一种失稳后实现再悬浮的磁悬浮轴承控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种失稳后实现再悬浮的磁悬浮轴承控制系统，在转子的两端部位置处分别安装有滚珠轴承，每个滚珠轴承外均套设有弹性支撑座，在磁悬浮轴承失稳后快速消除可滑动支撑座与滚珠轴承外圈之间保护间隙，将转子跌落后可能出现的高频振动转化为沿支撑弹簧方向上的低频振动，便于电磁阻尼力的加入。本发明专利技术的控制方法，若根据判断正常情况下控制器内转子位置控制模块进行控制，若根据判断工作不正常，则控制器控制弹性支撑座工作，使得原先高频大幅振动状态变为沿支撑弹簧方向运动的低频较大幅度振动，再采用阻尼力控制模块进行控制，使得转子受到电磁阻尼力，以降低转子的振动幅值，最后切换为转子位置控制模块进行控制，实现再悬浮。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种磁悬浮轴承控制系统及其控制方法，更具体地说，涉及一种失稳后实现再悬浮的磁悬浮轴承控制系统及其控制方法。
技术介绍
主动磁悬浮轴承系统通过可控电磁力将转子悬浮于定子磁极中间，因此具有无摩擦、无需润滑、无污染、高速度、寿命长等优点。目前，主动磁悬浮轴承已作为一种先进的机电一体化产品，在工业领域得到了一定的应用，如陀螺仪、高速电机、无轴承电机、航空发动机、人工心脏泵和分布式发电系统等。在磁悬浮轴承系统中，为了提高整个系统的可靠性，还需要一套保护轴承作为磁悬浮轴承失效后转子的临时支撑，保护磁悬浮轴承定子和电机定子不受损坏。保护轴承一般选用机械轴承，而通常磁悬浮轴承系统中转子的工作转速均在几万转每分钟以上，如果转子在磁悬浮轴承支撑下高速旋转时，一旦发生转子受到突然强冲击、短时过载或电源丢失等情况，转子将与保护轴承发生碰撞，保护轴承将受到巨大冲击，而较大的碰撞力将使转子进入非线性运动状态，会造成转子和保护轴承的严重磨损，如果不及时实现转子再悬浮，将极大降低保护轴承使用寿命，甚至造成磁悬浮轴承定子的损坏。而此时由于碰撞力的影响，使得传统的磁悬浮轴承控制系统很难使转子在该情形下及时恢复正常悬浮。在磁悬浮轴承定子及电控系统未损坏的前提下，为了使转子恢复正常悬浮，通常需要首先切断转子的驱动降低转子的转速，同时切断磁悬浮轴承的支撑，待转子的转速将为零后，即转子完全静止后再重新恢复磁悬浮轴承支撑。例如中国专利号ZL201110186730.1，授权公告日为2014年6月25日，专利技术创造名称为：一种磁悬浮分子泵失稳恢复控制的方法，该申请案涉及一种磁悬浮分子泵失稳恢复控制的方法，磁悬浮分子泵的转子失稳后，磁悬浮分子泵控制器切换到失稳恢复控制器，关闭磁悬浮分子泵电机，关闭磁悬浮分子泵抽气口和前级机械泵抽气阀，打开磁悬浮分子泵放气阀放入空气，随后关闭；然后根据转子重心位置状态，首先恢复所述转子在下径向或上径向上正常悬浮，然后依次恢复所述转子在另一径向上、轴向上的正常悬浮，在此过程中不断检测已经可以悬浮的径向是否仍能正常悬浮，最终实现所述转子重新悬浮。该方法通过降低转子转速来降低转子的冲击能量，将悬浮过程分到各个自由度逐步进行，并不断检测，整个恢复悬浮过程不可控，很有可能直到转子转速快降为零时才实现转子的再悬浮，而此过程，转子和保护轴承之间的剧烈碰撞可能对转子或定子造成损坏。
技术实现思路
1.专利技术要解决的技术问题本专利技术的目的在于克服现有磁悬浮轴承系统短暂失控后难以及时恢复稳定悬浮的不足，提供了一种失稳后实现再悬浮的磁悬浮轴承控制系统及其控制方法，采用本专利技术的技术方案，在磁悬浮轴承系统正常工作时控制器内采用转子位置控制模块进行控制，使得转子受到与转子偏离平衡位置方向相反的电磁吸引力合力，用于确保转子维持在要稳定悬浮的平衡位置，在磁悬浮轴承系统出现短暂失控后，控制器内先关闭转子位置控制模块，控制弹性支撑座工作，使得原先高频大幅振动状态变为沿支撑弹簧方向运动的低频较大幅度振动，再采用阻尼力控制模块进行控制，使得转子受到电磁阻尼力，以降低转子的振动幅值，最后将使得弹性支撑座停止工作，阻尼力控制模块切换为转子位置控制模块使得转子恢复到要稳定悬浮的平衡位置，实现再悬浮，区别于现有技术需要降低转子转速才能实现再悬浮的目的，操作便捷，提高了系统的整体性能。2.