磁悬浮轴承系统及其控制方法和装置
技术领域
本发明涉及磁悬浮领域,具体而言,涉及一种磁悬浮轴承系统及其控制方法和装置。
背景技术
针对纯电磁式磁悬浮轴承系统,在系统上电前,轴是停在保护轴承最下端的,如果采用直接浮轴的方式,轴会从保护轴承最下端快速运动至中心位置,浮轴瞬间轴承线圈会有比较大的电流,严重时可能会出现轴碰撞保护轴承的问题,较易震裂保护轴承,导致保护轴承损坏,对系统可靠性有较大的影响。
针对相关技术中磁悬浮轴承系统的保护轴承容易损坏的问题,目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种磁悬浮轴承系统及其控制方法和装置,以解决现有技术中磁悬浮轴承系统的保护轴承容易损坏的问题。
根据本发明的一个方面,提供了一种磁悬浮轴承系统的控制方法。
根据本发明的磁悬浮轴承系统的控制方法包括:检测所述磁悬浮轴承系统中轴的初始位置,并检测所述磁悬浮轴承系统中保护轴承的中心位置;获取预设幅度和预设次数,其中,所述预设幅度表示所述轴从所述初始位置运动至所述中心位置过程中每一次切换悬浮位置的幅度,所述预设次数表示所述轴从所述初始位置运动至所述中心位置过程中切换悬浮位置的总次数;根据所述初始位置、所述中心位置、所述预设幅度和所述预设次数计算所述轴起浮过程中的中间悬浮位置;以及以所述中间悬浮位置作为控制目标控制流经所述磁悬浮轴承系统中轴承线圈的电流。
进一步地,根据所述初始位置、所述中心位置、所述预设幅度和所述预设次数计算所述轴起浮过程中的中间悬浮位置包括:根据所述初始位置、所述中心位置和所述预设次数计算切换悬浮位置的目标参数;以及根据所述初始位置、所述预设幅度和所述目标参数计算所述中间悬浮位置。
进一步地,按照公式P=(C-B)/A计算所述目标参数,其中,P为所述目标参数,C为所述中心位置,B为所述初始位置,A为所述预设次数;按照公式Cx=P*S+B计算所述中间悬浮位置,其中,Cx为所述中间悬浮位置,S为所述预设幅度。
进一步地,所述初始位置B包括所述轴在径向方向的多个初始位置Bi,i依次取1至n,n为2以上的自然数,其中,按照公式P=(C-B)/A计算所述目标参数包括:按照公式Pi=(C-Bi)/A计算对应所述轴在径向方向的目标参数Pi;按照公式Cx=P*S+B计算所述中间悬浮位置包括:按照公式Cxi=Pi*S+Bi计算对应所述轴在径向方向的中间悬浮位置Cxi;以所述中间悬浮位置作为控制目标控制流经所述磁悬浮轴承系统中轴承线圈的电流包括:以多个所述中间悬浮位置作为所述控制目标控制流经所述轴承线圈的电流。
进一步地,在以所述中间悬浮位置作为控制目标控制流经所述磁悬浮轴承系统中轴承线圈的电流之后,所述控制方法还包括:获取所述轴的起浮时间;检测所述轴的实际悬浮位置;判断所述起浮时间是否达到预设时间,并判断所述实际悬浮位置是否与所述中心位置重合,其中,所述预设时间表示所述轴从所述初始位置运动至所述中心位置的时间;以及在判断出所述起浮时间达到所述预设时间,并且所述实际悬浮位置和所述中心位置未重合的情况下,增大所述预设幅度,并重新计算所述轴承线圈的电流,直至所述实际悬浮位置与所述中心位置重合。
根据本发明的一个方面,提供了一种磁悬浮轴承系统的控制装置。
根据本发明的磁悬浮轴承系统的控制装置包括:第一检测单元,用于检测所述磁悬浮轴承系统中轴的初始位置,并检测所述磁悬浮轴承系统中保护轴承的中心位置;第一获取单元,用于获取预设幅度和预设次数,其中,所述预设幅度表示所述轴从所述初始位置运动至所述中心位置过程中每一次切换悬浮位置的幅度,所述预设次数表示所述轴从所述初始位置运动至所述中心位置过程中切换悬浮位置的总次数;计算单元,用于根据所述初始位置、所述中心位置、所述预设幅度和所述预设次数计算所述轴起浮过程中的中间悬浮位置;以及控制单元,用于以所述中间悬浮位置作为控制目标控制流经所述磁悬浮轴承系统中轴承线圈的电流。
