[go: up one dir, main page]

CN111963570B - 一种磁悬浮轴承系统的控制方法、系统及相关组件 - Google Patents

一种磁悬浮轴承系统的控制方法、系统及相关组件 Download PDF

Info

Publication number
CN111963570B
CN111963570B CN201910418521.1A CN201910418521A CN111963570B CN 111963570 B CN111963570 B CN 111963570B CN 201910418521 A CN201910418521 A CN 201910418521A CN 111963570 B CN111963570 B CN 111963570B
Authority
CN
China
Prior art keywords
coil
current
rotor
target position
electromagnetic force
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910418521.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111963570A (zh
Inventor
梅文庆
邱文彬
文宇良
何亚屏
李程
李嘉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CRRC Zhuzhou Institute Co Ltd
Original Assignee
CRRC Zhuzhou Institute Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CRRC Zhuzhou Institute Co Ltd filed Critical CRRC Zhuzhou Institute Co Ltd
Priority to CN201910418521.1A priority Critical patent/CN111963570B/zh
Publication of CN111963570A publication Critical patent/CN111963570A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111963570B publication Critical patent/CN111963570B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406—Magnetic bearings
    • F16C32/044—Active magnetic bearings
    • F16C32/0444—Details of devices to control the actuation of the electromagnets
    • F16C32/0451—Details of controllers, i.e. the units determining the power to be supplied, e.g. comparing elements, feedback arrangements with P.I.D. control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406—Magnetic bearings
    • F16C32/044—Active magnetic bearings
    • F16C32/0444—Details of devices to control the actuation of the electromagnets
    • F16C32/0446—Determination of the actual position of the moving member, e.g. details of sensors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406—Magnetic bearings
    • F16C32/044—Active magnetic bearings
    • F16C32/0474—Active magnetic bearings for rotary movement

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Abstract

