一种磁悬浮轴承控制器检测方法、系统及应用与流程

本发明属于磁悬浮技术领域，具体涉及一种磁悬浮轴承控制器检测方法、系统及应用。

背景技术：

磁悬浮轴承应用在磁悬浮离心机组中，磁悬浮离心机组包括磁悬浮压缩机、蒸发器、变频器和磁悬浮离心机主控装置。控制磁悬浮轴承的磁悬浮轴承控制器包括外环位移控制和内环电流控制。外环通过检测位移信号的变化，通过调节器和电流的控制作用，在电磁铁线圈中产生轴承控制电流，从而产生电磁控制力来实现转轴的稳定悬浮。因此位移信号、电流信号是磁悬浮轴承控制器的决定性变量。

随着磁悬浮离心机组运行频率的提高，电流信号有可能出现失真的情况，即实际输出电流无法满足控制的需要。所以需要预先根据磁悬浮离心机组频率，计算出磁悬浮轴承最大输出电流，从而进行闭环电流分级判断(逐级增大到最大电流)。当电流闭环无异常时，才能保证磁悬浮轴承系统的稳定性。

在给定的磁悬浮轴承电流变化值时，磁悬浮轴承的位移信号也会跟随变化，也就是说，磁悬浮轴承电流可以在一定程度上反应出磁悬浮轴承位移是否正常。如果要保证全范围内的位移准备性(位移实际有效电压范围为0-3v)，仍然需要执行磁悬浮轴承位移检测。

此外，磁悬浮轴承控制器需要与磁悬浮离心机组中的变频器、磁悬浮离心机主控装置进行数据交互，所以通信也是磁悬浮轴承控制器必不可少的一部分。特别地，在磁悬浮离心机组运行过程中，磁悬浮轴承出现异常需要停机时，需要给变频器发送停机指令，磁悬浮轴承控制器与变频器通过指定通信协议进行数据交互，如通信失效，将可能导致严重的轴承碰撞。

因此，磁悬浮轴承位移异常、电流的异常或磁悬浮控制器的通信功能异常，都会导致磁悬浮控制器的异常。

申请号为201510830628.9的中国专利申请公开了一种轴向位移的检测方法、装置及系统。其中，该方法包括：获得多个轴向位移传感器中每个轴向位移传感器检测到的轴向位移，其中，每个轴向位移传感器的检测方向平行于旋转部件的转子轴线，多个轴向位移传感器均位于检测面的同一侧，且沿旋转部件的周向均匀设置；根据获取到的多个轴向位移确定旋转部件的目标轴向位移。

申请号为201010227986.8的中国专利申请公开了一种磁悬浮控制系统，其特征在于，包括电流驱动及检测模块、位置检测及信号处理模块、数字信号处理模块，以及人机交互模块；所述电流驱动及检测模块，一方面用于根据一控制信号驱动电磁铁，让其产生悬浮被悬浮控制对象的电磁力，另一方面用于检测电磁铁的电流大小，并把电流信号转化成第一电压信号；所述位置检测及信号处理模块，用于检测被悬浮控制对象的悬浮位置，并把悬浮位置的位置信号转化成第二电压信号；所述数字信号处理模块分别与所述电流驱动及检测模块和位置检测及信号处理模块连接，一方面用于将所述第一电压信号和第二电压信号进行采样转化成数字信号，并将所述数字信号通过控制算法的处理产生内部控制信号输出至所述电流驱动及检测模块，另一方面用于实时调用多种控制算法，调整控制参数，实现对被悬浮控制对象的实时悬浮控制；所述人机交互模块与所述数字信号处理模块连接，用于接收用户输入的外部控制信号并输出至所述数字信号处理模块，以及用于通过实时控制界面显示控制状态。

以上技术方案存在的问题是，只对一个影响磁悬浮轴承控制器的因素进行检测，而未能进行全面的检测。如果异常的磁悬浮控制器应用到磁悬浮离心冷水机组，则会造成严重的后果。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种磁悬浮轴承控制器检测方法、系统及应用，能够准确地检测磁悬浮轴承控制器的位移、电流及通信功能是否正常。

