一种电磁轴承数据采集精度优化的系统和方法技术方案

本发明专利技术提出了一种电磁轴承数据采集精度优化的系统和方法，该系统包括数据采集调理单元、主控单元和转化输出单元；数据采集调理单元用于采集电磁轴承中转子位移变化量，并转换为电压信号；主控单元用于将电压信号转化为电流信号，根据电流信号确定当前周期的电流误差；根据电流误差计算出脉冲信号占空比，进而根据信号占空比确定开关管当前周期通断时间；根据采样时间和开关管当前周期通断时间计算下一周期的采样区间；并判断采样区间与开关管通断区间是否重合；转化输出单元用于输出采样时刻脉冲信号。基于该系统，还提出了一种电磁轴承数据采集精度优化的方法。本发明专利技术避开开关管的通断时刻，优化转子位移变化信号，提升电磁轴承控制系统的精度。磁轴承控制系统的精度。磁轴承控制系统的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种电磁轴承数据采集精度优化的系统和方法


[0001]本专利技术属于磁悬浮
特别涉及一种电磁轴承数据采集精度优化的系统和方法。

技术介绍

[0002]电磁轴承是一种新型高性能磁轴承具有无接触，无摩擦，无需润滑，高转速，低功耗等优点。在电磁轴承控制系统中主要用传感器检测转子的位移信号并传递给控制器，控制器再依据所得到的转子位移信号按照相关控制算法计算出相应的给定电流进行控制，最终实现转子的稳定悬浮。因此，传感器性能的优劣式是影响主动磁轴承性能的关键因素之一。电控部分是电磁轴承控制系统的重要组成部分，它主要包括控制器和功率放大器两部分目前控制器主要采用可灵活改变控制算法的数字控制器，功率放大器目前由于没有专门的芯片产生三电平PWM脉冲，主要采用运算放大器，比较器等基础逻辑电路或者通用的数字控制器等芯片实现，结构较复杂。
[0003]开关功率放大器具有体积小，功耗低的特性，但是MOS管的开关会产生很大的毛刺干扰信号，这些信号会叠加在位移传感器的输出信号上面，如果控制器对转子的位移信号采样时采到毛刺信号，会对电磁轴承的运行精度产生很大的影响，严重时会导致电磁轴承转子失稳掉落。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种电磁轴承数据采集精度优化的系统和方法，优化控制系统采集的转子位移变化信号，提升电磁轴承转子悬浮精度。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种电磁轴承数据采集精度优化的系统，包括数据采集调理单元、主控单元和转化输出单元；
[0007]所述数据采集调理单元用于采集电磁轴承中转子位移变化量，并将所述位移变化量转换为电压信号发送给主控单元；
[0008]所述主控单元用于将所述电压信号转化为电流信号，根据所述电流信号确定当前周期的电流误差；根据电流误差计算出脉冲信号占空比，进而根据信号占空比确定开关管当前周期通断时间；根据采样时间和开关管当前周期通断时间计算下一周期的采样区间；并判断下一周期采样区间与当前周期通断区间是否重合；
[0009]所述转化输出单元用于输出采样时刻脉冲信号，并控制转子稳定悬浮。
[0010]进一步的，所述主控单元还包括：在判断下一周期采样区间与当前周期通断区间不重合时，则从采样开始时刻再进行采样；如果重合，将采样开始时刻修改为重合区间的后面时刻，并重新盘点采样区间是否重合。
[0011]进一步的，所述数据采集调理单元包括数据采集模块和调理模块；
[0012]所述数据采集模块用于采集电磁轴承中转子位移变化量；所述位移变化量为电感
或者电涡流信号；
[0013]所述调理模块用于将所述电感或者电涡流信号转化为等比例电压信号。
[0014]进一步的，所述主控单元包括A/D采样模块、信号处理模块、三电平产生模块和处理模块；
[0015]所述A/D采样模块的输入端与调理模块的输出端相连，用于将所述电压信号转化为位移变化电流信号；
[0016]所述信号处理模块用于接收位移变化电流信号，并根据位移变化电流信号确定给定电流信号；
[0017]所述三电平产生模块用于将给定电流信号按照开关函数转换成当前周期开关管的通断时刻，以及产生下一周期开关管的通断时刻；
[0018]所述处理模块用于接收位移变化电流信号和给定电流信号，计算当前周期的电流误差，以及根据当前周期的电流误差得到下一周期的脉冲信号占空比，以及根据开关函数和占空比计算出三电平产生模块中各开关管的通断时刻，进而确定次采样时刻。
[0019]进一步的，所述A/D采样模块还用于采集电磁铁线圈电流信号。
[0020]进一步的，所述主控单元还包括通讯模块；
[0021]所述通讯模块位于信号处理模块和处理模块之间，用于实现信号处理模块和处理模块之间的通信连接。
[0022]进一步的，所述三电平产生模块采用全桥电路；
[0023]所述全桥电路包括4个带有寄生二极管的MOS管，且每个MOS管的栅极均连接至处理模块；第一MOS管的源极和第四MOS管的漏极相连；第二MOS管的源极和第三MOS管的漏极相连；第一MOS管的漏极和第三MOS管的漏极相连，且连接至供电模块的正极；第二MOS管的源极和第三MOS管的源极相连，且连接至供电模块的负极；第一MOS管的源极和第三MOS管的源极之间还设置电阻和电感。