技术方案为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：本专利技术的一种失稳后实现再悬浮的磁悬浮轴承控制系统，包括转子、径向磁悬浮轴承定子、轴向磁悬浮轴承定子、电机定子、径向位移传感器、轴向位移传感器、控制器、功率放大器和用于控制电机定子的变频器，所述的轴向位移传感器和径向位移传感器均与控制器连通，所述的径向磁悬浮轴承定子和轴向磁悬浮轴承定子内的定子线圈均与功率放大器相连，每个功率放大器均与控制器连通，所述的转子的两端部位置处分别安装有一个与随转子一并旋转的滚珠轴承，每个滚珠轴承外均套设有弹性支撑座；所述的弹性支撑座包括相对设置于滚珠轴承左右两侧的两个可滑动支撑座和相对设置于滚珠轴承上下两侧的两个固定支撑座；所述的两个固定支撑座均固定安装，每个固定支撑座的前端圆弧面与滚珠轴承外圈之间均设有固定保护间隙；所述的两个可滑动支撑座均安装在滑动导轨，每个可滑动支撑座的前端圆弧面与滚珠轴承外圈之间均设有可变保护间隙，每个可滑动支撑座的后端均通过支撑弹簧与基座相连；所述的两个可滑动支撑座之间设置有相对设置于上下两侧且与滑动导轨相互平行布置的两个电磁铁，每个电磁铁上均绕有由控制器控制的电磁线圈。本专利技术的一种失稳后实现再悬浮的磁悬浮轴承控制系统的控制方法，其步骤为：1)构建上述的一种失稳后实现再悬浮的磁悬浮轴承控制系统；2)使用径向位移传感器采集磁悬浮轴承控制系统中径向位移传感器对应位置处的实时转子振动位移信号Xs；3)将步骤2)中采集到的实时转子振动位移信号Xs分别输入到设于控制器内的转子位置控制模块、转子运动状态评估模块和阻尼力控制模块；4)转子运动状态评估模块根据步骤2)中采集到的实时转子振动位移信号xs估算出转子在弹性支撑座处的振动位移，并与预先设定于转子运动状态评估模块内的保护间隙相比较；5)若根据步骤4)比较，发现估算出的振动位移小于预先设定的保护间隙，说明磁悬浮轴承控制系统处于正常情况，此时控制器内转子位置控制模块控制通道被选通，同时阻尼力控制模块控制通道以及弹性支撑座电磁线圈电流输入通道处于被关闭状态，采用转子位置控制模块进行控制；6)转子位置控制模块对步骤2)中采集到的实时转子振动位移信号Xs进行处理，处理结果经功率放大器后转化为通过径向磁悬浮轴承定子中定子线圈内的控制电流，进而控制径向磁悬浮轴承定子所产生的电磁力，使得转子受到与转子偏离平衡位置方向相反的电磁吸引力合力；7)继续执行步骤2)、步骤3)、步骤4)、步骤5)和步骤6)，确保转子维持在要稳定悬浮的平衡位置；8)若根据步骤4)比较，发现估算出的振动位移大于或等于预先设定的保护间隙，且转子转子振幅无减小趋势时，说明磁悬浮轴承控制系统出现短暂失控，此时控制器内转子位置控制模块控制通道被关闭，弹性支撑座电磁线圈电流输入通道被选通，阻尼力控制模块控制通道保持关闭状态，弹性支撑座开始工作；9)弹性支撑座电磁线圈通入电流i0后使得电磁铁产生吸合电磁力，吸引两个可滑动支撑座沿着滑动导轨相向运动，消除保护间隙，使得两个可滑动支撑座与转子合为一整体在支撑弹簧的支撑下沿着支撑弹簧方向振动；10)当转子运动状态评估模块结果显示转子的运动状态已由原先高频大幅振动状态变为沿支撑弹簧方向运动的低频较大幅度振动时，阻尼力控制模块控制通道被选通，弹性支撑座电磁线圈电流输入通道保持被选通状态，转子位置控制模块控制通道保持被关闭状态，采用阻尼力控制模块进行控制；11)阻尼力控制模块对步骤2)中采集到的实时转子振动位移信号Xs进行处理，处理结果经功率放大器后转换为通过径向磁悬浮轴承定子中定子线圈内的控制电流，进而控制径向磁悬浮轴承定子所产生的电磁力，使得转子受到电磁阻尼力，以降低转子的振动幅值；12)继续执行2)、3)、4)、11)，直到转子运动状态评估模块结果显示估算出的振动位移小于预先设定的保护间隙，就将阻尼力控制模块控制通道以及弹性支撑座电磁线圈电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种失稳后实现再悬浮的磁悬浮轴承控制系统，包括转子(1)、径向磁悬浮轴承定子(2)、轴向磁悬浮轴承定子(3)、电机定子(4)、径向位移传感器(5)、轴向位移传感器(6)、控制器、功率放大器(7)和用于控制电机定子(4)的变频器，所述的轴向位移传感器(3)和径向位移传感器(5)均与控制器连通，所述的径向磁悬浮轴承定子(2)和轴向磁悬浮轴承定子(3)内的定子线圈均与功率放大器(7)相连，每个功率放大器(7)均与控制器连通，其特征在于：所述的转子(1)的两端部位置处分别安装有一个与随转子一并旋转的滚珠轴承(8)，每个滚珠轴承(8)外均套设有弹性支撑座(9)；所述的弹性支撑座(9)包括相对设置于滚珠轴承(8)左右两侧的两个可滑动支撑座(91)和相对设置于滚珠轴承(8)上下两侧的两个固定支撑座(92)，所述的两个固定支撑座(92)均固定安装，每个固定支撑座(92)的前端圆弧面与滚珠轴承(8)外圈之间均设有固定保护间隙；所述的两个可滑动支撑座(91)均安装在滑动导轨，每个可滑动支撑座(91)的前端圆弧面与滚珠轴承(8)外圈之间均设有可变保护间隙，每个可滑动支撑座(91)的后端均通过支撑弹簧(93)与基座(94)相连；所述的两个可滑动支撑座(91)之间设置有相对设置于上下两侧且与滑动导轨相互平行布置的两个电磁铁(95)，每个电磁铁(95)上均绕有由控制器控制的电磁线圈。...

