一种单自由度磁液双悬浮轴承双闭环控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种单自由度磁液双悬浮轴承双闭环控制系统及方法。该系统中，差动式位移检测模块检测磁液双悬浮轴承的转子的偏移量，并将偏移量转换为模拟量电压输出至位置控制模块；位置控制模块比较模拟量电压以及参考电压，并根据电压差值输出控制电流；差动式电流检测模块用于检测磁液双悬浮轴承的线圈电流；电流控制模块用于根据控制电流以及线圈电流，输出驱动电流；功率放大模块分别与电流控制模块以及磁液双悬浮轴承连接，用于调整驱动电流，并通过调整好后的驱动电流驱动磁液双悬浮轴承的电磁线圈。本发明专利技术采用双闭环控制系统，外环保证转子位置精度以及电磁合力与静压支承合力相等，内环保证磁液双悬浮轴承控制系统具有良好的控制电流。

【技术实现步骤摘要】
一种单自由度磁液双悬浮轴承双闭环控制系统及方法
本专利技术涉及控制
，特别是涉及一种单自由度磁液双悬浮轴承双闭环控制系统及方法。
技术介绍
磁液双悬浮轴承采用电磁力和静压支承力双重支承，是一种新型的非机械接触的轴承，具有无摩擦、无磨损、承载能力大、运动精度高、使用寿命长等优点。因此对电流控制信号稳定性及抗干扰能力要求较高，传统的单闭环控制系统抗干扰能力不足，往往是通过较大的反馈增益来消除系统的误差等，进而导致控制电流信号易受外界的干扰以及可能超出相关硬件(电磁线圈、功率放大模块)的承载能力，导致电磁线圈等相关硬件烧毁。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种单自由度磁液双悬浮轴承双闭环控制系统及方法，采用双闭环控制系统，外环保证转子位置精度以及电磁合力与静压支承合力相等，内环保证磁液双悬浮轴承控制系统具有良好的控制电流。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种单自由度磁液双悬浮轴承双闭环控制系统，包括差动式位移检测模块、位置控制模块、差动式电流检测模块、电流控制模块以及功率放大模块；所述差动式位移检测模块用于检测磁液双悬浮轴承的转子的偏移量，并将所述所述偏移量转换为模拟量电压输出至所述位置控制模块；所述位置控制模块用于比较所述模拟量电压以及参考电压，并根据电压差值输出控制电流；所述差动式电流检测模块用于检测磁液双悬浮轴承的线圈电流；所述电流控制模块与所述位置控制模块以及所述差动式电流检测模块连接，用于根据所述控制电流以及所述线圈电流，输出驱动电流；所述功率放大模块分别与所述电流控制模块以及所述磁液双悬浮轴承连接，用于调整所述驱动电流，并通过调整好后的驱动电流驱动所述磁液双悬浮轴承的电磁线圈。可选的，所述差动式电流检测模块、所述电流控制模块以及功率放大模块依次闭合连接，构成电流内环。可选的，所述差动式位移检测模块、所述位置控制模块以及所述电流内环依次闭合连接，构成电流外环。可选的，所述功率放大模块包括脉宽调制器、上驱动电路、下驱动电路以及非门；所述脉宽调制器与所述上驱动电路连接，所述非门的一端与所述脉宽调制器连接，另一端与所述下驱动电路连接；所述上驱动电路用于驱动所述磁液双悬浮轴承的上电磁线圈，所述下驱动电路用于驱动磁液双悬浮轴承的下电磁线圈。可选的，所述磁液双悬浮轴承的定子设有4个径向磁极。可选的，所述磁液双悬浮轴承的转子与轴承之间的间隙为15-30μm。本专利技术还提供了一种单自由度磁液双悬浮轴承双闭环控制方法，所述方法应用上述控制系统，所述方法包括：检测磁液双悬浮轴承的转子的偏移量；将所述所述偏移量转换为模拟量电压；比较所述模拟量电压以及参考电压，得到电压差值；根据电压差值输出控制电流；检测磁液双悬浮轴承的线圈电流；根据所述控制电流以及所述线圈电流，输出驱动电流；通过驱动电流驱动所述磁液双悬浮轴承的电磁线圈。可选的，还包括对所述驱动电流进行调整。与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：本专利技术采用双闭环控制系统，外环保证转子位置精度以及保证电磁合力与静压支承合力时刻几乎相等，内环保证磁液双悬浮轴承控制系统具有良好的控制电流。当转子无偏移即处于基准位置时，功率放大模块的输入为零，此时输出脉冲占空比达到最大，如果转子偏离基准位置向下移动，差动式位移传感器实时输出转子的位移量，位置控制模块的输出传递至功率放大模块，此时上线圈的脉冲电流的占空比大于下线圈脉冲电流的占空比，上线圈吸力变大，下线圈吸力变小，与此同时上腔压力小于下腔压力，在电磁合力与静压支承合力双重作用下，则转子向上移动；最终使得转子达到新的平衡位置。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例单自由度磁液双悬浮轴承双闭环控制系统的结构框图；图2为本专利技术实施例功率放大模块的结构框图；图3为磁液双悬浮轴承的结构示意图；图4为本专利技术实施例单自由度磁液双悬浮轴承双闭环控制方法的流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种单自由度磁液双悬浮轴承双闭环控制系统及方法，采用双闭环控制系统，外环保证转子位置精度以及电磁合力与静压支承合力相等，内环保证磁液双悬浮轴承控制系统具有良好的控制电流。