具体地说，本发明是采用以下技术方案实现的。

一方面，本发明提供一种磁悬浮轴承控制器检测方法，用于检测磁悬浮轴承控制器是否异常，包括：

通信检测：检测磁悬浮轴承控制器与磁悬浮轴承所在设备间通信是否成功，通信成功时，进行电流检测或位移检测，通信失败时，判定磁悬浮轴承控制器异常；

电流检测：检测磁悬浮轴承控制电流是否正常，磁悬浮轴承控制电流正常时，进行通信检测或位移检测，磁悬浮轴承控制电流异常时，判定磁悬浮轴承控制器异常；

位移检测：检测磁悬浮轴承位移是否正常，磁悬浮轴承位移正常时，进行通信检测或电流检测，磁悬浮轴承位移异常时，判定磁悬浮轴承控制器异常；

当判定磁悬浮轴承控制器异常时，磁悬浮轴承控制器检测结束。

进一步而言，所述通信检测包括磁悬浮轴承控制器分别以所支持的通信方式与磁悬浮轴承所在设备进行通信，任一种通信方式存在异常时，判定磁悬浮轴承控制器与磁悬浮轴承所在设备间通信失败。

进一步而言，所述电流检测包括：

开环电流检测阶段：对磁悬浮轴承开环电流进行采样，判断所得开环电流采样值是否在给定的开环电流阈值范围内，若在阈值范围内，则判定开环电流检测正常，进入电流闭环检测阶段，否则，判定磁悬浮轴承控制器异常；

电流闭环检测阶段：对磁悬浮轴承闭环电流进行采样，判断所得闭环电流采样值是否在给定的闭环电流阈值范围内，若在阈值范围内，则判定电流闭环检测正常，磁悬浮轴承控制电流正常，否则，判定磁悬浮轴承控制器异常。

进一步而言，所述电流闭环检测阶段包括若干依次进行的采样判断过程，任一次采样判断过程的结果为否，则判定磁悬浮轴承控制器异常；所述采样判断过程包括：给定闭环电流阈值范围，对闭环电流进行采样，比较所得闭环电流采样值是否在给定的闭环电流阈值范围内，若所述闭环电流采样值不在给定的闭环电流阈值范围内，则判定此次采样判断过程得结果为否。

进一步而言，所述采样判断过程开始时，开启与所述采样判断过程相应的分定时器，在所述分定时器中断时，比较所述闭环电流采样值是否在给定的闭环电流阈值范围内。

进一步而言，在第一个所述采样判断过程开始时，还开启总计时器，所述总计时器的定时时间大于全部所述分定时器的定时时间之和，若所有采样判断过程结果均不为否，则等待所述总定时器中断时，判定闭环检测电流正常。

进一步而言，所述位移检测包括：

设定磁悬浮轴承上若干方向的参考位移阈值；

对所述磁悬浮轴承上若干方向的位移进行采样，得到若干方向的位移采样值；

比较所述位移采样值与同一方向的所述参考位移阈值，前者是否在后者范围内，若任一比较结果为否，则判定磁悬浮轴承位移异常，若所有方向的比较结果均为是，则判定磁悬浮轴承位移正常。

又一方面，本发明提供一种磁悬浮轴承控制器检测系统，采用上述磁悬浮轴承控制器检测方法对磁悬浮轴承控制器进行检测，所述磁悬浮轴承控制器检测系统，包括：

控制模块，用于所述通信检测、电流检测和/或位移检测的控制和结果判断；

通信模块，用于磁悬浮轴承控制器与磁悬浮轴承所在设备间通信及通信检测；

参数设置模块，用于设置所述给定的开环电流阈值范围、给定的闭环电流阈值范围；

检测模块，用于采样开环电流、闭环电流和所述磁悬浮轴承上若干方向的位移；

比较模块，用于比较所述开环电流采样值与给定的开环电流阈值范围，比较所述闭环电流采样值与给定的闭环电流阈值范围，和/或比较所述位移采样值与同一方向的所述参考位移阈值；

显示模块，用于显示闭环电流检测、开环电流检测和/或位移检测的结果。

进一步而言，还包括定时器模块，用于提供电流检测所需的定时器。

再一方面，本发明还提供一种磁悬浮离心机组，包括磁悬浮轴承控制器，所述磁悬浮轴承控制器采用上述的磁悬浮轴承控制器检测方法检测。

本发明的有益效果如下：本发明的磁悬浮轴承控制器检测系统及方法，通过对磁悬浮轴承控制器的位移、电流及通信功能的检测，可以准确判断磁悬浮轴承控制器是否可以正常工作，防止异常的磁悬浮轴承控制器应用到磁悬浮离心冷水机组，提高了磁悬浮轴承控制器的安全性与可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例的磁悬浮轴承位移检测中轴承位置示意图。

图2是本发明实施例的磁悬浮轴承右视图。

图3是图2中的aa方向剖视图。

图4是本发明实施例的磁悬浮轴承控制器检测系统架构示意图。

图5是本发明实施例的磁悬浮轴承控制器检测方法流程图。

图中的标号：1-前轴承，2-后轴承，3-轴，4-推力盘，5-第一轴向轴承，6-第二轴向轴承。

具体实施方式

下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

本发明的一个实施例，为一种磁悬浮轴承控制器检测系统。磁悬浮轴承的结构参见图1～图3。磁悬浮轴3上包括前轴承1、后轴承2和推力盘4。推力盘4设置于第一轴向轴承5和第二轴向轴承6之间，与磁悬浮轴3垂直。分别对前轴承1和后轴承2上x、y方向、沿轴3的轴向z方向，共5个方向对磁悬浮轴承进行控制。