进一步地,所述计算单元包括:第一计算模块,用于根据所述初始位置、所述中心位置和所述预设次数计算切换悬浮位置的目标参数;以及第二计算模块,用于根据所述初始位置、所述预设幅度和所述目标参数计算所述中间悬浮位置。
进一步地,所述第一计算模块用于按照公式P=(C-B)/A计算所述目标参数,其中,P为所述目标参数,C为所述中心位置,B为所述初始位置,A为所述预设次数;所述第二计算模块用于按照公式Cx=P*S+B计算所述中间悬浮位置,其中,Cx为所述中间悬浮位置,S为所述预设幅度。
进一步地,所述初始位置B包括所述轴在径向方向的多个初始位置Bi,i依次取1至n,n为2以上的自然数,其中,所述第一计算模块用于按照公式Pi=(C-Bi)/A计算对应所述轴在径向方向的目标参数Pi;所述第二计算模块用于按照公式Cxi=Pi*S+Bi计算对应所述轴在径向方向的中间悬浮位置Cxi;所述控制单元包括:控制模块,用于以多个所述中间悬浮位置作为所述控制目标控制流经所述轴承线圈的电流。
进一步地,所述控制装置还包括:第二获取单元,用于获取所述轴的起浮时间;第二检测单元,用于检测所述轴的实际悬浮位置;判断单元,用于判断所述起浮时间是否达到预设时间,并判断所述实际悬浮位置是否与所述中心位置重合,其中,所述预设时间表示所述轴从所述初始位置运动至所述中心位置的时间;以及增大单元,用于在所述判断单元判断出所述起浮时间达到所述预设时间,并且所述实际悬浮位置和所述中心位置未重合的情况下,增大所述预设幅度,并重新计算所述轴承线圈的电流,直至所述实际悬浮位置与所述中心位置重合。
根据本发明的另一方面,提供了一种磁悬浮轴承系统,该磁悬浮轴承系统包括本发明上述内容所提供的任一种磁悬浮轴承系统的控制装置。
在本发明中,采用检测所述磁悬浮轴承系统中轴的初始位置,并检测所述磁悬浮轴承系统中保护轴承的中心位置;获取预设幅度和预设次数,其中,所述预设幅度表示所述轴从所述初始位置运动至所述中心位置过程中每一次切换悬浮位置的幅度,所述预设次数表示所述轴从所述初始位置运动至所述中心位置过程中切换悬浮位置的总次数;根据所述初始位置、所述中心位置、所述预设幅度和所述预设次数计算所述轴起浮过程中的中间悬浮位置;以及以所述中间悬浮位置作为控制目标控制流经所述磁悬浮轴承系统中轴承线圈的电流。通过采用根据初始位置、中心位置、起浮过程中的起浮幅度和切换悬浮位置的次数来控制流经轴承线圈的电流,实现了以周期性起浮方式来控制轴缓慢起浮,相对现有技术中直接浮轴的方式而言,周期性缓慢起浮的方式,能够减慢轴的运动速度,进而避免轴快速运动碰撞保护轴承所导致的保护轴承损坏,解决了现有技术中磁悬浮轴承系统的保护轴承容易损坏的问题,进而达到了提高磁悬浮轴承系统的可靠性,避免系统受到损坏,降低维护成本的效果。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是根据本发明实施例的磁悬浮轴承系统的控制方法的流程图;以及
图2是根据本发明实施例的磁悬浮轴承系统的控制装置的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明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发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,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,都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