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。如图1所示，一种单自由度磁液双悬浮轴承双闭环控制系统包括差动式位移检测模块1、位置控制模块2、差动式电流检测模块3、电流控制模块4以及功率放大模块5。所述差动式电流检测模块3、所述电流控制模块4以及功率放大模块5依次闭合连接，构成电流内环。所述差动式位移检测模块1、所述位置控制模块2以及所述电流内环依次闭合连接，构成电流外环。所述差动式位移检测模块1用于检测磁液双悬浮轴承6的转子的偏移量，并将所述所述偏移量转换为模拟量电压输出至所述位置控制模块2；所述位置控制模块2用于比较所述模拟量电压以及参考电压，并根据电压差值输出控制电流；所述差动式电流检测模块3用于检测磁液双悬浮轴承6的线圈电流；所述电流控制模块4与所述位置控制模块2以及所述差动式电流检测模块3连接，用于根据所述控制电流以及所述线圈电流，输出驱动电流；所述功率放大模块5分别与所述电流控制模块4以及所述磁液双悬浮轴承连6接，用于调整所述驱动电流，并通过调整好后的驱动电流驱动所述磁液双悬浮轴承6的电磁线圈。如图2所示，所述功率放大模块包括脉宽调制器、上驱动电路、下驱动电路以及非门。所述脉宽调制器与所述上驱动电路连接，所述非门的一端与所述脉宽调制器连接，另一端与所述下驱动电路连接；所述上驱动电路用于驱动所述磁液双悬浮轴承的上电磁线圈，所述下驱动电路用于驱动磁液双悬浮轴承的下电磁线圈。本系统引入了非门电路，则上、下两个功放的脉宽调制信号相位差是180°，这就达到了让脉宽调制信号占空比变化相反目的。当转子无偏移即处于基准位置时，脉宽调制器的输入为零，此时输出脉冲占空比达到最大，如果转子偏离基准位置向下移动，差动式位移传感器实时输出转子的位移量，位置控制模块的输出传递至脉宽调制器，此时上线圈的脉冲电流的占空比大于下线圈脉冲电流的占空比，上线圈吸力变大，下线圈吸力变小，与此同时上腔压力小于下腔压力，在电磁合力与静压支承合力双重作用下，则转子向上移动；最终使得转子达到新的平衡位置。电流内环防止驱动电流超过线圈承受范围，可以通过电流控制模块以及通过功率放大模块调整，输出满足电磁线圈设计要求驱动电流，驱动磁液双悬浮轴承的电磁线圈，实现电流闭环控制，该控制系统中电流外环能够很好地保证转子有良好位置静态误差以及可保证电磁合力与静压支承合力时刻几乎相等，内环—外环可以起到电磁线圈过载保护以及抗外干扰的能力，提高系统的稳定性。具体的工作原理如下：单自由度磁液双本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单自由度磁液双悬浮轴承双闭环控制系统，其特征在于，包括差动式位移检测模块、位置控制模块、差动式电流检测模块、电流控制模块以及功率放大模块；所述差动式位移检测模块用于检测磁液双悬浮轴承的转子的偏移量，并将所述所述偏移量转换为模拟量电压输出至所述位置控制模块；所述位置控制模块用于比较所述模拟量电压以及参考电压，并根据电压差值输出控制电流；所述差动式电流检测模块用于检测磁液双悬浮轴承的线圈电流；所述电流控制模块与所述位置控制模块以及所述差动式电流检测模块连接，用于根据所述控制电流以及所述线圈电流，输出驱动电流；所述功率放大模块分别与所述电流控制模块以及所述磁液双悬浮轴承连接，用于调整所述驱动电流，并通过调整好后的驱动电流驱动所述磁液双悬浮轴承的电磁线圈。

【技术特征摘要】
1.一种单自由度磁液双悬浮轴承双闭环控制系统，其特征在于，包括差动式位移检测模块、位置控制模块、差动式电流检测模块、电流控制模块以及功率放大模块；所述差动式位移检测模块用于检测磁液双悬浮轴承的转子的偏移量，并将所述所述偏移量转换为模拟量电压输出至所述位置控制模块；所述位置控制模块用于比较所述模拟量电压以及参考电压，并根据电压差值输出控制电流；所述差动式电流检测模块用于检测磁液双悬浮轴承的线圈电流；所述电流控制模块与所述位置控制模块以及所述差动式电流检测模块连接，用于根据所述控制电流以及所述线圈电流，输出驱动电流；所述功率放大模块分别与所述电流控制模块以及所述磁液双悬浮轴承连接，用于调整所述驱动电流，并通过调整好后的驱动电流驱动所述磁液双悬浮轴承的电磁线圈。2.根据权利要求1所述的单自由度磁液双悬浮轴承双闭环控制系统，其特征在于，所述差动式电流检测模块、所述电流控制模块以及功率放大模块依次闭合连接，构成电流内环。3.根据权利要求2所述的单自由度磁液双悬浮轴承双闭环控制系统，其特征在于，所述差动式位移检测模块、所述位置控制模块以及所述电流内环依次闭合连接，构成电流外环。4.根据权利要求1所述的单自由度磁液双悬浮轴承双闭...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵建华，陈涛，闫伟东，张国基，曹俊波，幸岚春，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13