磁悬浮轴承控制器检测系统由通信模块、参数设置模块、检测模块、比较模块、定时器模块、显示模块、控制模块(用来判断检测结果，由主控芯片控制)，如图4所示。

磁悬浮轴承控制器检测方法流程图如图5所示，通过对磁悬浮轴承控制系统的通信、电流及位移系统进行检测，可有效判断轴承控制系统是否异常，提高磁悬浮轴承控制系统的安全性与可靠性。

本实施例中磁悬浮轴承控制器支持三种通信方式与外界(例如上位机或者其他控制器)进行数据交互。其他控制器可以是另一套磁悬浮轴承控制器或者是具备与本磁悬浮轴承控制器通信功能的控制器。

通信检测时，磁悬浮轴承控制器由通信模块分别以所支持的通信方式与外界进行通信，任一种通信方式存在异常时，则控制模块将结果发送给显示模块，显示模块显示通信失败，判定磁悬浮轴承控制器与外界通信失败。此时判定轴承控制系统异常，不再进行电流检测与位移检测。只有三种通信方式都通过，才判定通信检测正常，进行电流检测。也可以在电流检测之前，先进行位移检测。通信检测不限于本实施例所述三种通信方式的检测，应检测磁悬浮轴承控制器支持的所有通信方式是否存在异常。

电流检测分为开环电流检测与闭环电流检测，本实施例以开环电流检测为第一执行阶段，闭环电流检测为第二执行阶段。

开环电流检测阶段包括：在参数设置模块中设定开环电流为io，设置为轴承控制的偏置电流，设定电流阈值δi，δi可以是0.1,0.2,0.3等。通过检测模块对开环反馈电流进行采样，电流采样值记为i。由比较模块对电流采样值i和电流阈值io±δi进行比较，若i不在此阈值范围，显示模块提示开环电流检测失败，从而判定轴承控制器开环电流异常。

本实施例中，对闭环电流的检测进行两次采样判断过程。由定时器模块设置三个定时器，定时器t1、定时器t2和定时器t3，定时器t3的定时时间大于定时器t1与定时器t2的定时时间之和。开始闭环电流检测阶段的同时启动定时器t1和定时器t3。定时器t1发生中断时，在参数设置模块中给定闭环电流i1同时开启定时器2。通过检测模块对闭环反馈电流进行采样，记为i。由比较模块对电流采样值i和闭环电流1阈值ic1±δi进行比较，若i不在此阈值范围时，闭环检测1失败，显示模块提示闭环电流1检测失败，判定轴承控制系统异常。若i在电流阈值范围内，在定时器t2发生中断时，在参数设置模块中给定闭环电流i2进行闭环检测2，通过检测模块对闭环反馈电流进行采样，记为i。由比较模块对电流采样值i和闭环电流2阈值ic2±δi进行比较。若i不在此阈值范围时，闭环检测2失败，判定轴承控制系统异常；若i在阈值范围内，等待定时器t3发生中断时，显示模块提示电流检测成功，判定闭环电流检测正常。容易想到，电流闭环检测不限于本实施例所述的两个闭环电流的采样判断过程。电流闭环检测可以分为多个采样判断过程，例如为n个。则相应的需设置n+1个定时器t1、t2、t3…和t(n+1)，其中定时器t(n+1)定时时间需满足：

t(n+1)>t(n)+t(n-1)+t(n-2)+…+t1

位移检测时，因为共有5个方向对磁悬浮轴承进行控制，则相应的共有5个方向的位移信号需要检测。在参数设置模块中设定每个方向的参考位移为p，位移阈值均为p±δp。由检测模块对每个方向的位移信号进行采样，记为p。由比较模块对每个方向的位移采样值p和位移阈值p±δp进行比较，若5个方向中的任何一个方向的位移采样值在阈值范围外，显示模块提示轴承位移检测失败，判定轴承控制系统异常；只有5个方向的位移均在阈值范围以内，位移检测才通过。位移检测不限于本实施例所述的5个方向的位移检测，可以细化对磁悬浮轴承进行控制的方向，比如每隔一定角度进行检测，则应检测对磁悬浮轴承进行控制的所有方向上位移是否存在异常。

上述通信检测、电流检测和位移检测的顺序可以任意组合。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。