一种磁悬浮轴承位移信号自调理系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种磁悬浮轴承位移信号自调理系统及方法，包括参考电压输入电路、原始位移信号输入电路、电压放大电路、滤波电路、钳位电路和DSP模块；通过参考电压输入电路将外部参考电压REF输入到电压放大电路，通过原始位移信号输入电路将磁悬浮轴承的原始位移信号V

【技术实现步骤摘要】
一种磁悬浮轴承位移信号自调理系统及方法
本专利技术涉及一种磁悬浮轴承位移信号自调理系统及方法，用于对磁悬浮轴承的原始位移信号自动调理，可省去传统手动调理磁悬浮轴承位移信号的繁琐过程，使磁悬浮轴承产品调试更高效。
技术介绍
与传统的滚动轴承、滑动轴承以及油膜轴承相比，磁悬浮轴承不存在机械接触，因此其转子可以运行到很高的转速，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，特别适用于高速、真空、超净等特殊环境中。磁悬浮轴承在控制时需要实时获取转子的位移信号，而转子的原始位移信号由于幅值比较大，不能直接输入到控制芯片DSP的AD中，因此需要将原始位移信号先经过一次调理。一般的调理过程为：先测量原始位移信号的极限值，然后设计一个电压放大电路使原始位移信号为极限值时，AD采集到的信号正好为特定的值(理想位移信号)。这种调理方法的缺点是：因为磁轴承的加工、安装不可能完全一致，所以两个设计相同的磁悬浮轴承极限位移值是不完全相同的，只能针对不同的极限位移值设计特定的电压放大电路，以满足原始位移信号为极限值时AD采集到的信号正好为特定值(理想位移信号)的要求，这个繁琐的过程严重影响了磁悬浮轴承产品生产效率。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题：克服一般磁悬浮轴承调理方法在通用性、成本和精度方面的不足，提供一种可通用、低成本、高精度的磁悬浮轴承位移信号自调理系统及方法。本专利技术的技术解决方案：一种磁悬浮轴承位移信号自调理系统，能够对磁悬浮轴承的原始位移信号进行自动调理，主要包括参考电压输入电路、原始位移信号输入电路、电压放大电路、滤波电路、钳位电路、DSP模块。该系统是通过参考电压输入电路将外部参考电压REF输入到电压放大电路，通过原始位移信号输入电路将磁悬浮轴承的原始位移信号VS输入到电压放大电路，电压放大电路将两路输入信号求和并放大，再将运算后的信号输入到滤波电路，滤波电路将信号经过钳位电路输入到DSP模块的AD，AD将包含位移信息的输入信号转化为数字量，然后DSP将数字量通过自调理算法得到理想位移信号。本专利技术自调理方法：先根据原始位移信号的极限值设计电压放大电路(3)，确保从电压放大电路输出的位移信号一定在AD的采样范围内，然后DSP将AD采集到的极限位移信号通过自调理算法得到理想位移信号。本专利技术与现有技术相比的优点在于：既没有增加额外的硬件成本，又实现了磁轴承位移信号的自动调理而且精度也比现有的调理方法更高。它具有以下优点：(1)硬件电路部分可以设计成统一参数，利于量产；(2)利用软件自动调理，调理精度更高、调理过程更高效。附图说明图1为本专利技术的结构组成框图；图2为本专利技术的参考电压输入电路；图3为本专利技术的原始位移信号输入电路；图4为本专利技术的电压放大电路；图5为本专利技术的滤波电路；图6为本专利技术的钳位电路；图7为本专利技术的自调理算法框图。具体实施方式如图1所示，本专利技术主要包括参考电压输入电路1、原始位移信号输入电路2、电压放大电路3、滤波电路4、钳位电路5、DSP模块6，其中DSP模块中包含AD和自调理算法7。该系统是通过参考电压输入电路1将外部参考电压REF输入到电压放大电路3；通过原始位移信号输入电路2将磁悬浮转子的原始位移信号VS输入到电压放大电路3，电压放大电路3将两路输入信号求和并放大，再将运算后的信号输入到滤波电路4，滤波电路将信号经过钳位电路5输入到DSP模块6的AD，AD将包含位移信息的输入信号转化为数字量，DSP将AD采集到数字量通过自调理算法7得到理想位移信号。如图2所示，本专利技术的参考电压输入电路是一个电压跟随电路，主要起到阻抗变换的作用。如图3所示，本专利技术的原始位移信号输入电路是一个电压跟随电路，主要起到阻抗变换的作用。