【技术特征摘要】
1.一种失稳后实现再悬浮的磁悬浮轴承控制系统，包括转子(1)、径向磁悬浮轴承定子(2)、轴向磁悬浮轴承定子(3)、电机定子(4)、径向位移传感器(5)、轴向位移传感器(6)、控制器、功率放大器(7)和用于控制电机定子(4)的变频器，所述的轴向位移传感器(3)和径向位移传感器(5)均与控制器连通，所述的径向磁悬浮轴承定子(2)和轴向磁悬浮轴承定子(3)内的定子线圈均与功率放大器(7)相连，每个功率放大器(7)均与控制器连通，其特征在于：所述的转子(1)的两端部位置处分别安装有一个与随转子一并旋转的滚珠轴承(8)，每个滚珠轴承(8)外均套设有弹性支撑座(9)；所述的弹性支撑座(9)包括相对设置于滚珠轴承(8)左右两侧的两个可滑动支撑座(91)和相对设置于滚珠轴承(8)上下两侧的两个固定支撑座(92)，所述的两个固定支撑座(92)均固定安装，每个固定支撑座(92)的前端圆弧面与滚珠轴承(8)外圈之间均设有固定保护间隙；所述的两个可滑动支撑座(91)均安装在滑动导轨，每个可滑动支撑座(91)的前端圆弧面与滚珠轴承(8)外圈之间均设有可变保护间隙，每个可滑动支撑座(91)的后端均通过支撑弹簧(93)与基座(94)相连；所述的两个可滑动支撑座(91)之间设置有相对设置于上下两侧且与滑动导轨相互平行布置的两个电磁铁(95)，每个电磁铁(95)上均绕有由控制器控制的电磁线圈。2.一种失稳后实现再悬浮的磁悬浮轴承控制系统的控制方法，其步骤为：1)构建权利要求1所述的一种失稳后实现再悬浮的磁悬浮轴承控制系统；2)使用径向位移传感器(5)采集磁悬浮轴承控制系统中径向位移传感器(5)对应位置处的实时转子振动位移信号Xs；3)将步骤2)中采集到的实时转子振动位移信号Xs分别输入到设于控制器内的转子位置控制模块、转子运动状态评估模块和阻尼力控制模块；4)转子运动状态评估模块根据步骤2)中采集到的实时转子振动位移信号Xs估算出转子在弹性支撑座(9)处的振动位移，并与预先设定于转子运动状态评估模块内的保护间隙相比较；5)若根据步骤4)比较，发现估算出的振动位移小于预先设定的保护间隙，说明磁悬浮轴承控制系统处于正常情况，此时控制器内转子位置控制模块控制通道被选通，同时阻尼力控制模块控制通道以及弹性支撑座电磁线圈电流输入通道处于被关闭状态，控制器内采用转子位置控制模块进行控制；6)转子位置控制模块对步骤2)中采集到的实时转子振动位移信号Xs进行处理，处理结果经功率放大器(7)后转化为通过径向磁悬浮轴承定子(2)中定子线圈内的控制电流，进而控制径向磁悬浮轴承定子(2)所产生的电磁力，使得转子(1)受到与转子(1)偏离平衡位置方向相反的电磁吸引力合力；7)继续执行步骤2)、步骤3)、步骤4)、步骤5)和步骤6)，确保转子(1)维持在要稳定悬浮的平衡位置；8)若根据步骤4)比较，发现估算出的振动位移大于或等于预先设定的保护间隙，且转子转子振幅无减小趋势时，说...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱益利，黄文生，朱锡芳，郑仲桥，张建生，
申请(专利权)人：常州工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32