磁性轴承系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种磁性轴承系统及其控制方法。所述磁性轴承系统包括第一电磁铁、与所述第一电磁铁相对的第二电磁铁和设置在所述第一电磁铁与所述第二电磁铁之间的转子。所述第一电磁铁和第二电磁铁配置用于施加磁力。所述系统还包括控制器，所述控制器配置用于确定将转子移动到预定转子设定点所需的控制动作。所述系统进一步包括非线性补偿装置，所述非线性补偿装置配置用于计算所述第一电磁铁的第一电流设定点和所述第二电磁铁的第二电流设定点，以在所述磁性轴承系统的启动、运行和关机中的至少一个期间维持预定硬度。所述第一电流设定点和第二电流设定点基于所述控制器确定的所述控制动作进行计算。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种。所述磁性轴承系统包括第一电磁铁、与所述第一电磁铁相对的第二电磁铁和设置在所述第一电磁铁与所述第二电磁铁之间的转子。所述第一电磁铁和第二电磁铁配置用于施加磁力。所述系统还包括控制器，所述控制器配置用于确定将转子移动到预定转子设定点所需的控制动作。所述系统进一步包括非线性补偿装置，所述非线性补偿装置配置用于计算所述第一电磁铁的第一电流设定点和所述第二电磁铁的第二电流设定点，以在所述磁性轴承系统的启动、运行和关机中的至少一个期间维持预定硬度。所述第一电流设定点和第二电流设定点基于所述控制器确定的所述控制动作进行计算。【专利说明】
本说明书中所述的实施例总体上涉及一种磁性轴承(Magneticbearing)系统,确切地说，涉及一种磁性轴承系统的非线性补偿。
技术介绍
主动式磁性轴承系统用于旋转机械系统中，以实现机械系统内旋转件的非接触式支撑。主动式磁性轴承的非接触式特征能够减小转子上的旋转阻力并减少旋转系统的磨损，从而提闻旋转系统部件的效率并延长其寿命。至少一些已知的主动式磁性轴承系统包括至少一对致动器(actuators)或者电磁铁、位置传感器和控制器。所述位置传感器检测转子相对于致动器的位置或者实际空气间隙距离。所述空气间隙距离作为信号传输到控制器，所述控制器将所述实际空气间隙距离与转子运行的优选空气间隙距离(“优选运行设定点”)进行比较。所述控制器随后发出与使转子返回到优选运行设定点所需的轴承电流改变相关的励磁电流。此类已知的主动式磁性轴承系统通常使用相对于彼此运行的一对致动器。具体来说，随着第一致动器中的电流和力增大，第二致动器中的电流和力大体减小类似的量。施加在转子上的磁力与致动器上的励磁电流之间形成非线性关系。相对于空气间隙距离的优选运行设定点处的连续运行而言，此类非线性关系使这些已知系统在启动和/或关机期间的性能(behave)不同。此外，常规启动例程可能包括将悬浮距离缓慢提高到最大可用空气间隙，以便校准系统并评估着陆轴承(Landing bearing)的剩余寿命。此类过程将经历性能(behaviors)大为不同的广泛运行点范围。为抵消不同运行点的非线性性能，至少一个已知系统使用偏置电流策略来部分减少主动式磁性轴承在稳态运行点处的非线性性能。此类偏置电流策略通常无法减少在启动和关机过程中的非线性性能。此外，此类策略效率低下，因为两个相对的致动器始终需要电流来产生将转子移动到设定点所需的相对力，因而产生能量浪费。
技术实现思路
一方面，本专利技术提供一种磁性轴承系统。所述磁性轴承系统包括第一电磁铁、与所述第一电磁铁相对的第二电磁铁和位于所述第一电磁铁与所述第二电磁铁之间的转子。所述第一电磁铁和第二电磁铁配置用于施加磁力。所述系统还包括控制器，所述控制器配置用于确定将转子移动到预定转子设定点所需的控制动作。所述系统进一步包括非线性补偿装置，所述非线性补偿装置配置用于计算所述第一电磁铁的第一电流设定点和所述第二电磁铁的第二电流设定点，以在所述磁性轴承系统的启动、运行和关机中的至少一个期间维持预定硬度(Predetermined stiffness)。所述第一电流设定点和第二电流设定点基于所述控制器确定的控制动作进行计算。其中，所述非线性补偿装置独立于所述第一电磁铁和第二电磁铁与所述转子之间的空气间隙距离而产生所述第一电磁铁和第二电磁铁的大体恒定的合成硬度(Resultantstiffness)。其中，所述非线性补偿装置使所述控制器确定的所述控制动作与施加到所述转子的所述磁力之间产生线性关系。其中，所述控制动作包括将所述转子移动到预定设定点所需的磁力或将所述转子移动到预定设定点所需的电流。