如图4所示，本专利技术的电压放大电路是一个反向加法电路，输出信号与输入信号的关系为：通过配置电阻R1、R以及调节参考电压REF可以实现对原始位移信号进行电平偏移和比例变换，保证初级调理后的位移信号一定在AD采集的范围内。如图5所示，本专利技术的滤波电路是一个二阶低通滤波电路，主要是滤除位移信号中的高频噪声，使信号更加平稳。如图6所示，本专利技术的钳位电路由一个3V稳压二极管和一个7.5K的电阻并联组成，主要是对进入AD的信号进行钳位，对DSP起到保护作用。如图7所示，本专利技术的自调理算法流程为：初始化后对转子在正反向极限位置对应的理想位移信号值进行设定，假设设定值为V1，V2；然后控制磁悬浮轴承转子移动到正向极限位置，确保转子一定在正向极限位置；之后AD采集此时的位移信号，记为VO1；控制磁悬浮轴承转子移动到反向极限位置，确保转子一定在反向极限位置；之后AD采集此时的位移信号，记为VO2；释放磁轴承转子，计算参数计算参数b＝V1-k·VO1；正常工作时，如果原始位移信号为VS，AD采集到的位移信号为VO，对应的理想位移信号为V，则有：V＝k·VO+b。本专利技术涉及的磁悬浮轴承位移信号自调理方法也可以作为普通电压信号的调理方法，应用者可以通过修改软件灵活方便地对同一信号实现不同范围输出的调理。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁悬浮轴承位移信号自调理系统，其特征在于：包括参考电压输入电路(1)、原始位移信号输入电路(2)、电压放大电路(3)、滤波电路(4)、钳位电路(5)和DSP模块(6)，其中：参考电压输入电路(1)：与电压放大电路(3)相接，用于将参考电压经过阻抗变换送给电压放大电路(3)；原始位移信号输入电路(2)：与电压放大电路(3)相接，用于将原始位移信号经过阻抗变换送给电压放大电路(3)；电压放大电路(3)：将外部参考电压和原始位移信号求和并放大；保证最终进入AD的信号范围在0～3V；滤波电路(4)：与电压放大电路(3)相接，对电压放大电路的输出信号进行滤波，减少信号中的高频噪声；钳位电路(5)：与DSP模块(6)的AD管脚相接，主要是为了保证进入AD的信号电压在0～3V范围内，保护DSP模块(6)；DSP模块(6)：与滤波电路(4)相接，其中AD部分将采集到的包含位移信息的信号变换为数字量，然后DSP将数字量通过自调理算法(7)得到理想的位移信号；所述自调理算法(7)实现为：设原始位移信号的正负极限值为V

【技术特征摘要】
1.一种磁悬浮轴承位移信号自调理系统，其特征在于：包括参考电压输入电路(1)、原始位移信号输入电路(2)、电压放大电路(3)、滤波电路(4)、钳位电路(5)和DSP模块(6)，其中：参考电压输入电路(1)：与电压放大电路(3)相接，用于将参考电压经过阻抗变换送给电压放大电路(3)；原始位移信号输入电路(2)：与电压放大电路(3)相接，用于将原始位移信号经过阻抗变换送给电压放大电路(3)；电压放大电路(3)：将外部参考电压和原始位移信号求和并放大；保证最终进入AD的信号范围在0～3V；滤波电路(4)：与电压放大电路(3)相接，对电压放大电路的输出信号进行滤波，减少信号中的高频噪声；钳位电路(5)：与DSP模块(6)的AD管脚相接，主要是为了保证进入AD的信号电压在0～3V范围内，保护DSP模块(6)；DSP模块(6)：与滤波电路(4)相接，其中AD部分将采集到的包含位移信息的信号变换为数字量，然后DSP将数字量通过自调理算法(7)得到理想的位移信号；所述自调理算法(7)实现为：设原始位移信号的正负极限值为VS1和VS2，经过电压放大电路(3)和滤波电路(4)后，AD采集到的对应电压值为VO1和VO2，正负极限位移信号所对应的理想位移信号值为V1和V2；因为电路是线性的，假设当原始位移信号为VS时，经过电压放大电路(3)和滤波电路(4)后，AD采集到的对应电压值为VO，而相应的理想位移信号值V＝k·VO+b，则由以...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑世强，孙茂林，崔炳伟，韩邦成，刘刚，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11