磁悬浮系统的轴控制方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种磁悬浮系统的轴控制方法和装置，其中，磁悬浮系统的轴控制方法包括：获取对磁悬浮系统中轴的位移进行检测得到的位移信号；从位移信号中分离出涡动位移；以及根据涡动位移控制轴的涡动。通过本发明，达到了磁悬浮系统在高速旋转时抑制轴涡动的效果。
【专利说明】磁悬淳系统的轴控制方法和装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及控制领域，具体而言，涉及一种磁悬浮系统的轴控制方法和装置。
【背景技术】
[0002] 对于磁悬浮系统一般忽略各自由度间的耦合，而采用分散控制的方法来实现五自 由度控制，各个自由度独立控制。但是，对于磁悬浮系统的轴作为高速旋转的物体，不可避 免会存在涡动，涡动包含有圆柱涡动及圆锥涡动，高速时圆锥涡动较剧烈。圆柱涡动类似平 动，磁悬浮系统的细长轴在圆柱涡动时，前后两端的位移是同幅同相的，在圆锥涡动时，前 后两端的位移通常是反向的。实际工作中，传感器检测到的位移信号是这两种运动合成产 生的位移。在各自由度独立控制的情况下，无法对涡动进行控制，当涡动严重时极有可能会 造成磁悬浮系统在高速旋转时失稳，因此对涡动进行有效的控制是极其有必要的。
[0003] 目前通常采用以下方法抑制涡动：在分散控制的基础上添加一些解耦控制算法， 如交叉反馈控制等或者采用集中控制方法。这些方法的缺点是算法复杂，运算量大，在DSP 中实现较难。
[0004] 针对现有技术中磁悬浮系统在高速旋转时难以抑制轴涡动的问题，目前尚未提出 有效的解决方案。
【发明内容】
[0005] 本发明的主要目的在于提供一种磁悬浮系统的轴控制方法和装置，以解决现有技 术中磁悬浮系统在高速旋转时难以抑制轴承涡动的问题。
[0006] 为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种磁悬浮系统的轴控制方 法。根据本发明的磁悬浮系统的轴控制方法包括：获取对磁悬浮系统中轴的位移进行检测 得到的位移信号；从位移信号中分离出涡动位移；以及根据涡动位移控制轴的涡动。
[0007] 进一步地，采用前轴承传感器检测轴的前端偏离平衡位置的位移，采用后轴承传 感器检测轴的后端偏离平衡位置的位移，采用以下公式分离出涡动位移：
【权利要求】
1. 一种磁悬浮系统的轴控制方法，其特征在于，包括： 获取对磁悬浮系统中轴的位移进行检测得到的位移信号； 从所述位移信号中分离出涡动位移；以及 根据所述涡动位移控制所述轴的涡动。
2. 根据权利要求1所述的磁悬浮系统的轴控制方法，其特征在于，采用前轴承传感器 检测所述轴的前端偏离平衡位置的位移，采用后轴承传感器检测所述轴的后端偏离平衡位 置的位移，采用以下公式分离出所述涡动位移：
其中，xal、Xbl分别为所述轴的前后两端的涡动位移，Ia为所述轴的质心到所述前轴承 传感器的距离，Ib为所述轴的质心到所述后轴承传感器的距离，Xa为所述前轴承传感器检 测到的所述轴的前端偏离平衡位置的位移，Xb为所述后轴承传感器检测到的所述轴的后端 偏离平衡位置的位移。
3.根据权利要求1所述的磁悬浮系统的轴控制方法，其特征在于，根据所述涡动位移 控制所述轴的涡动包括： 根据所述涡动位移计算所述轴的涡动角度；以及 控制所述轴的涡动角度在预定范围内。
4.根据权利要求3所述的磁悬浮系统的轴控制方法，其特征在于，根据所述涡动位 移计算所述轴的涡动角度包括采用以下任意一种方式计算所述涡动角度： 方式一：
方式二：
方式三：