[0024]进一步的，所述开关函数为：
[0025][0026]其中，U
Tmax
为三角载波信号最大值，Δu
c
(t)为输入电流误差信号；u
T
(t)为三角载波信号，S1为第一MOS管的通断时间，S2为第二MOS管的通断时间，S3为第三MOS管的通断时间，S4为第四MOS管的通断时间，1表示导通，0表示关断。
[0027]进一步的，所述转化输出单元包括功率放大器和电磁线圈；
[0028]所述功率放大器将主控单元输出的采样时刻脉冲信号转换成电磁线圈的电流；
[0029]所述电磁线圈将所述电流转换成相应的力控制转子稳定悬浮。
[0030]本专利技术还提出了一种电磁轴承数据采集精度优化的方法，是基于一种电磁轴承数据采集精度优化的系统实现的，包括以下步骤：
[0031]将获取的电磁轴承中转子位移变化量的电压信号转化为电流信号；计算给定电流与转子位移变化量电流信号之间电流误差；
[0032]根据所述电流误差计算下一周期脉冲周期的占空比，再根据开关函数与脉冲占空比计算出开关管的通断时间；
[0033]根据采样芯片的采样时间与开关管通断持续时间计算下一脉冲周期采样芯片的采样区间；
[0034]判断下一周期采样区间与当前周期通断区间是否重合，如不重合，则从采样开始时刻再进行采样；如果重合，将采样开始时刻修改为重合区间的后面时刻，并重新盘点采样区间是否重合。
[0035]
技术实现思路
中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是专利技术所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
[0036]本专利技术提出了一种电磁轴承数据采集精度优化的系统和方法，该系统包括数据采集调理单元、主控单元和转化输出单元；数据采集调理单元用于采集电磁轴承中转子位移变化量，并将位移变化量转换为电压信号发送给主控单元；主控单元用于将所述电压信号转化为电流信号，根据所述电流信号确定当前周期的电流误差；根据电流误差计算出脉冲信号占空比，进而根据信号占空比确定开关管当前周期通断时间；根据采样时间和开关管当前周期通断时间计算下一周期的采样区间；并判断下一周期采样区间与当前周期通断区间是否重合；转化输出单元用于输出采样时刻脉冲信号，并控制转子稳定悬浮。基于一种电磁轴承数据采集精度优化的系统，还提出了一种电磁轴承数据采集精度优化的方法。本专利技术减少功率放大电路之中的MOS管通断产生的干扰信号对采样波形的影响，避开MOS管的通断时刻，优化控制系统采集的转子位移变化信号，避开会产生杂波的时间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电磁轴承数据采集精度优化的系统，其特征在于，包括数据采集调理单元、主控单元和转化输出单元；所述数据采集调理单元用于采集电磁轴承中转子位移变化量，并将所述位移变化量转换为电压信号发送给主控单元；所述主控单元用于将所述电压信号转化为电流信号，根据所述电流信号确定当前周期的电流误差；根据电流误差计算出脉冲信号占空比，进而根据信号占空比确定开关管当前周期通断时间；根据采样时间和开关管当前周期通断时间计算下一周期的采样区间；并判断下一周期采样区间与当前周期通断区间是否重合；所述转化输出单元用于输出采样时刻脉冲信号，并控制转子稳定悬浮。2.根据权利要求1所述的一种电磁轴承数据采集精度优化的系统，其特征在于，所述主控单元还包括：在判断下一周期采样区间与当前周期通断区间不重合时，则从采样开始时刻再进行采样；如果重合，将采样开始时刻修改为重合区间的后面时刻，并重新确定采样区间是否重合。3.根据权利要求1所述的一种电磁轴承数据采集精度优化的系统，其特征在于，所述数据采集调理单元包括数据采集模块和调理模块；所述数据采集模块用于采集电磁轴承中转子位移变化量；所述位移变化量为电感或者电涡流信号；所述调理模块用于将所述电感或者电涡流信号转化为等比例电压信号。4.根据权利要求3所述的一种电磁轴承数据采集精度优化的系统，其特征在于，所述主控单元包括A/D采样模块、信号处理模块、三电平产生模块和处理模块；所述A/D采样模块的输入端与调理模块的输出端相连，用于将所述电压信号转化为位移变化电流信号；所述信号处理模块用于接收位移变化电流信号，并根据位移变化电流信号确定给定电流信号；所述三电平产生模块用于将给定电流信号按照开关函数转换成当前周期开关管的通断时刻，以及产生下一周期开关管的通断时刻；所述处理模块用于接收位移变化电流信号和给定电流信号，计算当前周期的电流误差，以及根据当前周期的电流误差得到下一周期的脉冲信号占空比，以及根据开关函数和占空比计算出三电平产生模块中各开关管的通断时刻，进而确定次采样时刻。5.根据权利要求4所述的一种电磁轴承数据采集精度优化的系统，其特征在于，所述A/D采样模块还用于采集电磁铁线圈电流信号。6.根据权利要求4所述的一种电磁轴承数据采集精度优化...

【专利技术属性】
技术研发人员：于汶涛，李红伟，丁印恕，张英哲，
申请(专利权)人：山东明天机械集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：