一种实心转子电磁轴承电磁力快速响应系统及方法、设备和介质技术方案

本发明专利技术提出了一种实心转子电磁轴承电磁力快速响应系统及方法、设备和介质：转子位移传感器接收基准电压，实时采集转子的实际位置信号和运动方向信号，通过位置环PID判断是否进行电流补偿；将偏置电流I0和最小电流值I

【技术实现步骤摘要】
一种实心转子电磁轴承电磁力快速响应系统及方法、设备和介质


[0001]本专利技术涉及电磁轴承径向悬浮控制领域，具体地，涉及一种实心转子电磁轴承电磁力快速响应系统及方法、设备和介质。

技术介绍

[0002]电磁轴承的实心转子在高速旋转时，除了空气摩擦带来的损耗外，转子的内部产生较大铁耗，且主要是涡流损耗。研究表明转子涡流场分布对气隙主磁场影响较大。电磁轴承的悬浮依赖于多个自由度有效、快速的控制电磁力输出，变化的主磁场在转子内部产生的涡流效应，反作用的于主磁场，影响电磁力的响应速度，从而弱化了悬浮效果，甚至悬浮失效。
[0003]目前大多数的磁悬浮轴承控制理论都是基于线性系统，将非线性的电磁力在工作点附近做了线性化处理。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种实心转子电磁轴承电磁力快速响应系统及方法、设备和介质，采用电流前馈补偿方法，在系统动态运行过程中，选择合适的动态区间进行电磁力的补偿，能够有效的提升电磁力的响应速度。
[0005]本专利技术是通过以下方案实现的：
[0006]所述方法具体包括以下步骤：
[0007]步骤一：转子位移传感器接收基准电压，实时采集转子的实际位置信号和运动方向信号，通过位置环PID判断是否进行电流补偿；
[0008]步骤二：判断在位置环PID的输出，大于0时判断输出为1，进行电流补偿，进行步骤三；
[0009]位置环PID的输出小于0时不补偿，进行步骤四；
[0010]步骤三：通过转子的运动速度和位移计算电流补偿值，进行电流补偿；
[0011]步骤四：将偏置电流I0和最小电流值I
min
输入到电流环PID中，经功放传递函数G
A
和电流传感器传递函数G
C
输送至电磁轴承AMB；
[0012]步骤五：转子位移传感器检测电磁轴承AMB转子位置变化，输出电流信号，通过外加电阻将电流信号变为电压信号，经过位移传感器及其调理电路传递函数G
S
转换为实际位置信号x
fdb
，实际位置信号x
fdb
传输至转子位移传感器；
[0013]步骤六：重复步骤一至五，完成实心转子电磁轴承电磁力的快速响应。
[0014]进一步地，在步骤二中，
[0015]在位置环PID输出大于零，且转子向相反的方向运动时进行电流补偿。
[0016]进一步地，在步骤二中，
[0017]转子径向运动速度为零时，电流补偿为零。
[0018]进一步地，在步骤三中，
[0019]所述补偿电流的i
add
计算公式为：
[0020][0021]其中k1为转子运动速度系数；k2为转子位移系数；x为转子位置；x
ref
为给定参考位置点。
[0022]进一步地，在步骤四中，
[0023]偏置电流信号I0，不参与磁悬浮轴承实际控制，通过人为设置的固定值并直接加到控制回路中；
[0024]最小电流值I
min
，为转子能够受到有效电磁力的最小电流值。
[0025]进一步地，在步骤五中，
[0026]位移传感器及其调理电路传递函数G
S
包括与速度有关的系数k
d1
，与转子离几何中心距离k
d2
；
[0027]二者均为定值，实际运用中调试确定。
[0028]一种基于实心转子电磁轴承电磁力快速响应的电磁轴承系统：
[0029]所述电磁轴承系统具体包括：位置环PID，电流环PID，电磁轴承AMB和转子位移传感器；
[0030]所述位置环PID作为外环，接收电压信号和转子位移传感器反馈出的位置信号；
[0031]所述电流环PID作为内环，给电磁轴承AMB输送绕组电流；
[0032]所述电磁轴承AMB输出电压信号，经过位移传感器转换为位置信号反馈给位置环PID。
[0033]一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述方法的方法。