根据本发明实施例,可以提供了一种可以用于实施本申请装置实施例的方法实施例,需要说明的是,在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行,并且,虽然在流程图中示出了逻辑顺序,但是在某些情况下,可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
根据本发明实施例,提供了一种磁悬浮轴承系统的控制方法,以下对本发明实施例所提供的磁悬浮轴承系统的控制方法做具体介绍:
图1是根据本发明实施例的磁悬浮轴承系统的控制方法的流程图,如图1所示,该方法包括如下的步骤S102至步骤S108:
S102:检测磁悬浮轴承系统中轴的初始位置,并检测磁悬浮轴承系统中保护轴承的中心位置,其中,轴的初始位置是指在径向方向上,轴与保护轴承接触部分的最下端的位置,初始位置和中心位置的检测均可以在磁悬浮轴承刚上电时进行检测。
S104:获取预设幅度和预设次数,其中,预设幅度表示轴从初始位置运动至中心位置过程中每一次切换悬浮位置的幅度,预设次数表示轴从初始位置运动至中心位置过程中切换悬浮位置的总次数。
S106:根据初始位置、中心位置、预设幅度和预设次数计算轴起浮过程中的中间悬浮位置。
S108:以中间悬浮位置作为控制目标控制流经磁悬浮轴承系统中轴承线圈的电流,其中,可以采用现有技术中任一种计算与中间悬浮位置对应的轴承线圈的电流的大小,通过控制流经轴承线圈的电流,来控制轴承的出力。
本发明实施例所提供的磁悬浮轴承系统的控制方法,通过采用根据初始位置、中心位置、起浮过程中的起浮幅度和切换悬浮位置的次数来控制流经轴承线圈的电流,实现了以周期性起浮方式来控制轴缓慢起浮,相对现有技术中直接浮轴的方式而言,周期性缓慢起浮的方式,能够减慢轴的运动速度,进而避免轴快速运动碰撞保护轴承所导致的保护轴承损坏,解决了现有技术中磁悬浮轴承系统的保护轴承容易损坏的问题,进而达到了提高磁悬浮轴承系统的可靠性,避免系统受到损坏,降低维护成本的效果。
其中,在本发明实施例中,根据初始位置、中心位置、预设幅度和预设次数计算轴起浮过程中的中间悬浮位置的方式可以采用以下方式:
首先,根据初始位置、中心位置和预设次数计算切换悬浮位置的目标参数,具体地,可以按照公式P=(C-B)/A计算目标参数,其中,P为目标参数,C为中心位置,B为初始位置,A为预设次数。
其次,根据初始位置、预设幅度和目标参数计算中间悬浮位置,具体地,可以按照公式Cx=P*S+B计算中间悬浮位置,其中,Cx为中间悬浮位置,S为预设幅度。
优选地,在本发明实施例所提供的磁悬浮轴承系统的控制方法中,检测到的初始位置B包括轴在径向方向的多个初始位置Bi,i依次取1至n,n为2以上的自然数,一般而言,n取4,分别表示轴在径向方向中的上、下、左、右四个方向上的初始位置。
相应地,在计算目标参数和中心悬浮位置时,则分别是按照公式Pi=(C-Bi)/A计算对应轴在径向方向的目标参数Pi,以及按照公式Cxi=Pi*S+Bi计算对应轴在径向方向的中间悬浮位置Cxi,其中,对于n取4的情况,即是计算对应轴在上、下、左、右四个径向方向的目标参数,并相应地计算对应轴在上、下、左、右四个径向方向的中间悬浮位置。以中间悬浮位置作为控制目标控制流经磁悬浮轴承系统中轴承线圈的电流则具体为:以多个中间悬浮位置作为控制目标控制流经轴承线圈的电流,即,综合考虑各个方向上的中间悬浮位置,并以综合的中间悬浮位置作为控制目标来控制流经轴承线圈的电流。
本发明优选实施例所提供的磁悬浮轴承系统的控制方法,通过检测轴在径向方向的多个初始位置,进而基于多个初始位置来控制流经轴承线圈的电流,实现了精确地控制轴起浮,实现了在提高磁悬浮轴承系统的可靠性,避免轴碰撞保护轴承的基础上,还达到了提高起浮准确度的效果。