本申请公开了一种磁悬浮轴承系统的控制方法，包括：当磁悬浮轴承的转子静止，通过第一电流指令值控制第一线圈输出与目标位置对应的电磁力，以便将转子调节至目标位置；当转子旋转，通过第二电流指令值控制第一线圈和第二线圈输出与目标位置对应的电磁力，以便将转子调节至目标位置，其中，第一线圈和第二线圈作用相反。在实际应用中，采用本申请的方案，由于在转子静止时采用单线圈控制磁悬浮轴承系统，稳定区间大，因此可以选择大内径的保护轴承以提高转子的运行空间，从而提高磁悬浮轴承系统的运行性能。本申请还公开了一种磁悬浮轴承系统的控制系统、装置及计算机可读存储介质，具有上述有益效果。

Description

一种磁悬浮轴承系统的控制方法、系统及相关组件
技术领域
本申请涉及磁悬浮轴承领域，特别是涉及一种磁悬浮轴承系统的控制方法、系统及相关组件。
背景技术
磁悬浮轴承是利用磁场穿过不同介质时产生吸力的原理，通过定子线圈电流间接控制磁场力的大小，使转子悬浮在固定位置的一种装置。由于磁悬浮轴承的电磁力与定子电流平方成正比，与气隙大小成反比，因此，磁悬浮轴承控制系统是一种强非线性系统；另外，由于电磁力方向与定子线圈电流方向无关，所以，磁悬浮轴承通常采用含有偏置电流的上下线圈电流差分控制，以此实现正反方向的电磁力控制。
在转子高速旋转时，转子与定子的碰摩会损坏磁悬浮轴承本体，而且磁悬浮轴承系统是没有过载能力的强非线性系统，因此，磁悬浮轴承通常会安装保护轴承，在静止时保护轴承为磁悬浮转子提供支撑力，在运行时保护轴承为磁悬浮轴承本体提供保护。一般的，磁悬浮轴承系统一般采用差分线圈控制，但是差分线圈控制的磁悬浮轴承系统在转子静止时的稳定区间小，需要选用小内径的保护轴承，但小内径的保护轴承会限制转子的运行空间，使转子可能无法绕惯性主轴旋转，影响磁悬浮轴承系统的运行性能。
因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种磁悬浮轴承系统的控制方法，在转子静止时采用单线圈控制磁悬浮轴承系统，稳定区间大，因此可以选择大内径的保护轴承以提高转子的运行空间，从而提高磁悬浮轴承系统的运行性能；本申请的另一目的是提供一种磁悬浮轴承系统的控制系统、装置及计算机可读存储介质。
为解决上述技术问题，本申请提供了一种磁悬浮轴承系统的控制方法，包括：
当磁悬浮轴承的转子静止，通过第一电流指令值控制第一线圈输出与目标位置对应的电磁力，以便将所述转子调节至目标位置；
当所述转子旋转，通过第二电流指令值控制所述第一线圈和第二线圈输出与所述目标位置对应的电磁力，以便将所述转子调节至所述目标位置，其中，所述第一线圈和所述第二线圈作用相反。
优选的，所述通过第一电流指令值控制第一线圈输出与目标位置对应的电磁力，以便将所述转子调节至目标位置的过程具体为：
步骤11：将第一电流指令值输入电流调节器得到第一线圈的输入端电压；
步骤12：根据所述输入端电压计算所述第一线圈的线圈电流；
步骤13：将所述线圈电流输入第一电磁力模型得到电磁力；
步骤14：获取在所述电磁力作用下，所述转子的当前位置；
步骤15：计算当前位置与目标位置的偏离位移；
步骤16：通过位置调节器输出与所述偏离位移对应的第一电流指令值，然后重复步骤11到步骤16，直至将所述转子调整到所述目标位置。
优选的，所述步骤12之前，该控制方法还包括：
获取所述转子与定子间的偏置气隙与所述第一线圈的电气参数；
则所述步骤12的过程具体为：
根据所述偏置气隙、所述电气参数及所述输入端电压计算所述第一线圈的线圈电流。
优选的，所述通过第二电流指令值控制所述第一线圈和第二线圈输出与所述目标位置对应的电磁力，以便将所述转子调节至所述目标位置的过程具体为：
步骤21：根据第二电流指令值及偏置电流得到所述第一线圈的电流指令值及所述第二线圈的电流指令值；
步骤22：将所述第一线圈的电流指令值输入第一电流调节器得到所述第一线圈的输入端电压，将所述第二线圈的电流指令值输入第二电流调节器得到所述第二线圈的输入端电压；
步骤23：根据所述第一线圈的输入端电压计算所述第一线圈的线圈电流，根据所述第二线圈的输入端电压计算所述第二线圈的线圈电流；
步骤24：将所述第一线圈的线圈电流和所述第二线圈的线圈电流做差输入所述第二电磁力模型得到电磁力；
步骤25：获取在所述电磁力的作用下，所述转子的当前位置；
步骤26：计算当前位置和所述目标位置的偏离位移；
步骤27：通过位置调节器输出与所述偏离位移对应的第二电流指令值，然后重复步骤21到步骤27，直至将所述转子调整到所述目标位置。
优选的，所述步骤23之前，该控制方法还包括：
获取所述转子与定子间的偏置气隙、所述第一线圈的电气参数及所述第二线圈的电气参数；
则所述步骤23的过程具体为：