所述的磁性轴承系统进一步包括连接到所述第一电磁铁和第二电磁铁中的至少一个的至少一个位置传感器，所述至少一个位置传感器配置用于将相对于所述第一电磁铁和第二电磁铁中的至少一个的转子位置信息传输到所述控制器。其中，所述控制器通过测量所述第一电磁铁和第二电磁铁中的至少一个的电感变化来测量所述转子的位置。其中，所述非线性补偿装置配置用于在所述磁性轴承系统的启动、运行和关机中的至少一个期间维持大体恒定的致动增益(Actuationgain)。其中，所述非线性补偿装置进一步配置用于计算所述第一电磁铁的第一电流设定点和所述第二电磁铁的第二电流设定点，以在所述磁性轴承系统的运行期间维持硬度。其中，所述转子安装在以下任一项中:压缩机、鼓风机、泵、涡轮机、电动机和发电机。其中，所述转子设定点位于以下任一项处:所述第一电磁铁与第二电磁铁之间的中心位置以及所述第一电磁铁和第二电磁铁之间的偏心位置。另一方面，本专利技术提供一种用于控制磁性轴承系统的方法，其中所述磁性轴承系统包括位于相对的第一电磁铁和第二电磁铁之间的转子、控制器以及非线性补偿装置。所述方法包括测量所述第一电磁铁和第二电磁铁与所述转子之间的空气间隙距离。所述方法还包括使用所述非线性补偿装置计算所述第一电磁铁的第一电流设定点和所述第二电磁铁的第二电流设定点，以在所述磁性轴承系统的启动、运行和关机中的至少一个期间维持预定硬度。所述方法进一步包括向所述第一电磁铁施加第一电流设定点和向所述第二电磁铁施加第二电流设定点。所述的方法进一步包括独立于所述第一电磁铁和第二电磁铁与所述转子之间的所述空气间隙距离，使用所述非线性补偿装置产生所述第一电磁铁和第二电磁铁的大体恒定的合成硬度。所述的方法进一步包括，使用所述非线性补偿装置，使所述控制器确定的、将所述转子移动到预定转子设定点所需的控制动作与所述第一电磁铁和第二电磁铁向所述转子施加的磁力之间产生线性关系。所述的方法进一步包括通过所述控制器确定将所述转子移动到预定转子设定点所需的控制动作。所述的方法进一步包括使用所述非线性补偿装置在所述磁性轴承系统的所有运行点处维持恒定的致动增益。另一方面，本专利技术提供一种用于磁性轴承系统的非线性补偿装置。所述非线性补偿装置配置用于计算第一电磁铁的第一电流设定点和第二电磁铁的第二电流设定点，以在所述磁性轴承系统的启动、运行和关机中的至少一个期间维持预定硬度。所述第一电流设定点和第二电流设定点基于控制器确定的将转子移动到预定转子设定点所需的控制动作进行计算。其中，所述非线性补偿装置独立于所述第一电磁铁和第二电磁铁与所述转子之间的空气间隙距离而产生所述第一电磁铁和第二电磁铁的大体恒定的合成硬度。其中，所述非线性补偿装置使所述控制器确定的、将所述转子移动到预定转子设定点所需的控制动作与所述第一电磁铁和第二电磁铁向所述转子施加的磁力之间产生线性关系。其中，所述非线性补偿装置进一步配置用于计算所述第一电磁铁的第一电流设定点和所述第二电磁铁的第二电流设定点，以在所述磁性轴承系统的运行期间维持硬度。【专利附图】【附图说明】在参考附图阅读以下详细说明后，将更好地理解本专利技术的这些和其他特征、方面和优点，在附图中，类似的符号代表所有附图中类似的部分，其中:图1示出了示例性磁性轴承系统的简化方框图。图2示出了用于控制磁性轴承系统的示例性方法的流程图。除非另作说明，否则本说明书中提供的附图用于示出本专利技术的关键专利技术特征。可以相信这些关键专利技术特征适用于包括本专利技术一个或多个实施例的各种系统。因此，附图并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性轴承系统(100)，包括：第一电磁铁(104)和与所述第一电磁铁(104)相对的第二电磁铁(106)，所述第一电磁铁(104)和第二电磁铁(106)配置用于施加磁力；设置在所述第一电磁铁(104)与所述第二电磁铁(106)之间的转子(102)；控制器(110)，所述控制器(110)配置用于确定将所述转子(102)移动到预定转子设定点所需的控制动作；以及非线性补偿装置(112)，所述非线性补偿装置(112)配置用于计算所述第一电磁铁(104)的第一电流设定点和所述第二电磁铁(106)的第二电流设定点，以在所述磁性轴承系统(100)的启动、运行和关机中的至少一个期间维持预定硬度，其中所述第一电流设定点和第二电流设定点基于所述控制器(110)确定的所述控制动作进行计算。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：LC卡默，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US