进一步地,在以中间悬浮位置作为控制目标控制流经磁悬浮轴承系统中轴承线圈的电流之后,本发明实施例所提供的磁悬浮轴承系统的控制方法还包括:获取轴的起浮时间,其中,起浮时间可以是从轴承系统上电后开始计时,直至计时到当前时刻所累积出的时间;检测轴的实际悬浮位置,即,轴在当前时刻的实际悬浮位置;判断起浮时间是否达到预设时间,并判断实际悬浮位置是否与中心位置重合,其中,预设时间表示轴从初始位置运动至中心位置的时间;在判断出起浮时间达到预设时间,并且实际悬浮位置和中心位置未重合的情况下,增大预设幅度,并重新计算轴承线圈的电流,直至实际悬浮位置与中心位置重合,即,在判断出轴的起浮时间已经累积到预设时间,但是悬浮位置还未达到最终需要悬浮的中心位置的情况下,则将预设幅度条大,并重新计算流经轴承线圈的电流,以控制悬浮位置达到中心位置。其中,在起浮时间达到预设时间的情况下,需要将累积的起浮时间清零,并重新计时。
需要说明的是,对于前述的各方法实施例,为了简单描述,故将其都表述为一系列的动作组合,但是本领域技术人员应该知悉,本发明并不受所描述的动作顺序的限制,因为依据本发明,某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次,本领域技术人员也应该知悉,说明书中所描述的实施例均属于优选实施例,所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现,当然也可以通过硬件,但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中,包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机,计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
实施例2
根据本发明实施例,还提供了一种用于实施上述磁悬浮轴承系统的控制方法的磁悬浮轴承系统的控制装置,该控制装置主要用于执行本发明实施例上述内容所提供的控制方法,以下对本发明实施例所提供的磁悬浮轴承系统的控制装置做具体介绍:
图2是根据本发明实施例的磁悬浮轴承系统的控制装置的示意图,如图2所示,本发明实施例所提供的磁悬浮轴承系统的控制装置主要包括第一检测单元10、第一获取单元20、计算单元30和控制单元40,其中:
第一检测单元10用于检测磁悬浮轴承系统中轴的初始位置,并检测磁悬浮轴承系统中保护轴承的中心位置,其中,轴的初始位置是指在径向方向上,轴与保护轴承接触部分的最下端的位置,初始位置和中心位置的检测均可以在磁悬浮轴承刚上电时进行检测。
第一获取单元20用于获取预设幅度和预设次数,其中,预设幅度表示轴从初始位置运动至中心位置过程中每一次切换悬浮位置的幅度,预设次数表示轴从初始位置运动至中心位置过程中切换悬浮位置的总次数。
计算单元30用于根据初始位置、中心位置、预设幅度和预设次数计算轴起浮过程中的中间悬浮位置。
控制单元40用于以中间悬浮位置作为控制目标控制流经磁悬浮轴承系统中轴承线圈的电流,其中,可以采用现有技术中任一种计算与中间悬浮位置对应的轴承线圈的电流的大小,通过控制流经轴承线圈的电流,来控制轴承的出力。
本发明实施例所提供的磁悬浮轴承系统的控制装置,通过采用根据初始位置、中心位置、起浮过程中的起浮幅度和切换悬浮位置的次数来控制流经轴承线圈的电流,实现了以周期性起浮方式来控制轴缓慢起浮,相对现有技术中直接浮轴的方式而言,周期性缓慢起浮的方式,能够减慢轴的运动速度,进而避免轴快速运动碰撞保护轴承所导致的保护轴承损坏,解决了现有技术中磁悬浮轴承系统的保护轴承容易损坏的问题,进而达到了提高磁悬浮轴承系统的可靠性,避免系统受到损坏,降低维护成本的效果。