根据所述偏置气隙、所述第一线圈的电气参数及所述第一线圈的输入端电压计算所述第一线圈的线圈电流，根据所述偏置气隙、所述第二线圈的电气参数及所述第二线圈的输入端电压计算所述第二线圈的线圈电流。
优选的，所述通过第一电流指令值控制第一线圈输出与目标位置对应的电磁力之后，通过第二电流指令值控制所述第一线圈和第二线圈输出与所述目标位置对应的电磁力之前，该控制方法还包括：
按预设规则增大用以控制所述第二线圈的电流指令值，直至所述第二线圈的线圈电流和所述第一线圈的线圈电流满足预设关系，所述电流指令值的初始值为0，所述预设关系为
Figure BDA0002065206150000031
I0为偏置电流目标幅值，i+为所述第一线圈的线圈电流，i-为所述第二线圈的线圈电流；
通过所述第二线圈的线圈电流和所述第一线圈的线圈电流计算当前差分电流幅值，并将当前差分电流幅值作为所述第二电流指令值。
优选的，所述通过所述第二线圈的线圈电流和所述第一线圈的线圈电流计算当前差分电流幅值的过程具体为：
根据差分电流计算关系式计算当前差分电流幅值，所述差分电流计算关系式为
Figure BDA0002065206150000041
i为当前差分电流幅值。
为解决上述技术问题，本申请还提供了一种磁悬浮轴承系统的控制系统，包括：
第一控制模块，用于当磁悬浮轴承的转子静止，通过第一电流指令值控制第一线圈输出与目标位置对应的电磁力，以便将所述转子调节至目标位置；
第二控制模块，用于当所述转子旋转，通过第二电流指令值控制所述第一线圈和第二线圈输出与所述目标位置对应的电磁力，以便将所述转子调节至所述目标位置，其中，所述第一线圈和所述第二线圈作用相反。
为解决上述技术问题，本申请还提供了一种磁悬浮轴承系统的控制装置，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上文任意一项所述磁悬浮轴承系统的控制方法的步骤。
为解决上述技术问题，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上文任意一项所述磁悬浮轴承系统的控制方法的步骤。
本申请提供了一种磁悬浮轴承系统的控制方法，包括：当磁悬浮轴承的转子静止，通过第一电流指令值控制第一线圈输出与目标位置对应的电磁力，以便将转子调节至目标位置；当转子旋转，通过第二电流指令值控制第一线圈和第二线圈输出与目标位置对应的电磁力，以便将转子调节至目标位置，其中，第一线圈和第二线圈作用相反。在实际应用中，采用本申请的方案，由于在转子静止时采用单线圈控制磁悬浮轴承系统，稳定区间大，因此可以选择大内径的保护轴承以提高转子的运行空间，从而提高磁悬浮轴承系统的运行性能。本申请还提供了一种磁悬浮轴承系统的控制系统、装置及计算机可读存储介质，具有和上述控制方法相同的有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请所提供的一种磁悬浮轴承系统的控制方法的步骤流程图；
图2a为本申请所提供的一种磁悬浮轴承平面图；
图2b为本申请所提供的另一种磁悬浮轴承平面图；
图3为本申请所提供的一种单线圈控制器的结构示意图；
图4为本申请所提供的一种差分线圈控制器的结构示意图；
图5为本申请所提供的另一种差分线圈控制器的结构示意图；
图6为本申请所提供的一种磁悬浮轴承系统的控制系统的结构示意图。
具体实施方式
本申请的核心是提供一种磁悬浮轴承系统的控制方法，在转子静止时采用单线圈控制磁悬浮轴承系统，稳定区间大，因此可以选择大内径的保护轴承以提高转子的运行空间，从而提高磁悬浮轴承系统的运行性能；本申请的另一核心是提供一种磁悬浮轴承系统的控制系统、装置及计算机可读存储介质。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
请参照图1，图1为本申请所提供的一种磁悬浮轴承系统的控制方法的步骤流程图，包括：
步骤1：当磁悬浮轴承的转子静止，通过第一电流指令值控制第一线圈输出与目标位置对应的电磁力，以便将转子调节至目标位置；
首先需要说明的是，磁悬浮轴承的物理原理是通过带电线圈产生的电磁吸力来使转子保持在目标位置上。以4对8极式磁悬浮轴承为例，假设定义转子与定子间的偏置气隙为s(m)、单个极的定子齿内表面积为Ae(m2)、极角度为θ(rad)，磁悬浮轴承平面图参照图2a和图2b所示。
若转子相对偏置位置的位移为x，且正方向为向上时，则转子与线圈的气隙大小满足x+＝s-xcosθ，若单线圈匝数为N，真空磁导率为μ0，线圈电流为i+，根据虚功原理单线圈产生的电磁力f满足
Figure BDA0002065206150000061