[0034]一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述方法的方法。
[0035]本专利技术有益效果
[0036]本专利技术所述的提升电磁轴承电磁力响应速度的方法，在涡流效应导致控制电磁力上升时间延长的客观条件下，有效的降低其上升时间，加快电磁力响应速度。
附图说明
[0037]图1为本专利技术的电磁轴承传统PID控制模式；
[0038]图2为本专利技术的电流补偿方法；
[0039]图3为本专利技术具体操作框图。
具体实施方式
[0040]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。
[0041]结合图1至图3，
[0042]一种实心转子电磁轴承电磁力快速响应方法：
[0043]所述方法具体包括以下步骤：
[0044]步骤一：转子位移传感器接收基准电压，实时采集转子的实际位置信号和运动方向信号，通过位置环PID判断是否进行电流补偿；
[0045]步骤二：判断在位置环PID的输出，大于0时判断输出为1，进行电流补偿，进行步骤三；
[0046]位置环PID的输出小于0时不补偿，进行步骤四；
[0047]步骤三：通过转子的运动速度和位移计算电流补偿值，进行电流补偿；
[0048]步骤四：将偏置电流I0和最小电流值I
min
输入到电流环PID中，经功放传递函数G
A
和电流传感器传递函数G
C
输送至电磁轴承AMB；
[0049]步骤五：转子位移传感器检测电磁轴承AMB转子位置变化，输出电流信号，通过外加电阻将电流信号变为电压信号，经过位移传感器及其调理电路传递函数G
S
转换为实际位置信号x
fdb
，实际位置信号x
fdb
传输至转子位移传感器；
[0050]步骤六：重复步骤一至五，完成实心转子电磁轴承电磁力的快速响应。
[0051]在图1的基础上，如图2所示，图2中阴影部分为最电流最小值区域，假设在某个时刻需要快速将电磁力上升至F2，为I2在稳态时所产生的电磁力。然而若施加的电流为I2，需要的时间为t2。此时首先通过施加尽可能大的电流I4，使得电磁力在经过t1时间上升到F2后，将电流给定值切换回I2，即可在最短的时间内使得电磁力快速上升。
[0052]在步骤二中，
[0053]在位置环PID输出大于零，且转子向相反的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实心转子电磁轴承电磁力快速响应方法，其特征在于：所述方法具体包括以下步骤：步骤一：转子位移传感器接收基准电压，实时采集转子的实际位置信号和运动方向信号，通过位置环PID判断是否进行电流补偿；步骤二：判断在位置环PID的输出，大于0时判断输出为1，进行电流补偿，进行步骤三；位置环PID的输出小于0时不补偿，进行步骤四；步骤三：通过转子的运动速度和位移计算电流补偿值，进行电流补偿；步骤四：将偏置电流I0和最小电流值I
min
输入到电流环PID中，经功放传递函数G
A
和电流传感器传递函数G
C
输送至电磁轴承AMB；步骤五：转子位移传感器检测电磁轴承AMB转子位置变化，输出电流信号，通过外加电阻将电流信号变为电压信号，经过位移传感器传递函数G
S
转换为实际位置信号x
fdb
，实际位置信号x
fdb
传输至转子位移传感器；步骤六：重复步骤一至五，完成实心转子电磁轴承电磁力的快速响应。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：在步骤二中，在位置环PID输出大于零，且转子向相反的方向运动时进行电流补偿。3.根据权利要求2所述方法，其特征在于：在步骤二中，转子径向运动速度为零时，电流补偿为零。4.根据权利要求3所述方法，其特征在于：在步骤三中，所述补偿电流的i
add
计...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋立伟，张瑞，宋昕盈，崔总泽，王博宇，郝伟，徐聪，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：