其中,计算单元30主要包括第一计算模块和第二计算模块,第一计算模块主要用于根据初始位置、中心位置和预设次数计算切换悬浮位置的目标参数,具体地,可以按照公式P=(C-B)/A计算目标参数,其中,P为目标参数,C为中心位置,B为初始位置,A为预设次数。第二计算模块主要用于根据初始位置、预设幅度和目标参数计算中间悬浮位置,具体地,可以按照公式Cx=P*S+B计算中间悬浮位置,其中,Cx为中间悬浮位置,S为预设幅度。
优选地,在本发明实施例所提供的磁悬浮轴承系统的控制装置中,检测到的初始位置B包括轴在径向方向的多个初始位置Bi,i依次取1至n,n为2以上的自然数,一般而言,n取4,分别表示轴在径向方向中的上、下、左、右四个方向上的初始位置。
相应地,第一计算模块按照公式Pi=(C-Bi)/A计算对应轴在径向方向的目标参数Pi,第二计算模块按照公式Cxi=Pi*S+Bi计算对应轴在径向方向的中间悬浮位置Cxi,其中,对于n取4的情况,即是计算对应轴在上、下、左、右四个径向方向的目标参数,并相应地计算对应轴在上、下、左、右四个径向方向的中间悬浮位置。控制单元40则包括控制模块,该控制模块用于以多个中间悬浮位置作为控制目标控制流经轴承线圈的电流,即,综合考虑各个方向上的中间悬浮位置,并以综合的中间悬浮位置作为控制目标来控制流经轴承线圈的电流。
本发明优选实施例所提供的磁悬浮轴承系统的控制装置,通过检测轴在径向方向的多个初始位置,进而基于多个初始位置来控制流经轴承线圈的电流,实现了精确地控制轴起浮,实现了在提高磁悬浮轴承系统的可靠性,避免轴碰撞保护轴承的基础上,还达到了提高起浮准确度的效果。
进一步地,控制装置还包括第二获取单元、第二检测单元、判断单元和增大单元,其中,第二获取单元用于获取轴的起浮时间,起浮时间可以是从轴承系统上电后开始计时,直至计时到当前时刻所累积出的时间;第二检测单元用于检测轴的实际悬浮位置,即,轴在当前时刻的实际悬浮位置;判断单元用于判断起浮时间是否达到预设时间,并判断实际悬浮位置是否与中心位置重合,其中,预设时间表示轴从初始位置运动至中心位置的时间;增大单元用于在判断单元判断出起浮时间达到预设时间,并且实际悬浮位置和中心位置未重合的情况下,增大预设幅度,并重新计算轴承线圈的电流,直至实际悬浮位置与中心位置重合,即,在判断出轴的起浮时间已经累积到预设时间,但是悬浮位置还未达到最终需要悬浮的中心位置的情况下,则将预设幅度条大,并重新计算流经轴承线圈的电流,以控制悬浮位置达到中心位置。其中,在起浮时间达到预设时间的情况下,需要将累积的起浮时间清零,并重新计时。
此外,本发明实施例还提供了一种磁悬浮轴承系统,该磁悬浮轴承系统可以是任一种应用本发明实施例上述内容所提供的磁悬浮轴承系统的控制方法的系统,也可以是包括本发明实施例上述内容所提供的任一种磁悬浮轴承系统的控制装置。
从以上的描述中,可以看出,本发明实现了以周期性起浮方式来控制轴缓慢起浮,相对现有技术中直接浮轴的方式而言,周期性缓慢起浮的方式,能够减慢轴的运动速度,进而避免轴快速运动碰撞保护轴承所导致的保护轴承损坏,达到了提高磁悬浮轴承系统的可靠性,避免系统受到损坏,降低维护成本的效果。
显然,本领域的技术人员应该明白,上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现,它们可以集中在单个的计算装置上,或者分布在多个计算装置所组成的网络上,可选地,它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现,从而,可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行,或者将它们分别制作成各个集成电路模块,或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样,本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。