一种磁悬浮轴承系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种磁悬浮轴承控制系统及其控制方法。磁悬浮轴承系统包括转子、控制器，将X‑Y坐标系旋转一定角度构建A‑B坐标系，在X、Y轴上设置偏移传感器，在A、B轴上设置电磁铁，电磁铁外端设置偏置线圈、内端设置控制线圈。本发明专利技术的磁悬浮轴承系统控制方法使用A‑B坐标系，并采用坐标原点不是磁力中心的电磁力计算数学模型来计算控制电流，可减小误差，增强系统抗外部干扰能力；可较准确地计算出电磁力，并可计算出输出指定电磁力所需的控制电流，能使轴承转子精确地悬浮于任意指定位置；通过优化算法根据实验数据对设计参数进行优化，可将目标控制力的误差控制在10N以内，显著提高了系统的精密度、反应速度和抗外部干扰能力。

【技术实现步骤摘要】
一种磁悬浮轴承系统及其控制方法
本专利技术涉及磁悬浮轴承
，特别是一种磁悬浮轴承系统及其控制方法。
技术介绍
随着现代工业的快速发展，对旋转机械的转速要求越来越高，但是，传统的滚动轴承随着转速的提升会导致因转子和轴承之间的高速摩擦而严重发热，造成轴承容易损坏和可靠性降低。20世纪60年代，一些发达国家开始研究主动磁悬浮轴承技术。磁悬浮轴承是利用电磁力的作用使转子悬浮在空中,从而实现非接触支承的一种新型轴承。磁悬浮轴承由于高速、无摩擦、无机械损耗、低功耗等优点，在交通、高速旋转设备、航空、机床等工业领域的应用越来越广泛。国内也在开展磁悬浮轴承相关技术的研究和产品的开发，在轴承体积、承载力、温升控制、结构参数等领域取得了丰硕的研究成果。如清华大学蒲芃成等人针对高速磁悬浮飞轮转子的不平衡问题研究在线动平衡方法，武汉理工大学的张东波等人研究了主动磁悬浮轴承转子的Terminal滑模变结构控制算法，飞旋科技有限公司研发的磁悬浮高速电机、磁悬浮离心鼓风机等产品。传统的径向磁悬浮轴承采用在水平和垂直的X-Y坐标方向设置磁力线圈，采用逆变器控制电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁悬浮轴承系统，包括有转子及控制器，其特征在于：在转子径向平面上，以转子中心为原点、分别沿水平和垂直方向构建X-Y坐标系，并将X-Y坐标系旋转一定角度构建A-B坐标系，在X、Y轴上分别对称设置有用于测量转子在X、Y轴上的偏移量的两偏移传感器，在A、B轴上分别对称设置有两电磁铁；电磁铁包括沿转子径向设置的铁芯及绕设于铁芯上的电磁线圈，电磁线圈包括绕设于铁芯外端的偏置线圈及绕设于铁芯内端的控制线圈，四个偏置线圈串联，偏置电流相同，A、B轴方向上相对的两个控制线圈中的控制电流大小相等，上侧控制线圈的控制电流与偏置电流方向相同，下侧控制线圈的控制电流与偏置电流方向相反，所述控制器电连接偏置线圈...

【技术特征摘要】
1.一种磁悬浮轴承系统，包括有转子及控制器，其特征在于：在转子径向平面上，以转子中心为原点、分别沿水平和垂直方向构建X-Y坐标系，并将X-Y坐标系旋转一定角度构建A-B坐标系，在X、Y轴上分别对称设置有用于测量转子在X、Y轴上的偏移量的两偏移传感器，在A、B轴上分别对称设置有两电磁铁；电磁铁包括沿转子径向设置的铁芯及绕设于铁芯上的电磁线圈，电磁线圈包括绕设于铁芯外端的偏置线圈及绕设于铁芯内端的控制线圈，四个偏置线圈串联，偏置电流相同，A、B轴方向上相对的两个控制线圈中的控制电流大小相等，上侧控制线圈的控制电流与偏置电流方向相同，下侧控制线圈的控制电流与偏置电流方向相反，所述控制器电连接偏置线圈及控制线圈并控制偏置电流及控制电流。


2.如权利要求1所述的一种磁悬浮轴承系统，其特征在于：所述X-Y坐标系逆时针旋转45°后形成A-B坐标系。


3.如权利要求1或2所述的一种磁悬浮轴承系统，其特征在于：还包括有与控制器通信连接的逆变器、PID控制器及PI电流控制器。


4.一种磁悬浮轴承系统控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)通过偏移传感器获得转子相对X-Y坐标系的偏移量px和py；
2)将偏移量px和py代入公式(1)计算出转子A-B坐标系的偏移量pa和pb；



其中：α为A轴和x轴之间的夹角，β是B轴和y轴之间的夹角；
3)两PID控制器的输入为误差p'x-px和p'y-py，其中p'x,p'y是X-Y坐标系中的目标控制位置；
4)两PID控制器的输出为磁力fx和fy，磁力按照坐标原点不是磁力中心时的磁力计算公式(2)计算得出，其中fy考虑了转子的自重mg，通过坐标转换代入公式(3)转换为fa和fb，fa和fb分别为A、B轴电磁线圈的目标输出力；



其中，为磁力系数，A0为磁极面积，μ0为真空磁导率，I0为偏置电流，i为控制电流，Nb为偏置线圈的匝数，Ns为控制线圈的匝数，x为轴承转子偏移量，X0和X1为单边气隙长度；



5)将坐标原点不是磁力中心时的磁力计算公式(2)展开为关于i的二次方程ai2+bi+c＝0，得到公式(4)，求解该二次方程即可得到控制电流i；
ai2+bi+c＝0；(4)
其中：









将f＝fa,fb,x＝pa,pb代入控制电流的计算公式(4)计算得到目标控制电流i'a和i'b；即可通过控制器调整控制电流，使...

【专利技术属性】
技术研发人员：郁春江，沈百荣，
申请(专利权)人：苏州工业园区服务外包职业学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32