其中，α为涡动角度，Xal、Xbl分别为所述轴的前后两端的涡动位移，Ia为所述轴的质心 到前轴承传感器的距离，Ib为所述轴的质心到后轴承传感器的距离，Xa为所述前轴承传感 器检测到的所述轴的前端偏离平衡位置的位移，Xb为所述后轴承传感器检测到的所述轴的 后端偏离平衡位置的位移。
5.根据权利要求1所述的磁悬浮系统的轴控制方法，其特征在于，从所述位移信号中 分离出涡动位移包括对所述位移信号进行分离，得到平动位移和所述涡动位移，在得到所 述平动位移之后，所述方法还包括：根据所述平动位移控制所述轴的平动，所述平动位移包 括前轴承处的平动位移和后轴承处的平动位移。
6. 根据权利要求5所述的磁悬浮系统的轴控制方法，其特征在于，根据所述涡动位移 控制所述轴的涡动以及根据所述平动位移控制所述轴的平动包括： 采用第一PID控制器对所述前轴承处的平动位移进行控制； 采用第二PID控制器对所述后轴承处的平动位移进行控制；以及 采用第三PID控制器对所述涡动位移对应的涡动角度进行控制。
7. -种磁悬浮系统的轴控制装置，其特征在于，包括： 获取单元，用于获取对磁悬浮系统中轴的位移进行检测得到的位移信号； 分离单元，用于从所述位移信号中分离出涡动位移；以及 控制单元，用于根据所述涡动位移控制所述轴的涡动。
8. 根据权利要求7所述的磁悬浮系统的轴控制装置，其特征在于，采用前轴承传感器 检测所述轴的前端的涡动位移，采用后轴承传感器检测所述轴的后端的涡动位移，所述分 离单元用干采用以下公式分离出所沭涡动位移：
其中，xal、Xbl分别为所述轴的前后两端的涡动位移，Ia为所述轴的质心到所述前轴承 传感器的距离，Ib为所述轴的质心到所述后轴承传感器的距离，Xa为所述前轴承传感器检 测到的所述轴的前端偏离平衡位置的位移，Xb为所述后轴承传感器检测到的所述轴的后端 偏离平衡位置的位移。
9. 根据权利要求7所述的磁悬浮系统的轴控制装置，其特征在于，所述控制单元包括： 计算模块，用于根据所述涡动位移计算所述轴的涡动角度；以及 控制模块，用于控制所述轴的涡动角度在预定范围内。
10. 根据权利要求9所述的磁悬浮系统的轴控制装置，其特征在于，所述计算模块用于 采用以下任意一种方式计算所述涡动角度： 方式一：
方式二：
方式三：
其中，α为涡动角度，Xal、Xbl分别为所述轴的前后两端的涡动位移，Ia为所述轴的质心 到前轴承传感器的距离，Ib为所述轴的质心到后轴承传感器的距离，Xa为所述前轴承传感 器检测到的所述轴的前端偏离平衡位置的位移，Xb为所述后轴承传感器检测到的所述轴的 后端偏离平衡位置的位移。
11. 根据权利要求7所述的磁悬浮系统的轴控制装置，其特征在于，所述分离单元用于 对所述位移信号进行分离，得到平动位移和所述涡动位移，所述控制单元还用于在得到所 述平动位移之后，根据所述平动位移控制所述轴的平动，所述平动位移包括前轴承处的平 动位移和后轴承处的平动位移。
12. 根据权利要求11所述的磁悬浮系统的轴控制装置，其特征在于，所述控制单元用 于： 采用第一PID控制器对所述前轴承处的平动位移进行控制； 采用第二PID控制器对所述后轴承处的平动位移进行控制；以及 采用第三PID控制器对所述涡动位移对应的涡动角度进行控制。
【文档编号】H02N15/00GK104467545SQ201310416595
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年9月12日 优先权日:2013年9月12日
【发明者】黄辉, 胡余生, 陈东锁, 李燕, 郭伟林, 胡叨福 申请人:珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司