一种单自由度磁液双悬浮轴承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控制系统及方法。其中，PID控制器、差动式功率放大器、位移传感器、单自由度磁液双悬浮轴承依次闭合连接构成电磁闭环。位移传感器用于检测单自由度磁液双悬浮轴承转子的偏移量并输出对应模拟量电压U

Control system and method of a single degree of freedom magnetic liquid double suspension bearing

【技术实现步骤摘要】
一种单自由度磁液双悬浮轴承控制系统及方法
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。磁液双悬浮轴承包含电磁支承和静压支承两套支承系统，而传统的控制方法单一，恢复响应较慢；本专利技术采用具有PID控制器的电磁闭环调控电磁力，PM流量控制器调控静压力，使其按比例共同补偿外负载。在该控制方法下再次达到平衡时，转子回至中心位置，且该控制方法调节能力大，响应快，动态特性好，有效的弥补了静压力响应慢的不足，大大提高了磁液双悬浮轴承运行的稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新型单自由度磁液双悬浮轴承控制方法，采用具有PID控制器的电磁闭环和PM流量控制器控制，分别对电磁力与静压力进行调控。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：具体地，本专利技术提供一种单自由度磁液双悬浮轴承控制系统，其包括PID控制器、差动式功率放大器、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控制系统，其特征在于：其包括PID控制器、差动式功率放大器、位移传感器、单自由度磁液双悬浮轴承、液压泵、溢流阀、压力表、单向阀、过滤器以及PM流量控制器；/n所述PID控制器、差动式功率放大器、单自由度磁液双悬浮轴承、位移传感器依次闭合连接构成电磁闭环控制系统，所述液压泵、溢流阀、压力表、单向阀、过滤器、PM流量控制器和单自由度磁液双悬浮轴承依次连接构成静压控制系统；/n所述位移传感器用于检测单自由度磁液双悬浮轴承的转子的偏移量并输出对应模拟量电压U

【技术特征摘要】
1.一种单自由度磁液双悬浮轴承控制系统，其特征在于：其包括PID控制器、差动式功率放大器、位移传感器、单自由度磁液双悬浮轴承、液压泵、溢流阀、压力表、单向阀、过滤器以及PM流量控制器；
所述PID控制器、差动式功率放大器、单自由度磁液双悬浮轴承、位移传感器依次闭合连接构成电磁闭环控制系统，所述液压泵、溢流阀、压力表、单向阀、过滤器、PM流量控制器和单自由度磁液双悬浮轴承依次连接构成静压控制系统；
所述位移传感器用于检测单自由度磁液双悬浮轴承的转子的偏移量并输出对应模拟量电压U1，将输出的模拟量电压U1与轴在中心位置时对应电压U0进行比较，得到电压差值ΔU，经过PID控制器输出控制电流i，控制电流i经过差动式功率放大器，上线圈电流变为i0+ic，下线圈电流变为i0-ic，其中i0是电磁线圈的初始电流，ic为电流改变值，
由电磁力的计算公式知，
电磁力随电流的该变量ic是唯一确定的，在上述电流产生电磁力的作用下，辅助转子回归原位置；
PM流量控制器依靠单自由度磁液双悬浮轴承支承腔压差的变化，使其内部的金属薄膜产生相应的变形来改变输出流量q，即PM流量控制器为自适应调节，当电磁环调节确定时，静压调节就随之确定，即静压输出流量与电磁调节结果即电流变化量ic是一一对应的，液压力f液与PM流量控制器输出流量q是一一对应的，在f电和f液的共同作用下，转子再次转回至中心位置；
所述电磁闭环控制系统，用于控制单自由度磁液双悬浮轴承电磁支承系统的电流参数，从而改变电磁力；
所述静压控制系统，用于控制单自由度磁液双悬浮轴承静压支承系统的流量参数，从而改变上下支承腔的静压力。


2.根据权利要求1所述的单自由度磁液双悬浮轴承控制系统，其特征在于：在液压泵的油腔压力小于或等于供油压力ps的0.9倍时，供给流量随油腔压力线性增加。


3.根据权利要求1所述的单自由度磁液双悬浮轴承控制系统，其特征在于：所述单自由磁液双悬浮轴承设置有4个径向磁极，每个磁极上绑设有线圈，每两个相邻的磁极构成一个支承单元；每个磁极的底部均设置有一个支承腔，每两个相邻的磁极共用一个进油口或出油口。


4.根据权利要求3所述的单自由度磁液双悬浮轴承控制系统，其特征在于：两对磁极布置在同一安装平面上且相互之间间隔180度。


5.一种基于权利要求1所述的单自由度磁液双悬浮轴承控制系统的控制方法，其特征在于：其包括以下步骤：
S1、初始状态时，在无外负载作用下，转子无偏移，此时位移传感器检测到的转子偏移量为0，PID控制器的输出电流为0，经功率放大模块输出的驱动电流为基准电流i0，此时上电磁线圈和下电磁线圈的电流相等，上电磁线圈和下电磁支承力相等，上支承腔和下支承腔的流量以及液阻相等，上静压支承力和下静压支承力相等；
S2、当转子在外负载f的干扰下，转子偏离中心位置时，此时位移传感器检测到的转子偏移量为x，PID控制器的输出电流为i，上电磁线圈和下电磁线圈产生电磁支承力分别为f电,1、f电,2，电磁合力为f电,合＝(f电,1-f电,2)cosθ；
由于转子的偏移会导致油膜厚度发生改变，伴随着上支承腔液阻和下支承腔液阻改变，进而导致上支承腔压力和下支承腔压力发生变化，静压控制系统中PM流量控制器依靠单自由度磁液双悬浮轴承支承腔压差的变化，使其内部的金属薄膜产生相应的变形来控制流量的大小，实现磁液双悬浮轴承静压支承力的自动调节，此时，上支承腔和下支承腔受到的静压支承力分别为f液,1、f液,2，静压支承合力f液,合＝(f液,2-f液,1)cosθ，从而实现电磁支承力与静压支承力共同补偿外负载f外，在二者的共同作用在，转子再次回至中心位置。


6.一种基于权利要求5所述的单自由度磁液双悬浮轴承控制系统的控制方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵建华，韩放，闫伟东，王永强，李胜，马旭超，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13