专利名称：一种非线性功率放大器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于功率放大器技术领域，尤其涉及一种非线性功率放大器。
背景技术：
磁悬浮技术在今天受到了科技界与工业界越来越多的关注。由于磁悬浮能够使转轴不接触任何外界的元件旋转，因此具有机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染等优点，特别适用高速、真空、超净等特殊环境.可广泛用于机械加工、涡轮机械、航空航天、真空技术、转子动力学特性辨识与测试等领域，被公认为极有前途的新型轴承。磁悬浮轴承按悬浮方式可分为主动式和被动式。在磁悬浮领域中，应用最广泛的就是主动式磁悬浮。与主动磁悬浮轴承相比，被动磁悬浮系统虽具有系统设计简单，并在无控制环节的情况下即可稳定的优点，但是它不能产生阻尼，亦即缺少像机械阻尼或像主动轴承那样的附加手段，因此这个系统的稳定域是很小的，外界干扰的小变化也会使它趋于不稳定。所谓主动式磁悬浮系统就是通过不断的调节定子电磁铁对转子的电磁吸力使转子维持一个动态的平衡。一个简单的主动型磁悬浮轴承的组成部分及其功能如
图1所示。其中包含涡流传感器，用于测出转子偏离参考点的位置；控制器，通过微处理器将涡流传感器检测的位移变换成控制信号；数字化非线性功率放大器，通过功率放大器将控制信号转换成控制电流，控制电流使执行磁铁产生磁力从而使转子维持其悬浮位置不变。一个实际的转子需要多个磁 铁组成，检测传感器也应该是多个。以磁悬浮电主轴为例，系统有4个径向自由度及I个轴向自由度。由控制器通过功率放大器去驱动差动电磁铁线圈(图1中电磁线圈)的电流，来调整转子轴的平衡位置。高速运转时一旦转子位置改变，控制器就会通过调整相应电磁铁中的电流使转子轴保持在中间位置(如图1)。主动磁悬浮轴承是一个典型的机电一体化控制系统，其本质是强烈非线性(磁浮力正比于电流的平方、反比于偏移量的平方，电感、磁滞因素等)的，因此其控制问题变得复杂而又富有代表性。磁悬浮轴承正成为非线性控制领域中一个非常典型的对象。控制方式对磁悬浮轴承来说，如同软件技术在计算机中的地位一样，吸引了大量的注意力和耗费大部分研究工作量。由于磁悬浮控制系统是典型的非线性本质不稳定和参数不确定系统，这些对于提高系统的稳定性和刚度都是不利的。由图1所示，以磁悬浮电主轴为例，系统有4个径向自由度及I个轴向自由度。由控制器通过功率放大器去驱动差动电磁铁线圈(图1中电磁线圈)的电流，来调整转子轴的平衡位置。高速运转时一旦转子位置改变，控制器就会通过调整相应电磁铁中的电流使转子轴保持在中间位置(如图1)。差动电磁铁产生的电磁力如式
(I)=F^-F2-( Η)2]
^C0+ XC0-X⑴在以往的主动磁悬系统中，往往不考虑铁芯材料的非线性影响，把铁芯的导磁率μ当作固定的，其单个自由度上吸力同式(1)，式中:χ为偏离中心轴的距离，Itl为直流偏置，ix(l为固定作用力下(如:重力)的电流增量，ix为受扰动时的电流增量。当平衡位置接近中点时，X接近O，则式(I)可近似为:
权利要求1.一种非线性功率放大器，其特征在于，该非线性功率放大器为智能型闭环控制，包括: 用于将输入的信号进行数字化处理的数字化模块； 与数字化模块、输出信号转换器模块、非线性补偿数据库模块相连接，用于将通过数字化模块的输入信号 和通过非线性补偿数据库模块的反馈信号进行非线性数字化补偿处理的非线性数字化补偿模块； 与非线性数字化补偿模块、输出电路相连接，用于将通过非线性数字化补偿模块的输入信号和由上下线圈反馈的信号转换成适合系统控制的信号的输出信号转换器模块； 与输出信号转换器、上下电磁线圈相连接，用于输出经过信号转换器处理后的信号的输出电路模块，; 与位置传感器、输入接口模块相连接，用于将位置传感器检测的到的位置信号进行处理并传递到输入接口模块的位置信号模块； 与位置信号模块、补偿参数确定模块相连接，用于将位置信号模块的信号传输到补偿参数确定模块中的输入接口； 与输入接口模块、材料参数输入模块、非线性补偿数据库模块相连接，用于根据材料参数输入模块提供的参考资料，综合处理由上下线圈传递的信号以及由输入接口模块传递的位置反馈信号的补偿参数确定模块； 与补偿参数确定模块相连接，用于为补偿参数确定模块提供并输入材料参数的材料参数输入模块； 与非线性数字化补偿模块、补偿参数确定模块相连接，用于将补偿参数确定模块所传递的反馈信号处理后输入到非线性数字化补偿模块的非线性补偿数据库模块。
2.如权利要求1所述的非线性功率放大器，其特征在于，所述控制信号通过数字化模块、非线性数字化补偿模块、输出信号转换器模块最后进入输出电路中，对上下线圈产生的电流值进行调控。
3.如权利要求1所述的非线性功率放大器，其特征在于，所述位置传感器将采集到的信号经由位置信号模块、输入接口模块、补偿参数确定模块、非线性补偿数据库模块反馈到非线性数字化补偿模块进行集中处理。
专利摘要本实用新型公开了一种非线性功率放大器，为智能型闭环控制，控制信号通过数字化模块、非线性数字化补偿软件等进入输出电路中，对主动磁悬浮的差动电磁铁中上下两个线圈产生的电流值进行调控；上下线圈的电流反馈值分两路，其中一路将被实时地检测后反馈到输出信号转换器，用于输出驱动的快速保护；位置传感器将采集到的信号反馈到非线性数字化补偿模块进行集中处理与另一路电流反馈值以及材料参数将一同输入到补偿参数确定模块，最后由微处理器查表得出补偿参数后进行补偿。本实用新型为主动磁悬浮的实际应用提供技术依据，可将系统控制器成为一个标准化的部件，为实现主动磁悬浮系统的免调试、大批量在工业中推广应用起到关键作用。
文档编号H03F3/20GK203135798SQ201220614700
公开日2013年8月14日 申请日期2012年11月10日 优先权日2012年11月10日
发明者张燕红, 赵德安, 张建生, 郑仲桥 申请人:江苏大学