具体的，当磁悬浮轴承的转子静止，根据转子的实际位置与目标位置的偏离位移调整第一线圈的线圈电流，即可间接控制磁场力的大小，将转子调节回目标位置，可以理解的是，在磁悬浮轴承的转子静止，初次进行调整时，可以通过人工根据经验发送第一电流指令值，第一电流指令值与目标位置存在一定的对应关系。考虑到采用单线圈控制的磁悬浮轴承系统在转子静止时的稳定区间大，因此，可以选用大内径的保护轴承来提高转子的运行空间。
步骤2：当转子旋转，通过第二电流指令值控制第一线圈和第二线圈输出与目标位置对应的电磁力，以便将转子调节至目标位置，其中，第一线圈和第二线圈作用相反。
具体的，当转子旋转，将磁悬浮轴承系统由单线圈控制切换为差分线圈控制，可以理解的是，差分线圈控制即通过两个作用相反的线圈产生的电磁力对转子的位置进行控制，为方便描述，下文将第一线圈称为正线圈，将第二线圈称为负线圈。具体的，每个线圈的电流均可分解为偏置电流和差分电流，根据第二电流指令值(即差分电流指令值)及偏置电流分别确定正线圈的电流指令值和负线圈的电流指令值，分别根据两个电流指令值调节正、负线圈的线圈电流，从而间接控制正线圈输出的磁场力及负线圈输出的磁场力的大小，以调整转子的位置。
本申请提供了一种磁悬浮轴承系统的控制方法，包括：当磁悬浮轴承的转子静止，通过第一电流指令值控制第一线圈输出与目标位置对应的电磁力，以便将转子调节至目标位置；当转子旋转，通过第二电流指令值控制第一线圈和第二线圈输出与目标位置对应的电磁力，以便将转子调节至目标位置，其中，第一线圈和第二线圈作用相反。在实际应用中，采用本申请的方案，由于在转子静止时采用单线圈控制磁悬浮轴承系统，稳定区间大，因此可以选择大内径的保护轴承以提高转子的运行空间，从而提高磁悬浮轴承系统的运行性能。
在上述实施例的基础上：
作为一种优选的实施例，通过第一电流指令值控制第一线圈输出与目标位置对应的电磁力，以便将转子调节至目标位置的过程具体为：
步骤11：将第一电流指令值输入电流调节器得到第一线圈的输入端电压；
步骤12：根据输入端电压计算第一线圈的线圈电流；
步骤13：将线圈电流输入第一电磁力模型得到电磁力；
步骤14：获取在电磁力作用下，转子的当前位置；
步骤15：计算当前位置与目标位置的偏离位移；
步骤16：通过位置调节器输出与偏离位移对应的第一电流指令值，然后重复步骤11到步骤16，直至将转子调整到目标位置。
作为一种优选的实施例，步骤12之前，该控制方法还包括：
获取转子与定子间的偏置气隙与第一线圈的电气参数；
则步骤12的过程具体为：
根据偏置气隙、电气参数及输入端电压计算第一线圈的线圈电流。
具体的，根据磁悬浮轴承单线圈的电气模型和动力学模型，步骤1的方案可以通过如图3所示的单线圈控制器来实现，单线圈控制器中包括位置调节器APR、电流调节器ACR，第一电磁力模型等，位置调节器APR用于输出第一电流指令值i+ref，电流调节器ACR在接收到第一电流指令值i+ref后输出单线圈输入端电压u+。考虑到采用单线圈控制时，单线圈输入端电压u+和线圈电流i+之间存在如下对应关系式：
Figure BDA0002065206150000071
R为单线圈电阻值，L+和
Figure BDA0002065206150000072
均为单线圈的电气系数，它们的计算关系式分别为：
Figure BDA0002065206150000073
根据上述各关系式即可计算求得线圈电流i+，并将i+作为电流环的反馈值，计算第一电流指令值i+ref与线圈电流i+差值，电流调节器ACR根据该差值调整单线圈输入端电压u+，直至线圈电流i+满足第一电流指令值i+ref的要求。将线圈电流i+输入第一电磁力模型，即可计算在当前线圈电流下单线圈产生的电磁力。假设转子的质量为m，采用单线圈控制时，电磁力f与转子位移x的动力学方程为：
Figure BDA0002065206150000081
因此，根据该关系式即可构建第一电磁力模型。获取转子在该电磁力作用下的当前位置，假设转子相对初始位置的位移为x且正方向为向上时，正方向的气隙为x+，负方向的气隙为x-，那么可得
Figure BDA0002065206150000082
位置调节器APR根据正方向的气隙x+，负方向的气隙x-计算转子与目标位置的偏离位移，并根据偏离位移调整第一电流指令值i+ref。
作为一种优选的实施例，通过第二电流指令值控制第一线圈和第二线圈输出与目标位置对应的电磁力，以便将转子调节至目标位置的过程具体为：
步骤21：根据第二电流指令值及偏置电流得到第一线圈的电流指令值及第二线圈的电流指令值；
步骤22：将第一线圈的电流指令值输入第一电流调节器得到第一线圈的输入端电压，将第二线圈的电流指令值输入第二电流调节器得到第二线圈的输入端电压；
步骤23：根据第一线圈的输入端电压计算第一线圈的线圈电流，根据第二线圈的输入端电压计算第二线圈的线圈电流；
