u1，具体为：

27、

28、

29、式(ii)中，r4表示偏置数字电位器的最大阻值，rw4表示偏置数字电位器的初始设定值，rw5表示放大数字电位器的初始设定值；v+表示提供偏置的电压源的正电压，v-表示提供偏置的电压源的负电压，从而使偏置电压u1实现正负调节，第六电阻r6和第七电阻r7为已知的数值。需要说明的是，rw4和rw5为根据经验来初始设定的初始值。

30、根据初始放大倍数k和输出的位移信号为uout，得到叠加偏置后的输出电压u2，即：

31、

32、根据式(iv)确定校准电路输入的位移信号ui，即：

33、

34、式(iv)中，u1表示初始偏置电压，u2为叠加偏置后的输出电压，第一电阻r1和第二电阻r2为已知的数值。

35、根据本发明优选的，获取令校准电路中叠加偏置后的输出电压u2为0时对应的偏置数字电位器的目标值设定为rw4*，完成位移传感器在某一自由度负方向上的最大位移处的自校准；包括：

36、当叠加偏置后的输出电压u2为0时，校准电路需要提供的偏置电压为u1*，即：

37、

38、根据式(ii)的变形，求得偏置数字电位器的目标设定值rw4*，即：

39、

40、校准程序将该目标设定值rw4*转换为数字信号发送给偏置数字电位器，从而完成位移传感器在某一自由度负方向上最大位移处的自校准。

41、根据本发明优选的，获取当校准电路输出目标位移信号uout*时对应的放大数字电位器的目标设定值为rw5*，完成位移传感器在某一自由度正方向上的最大位移处的自校准；包括：

42、当校准电路输出目标位移信号uout*时，则目标放大倍数k*为：

43、

44、根据式(i)的变形，求得放大数字电位器的目标设定值rw5*，即：

45、

46、式(viii)中第八电阻r8为已知的数值；

47、校准程序将该目标设定值rw5*转换为数字信号发送给放大数字电位器，完成位移传感器在某一自由度正方向上的最大位移处的自校准。

48、另一发明，本发明提供了一种磁悬浮轴承用位移传感器的自校准系统，包括差动解调模块、位移校准模块、a/d转换模块、磁悬浮轴承控制模块和调试模块，

49、差动解调模块用于将位移传感器输出的调幅波进行解调得到位移信号；

50、位移校准模块用于对输入的解调后的位移信号进行偏置和放大；

51、a/d转换模块用于将位移校准模块输出的模拟信号转换为数字位移信号；

52、磁悬浮轴承控制模块用于在磁悬浮轴承校准的过程中，调控磁悬浮轴承中磁极的电流，使得转子移动到某一自由度负或正方向上的最大位移处；以及在转子悬浮工作时，调控磁悬浮轴承中磁极的电流，使得转子稳定悬浮在磁悬浮轴承的中间位置；

53、调试模块用于当位移校准模块中叠加偏置后的输出电压u2为0时，调控偏置数字电位器的目标设定值rw4*，完成位移传感器在某一自由度负方向上的最大位移处的自校准；以及当位移校准模块输出目标电压值uout*时，调控放大数字电位器的目标设定值rw5*，完成位移传感器在某一自由度正方向上的最大位移处的自校准；转子在某一自由度最大位移范围内移动时，位移传感器的输出位移信号范围为[0，uout*]。

54、本发明的有益效果为：

55、本发明提供的一种磁悬浮轴承用位移传感器的自校准方法采用数字电位器调控位移校准模块，操作更加灵活。该校准方法能给替代人工调控，调节更加精准。当磁悬浮轴承相关设备出现故障时，方便远程进行调控。

56、本发明提供的一种磁悬浮轴承用位移传感器的自校准方法的位移输出范围恒定，也可将位移参考信号设为定值，简化后续控制程序以及plc报警程序的编写，也便于后续数据的分析。