步骤24：将第一线圈的线圈电流和第二线圈的线圈电流做差输入第二电磁力模型得到电磁力；
步骤25：获取在电磁力的作用下，转子的当前位置；
步骤26：计算当前位置和目标位置的偏离位移；
步骤27：通过位置调节器输出与偏离位移对应的第二电流指令值，然后重复步骤21到步骤27，直至将转子调整到目标位置。
作为一种优选的实施例，步骤23之前，该控制方法还包括：
获取转子与定子间的偏置气隙、第一线圈的电气参数及第二线圈的电气参数；
则步骤23的过程具体为：
根据偏置气隙、第一线圈的电气参数及第一线圈的输入端电压计算第一线圈的线圈电流，根据偏置气隙、第二线圈的电气参数及第二线圈的输入端电压计算第二线圈的线圈电流。具体的，根据磁悬浮轴承差分线圈的电气模型和动力学模型，步骤2的方案可以通过如图4所示的差分线圈控制器来实现，差分线圈控制器中包括位置调节器APR1、第一电流调节器ACR1，第二电流调节器ACR2、第二电磁力模型等，位置调节器APR1用于输出差分电流指令值iref，根据差分电流指令值i+ref及偏置电流i0得到第一电流调节器ACR1的电流指令值i+ref及第二电流调节器ACR2的电流指令值i-ref，将电流指令值i+ref输入第一电流调节器ACR1获取正线圈的输入端电压u+，将电流指令值i-ref输入第二电流调节器ACR2获取负线圈的输入端电压u-。采用差分线圈控制时，差分线圈的输入端电压与线圈电流之间存在如下对应关系式：
Figure BDA0002065206150000091
R为单线圈电阻值，L+和
Figure BDA0002065206150000092
均为正线圈的电气系数，L-和
Figure BDA0002065206150000093
均为负线圈的电气系数，它们的计算关系式分别为：
Figure BDA0002065206150000094
Figure BDA0002065206150000095
每个线圈电流均可分解为偏置电流i0和差分电流i，其关系式为
Figure BDA0002065206150000096
根据上述各关系式即可计算求得正线圈的线圈电流i+及负线圈的线圈电流i-，第一电流调节器ACR1根据电流指令值i+ref与线圈电流i+的差值，调整正线圈输入端电压u+，直至线圈电流i+满足电流指令值i+ref的要求，第二电流调节器ACR2根据电流指令值i-ref与线圈电流i-的差值，调整负线圈输入端电压u-，直至线圈电流i-满足电流指令值i-ref的要求。将i+和i-做差得到差分电流值，将差分电流值输入第二电磁力模型，即可计算差分线圈的电磁力。可以理解的是，在通过差分线圈控制时，将磁悬浮轴承的电磁力在偏置点(i0,s)处进行泰勒展开，忽略高阶项后的表达式为
Figure BDA0002065206150000101
上式中，线圈在偏置点的电磁力f0满足
Figure BDA0002065206150000102
位置刚度ks0满足
Figure BDA0002065206150000103
电流刚度ki0满足
Figure BDA0002065206150000104
在偏置点附近线性化后，差分线圈电磁力表达式近似为f(i,x)＝f+(i,x)-f-(i,x)≈ki0(i+-i-)+2Ks0x，可以根据该表达式构建第二电磁力模型。获取转子在该电磁力作用下的当前位置，通过位置调节器APR1计算转子当前位置与目标位置的偏离位移，并根据偏离位移调整差分电流指令值iref。
作为一种优选的实施例，通过第一电流指令值控制第一线圈输出与目标位置对应的电磁力之后，通过第二电流指令值控制第一线圈和第二线圈输出与目标位置对应的电磁力之前，该控制方法还包括：
按预设规则增大用以控制第二线圈的电流指令值，直至第二线圈的线圈电流和第一线圈的线圈电流满足预设关系，电流指令值的初始值为0，预设关系为
Figure BDA0002065206150000105
I0为偏置电流目标幅值，i+为第一线圈的线圈电流，i-为第二线圈的线圈电流；
通过第二线圈的线圈电流和第一线圈的线圈电流计算当前差分电流幅值，并将当前差分电流幅值作为第二电流指令值。
作为一种优选的实施例，通过第二线圈的线圈电流和第一线圈的线圈电流计算当前差分电流幅值的过程具体为：
根据差分电流计算关系式计算当前差分电流幅值，差分电流计算关系式为
Figure BDA0002065206150000106
i为当前差分电流幅值。
具体的，由于磁悬浮轴承系统为强非线性系统，考虑到从单线圈控制切换至差分线圈控制时，电流指令值存在阶跃变化，极易引起磁悬浮轴承系统振荡或不稳定，因此，本申请提出一种过渡控制方法用于消除控制切换时的状态阶跃，即将差分线圈控制分解为两个单线圈控制，其控制结构图参照图5所示。切换控制中，正线圈采用位置环控制，负线圈采用电流环控制，设差分线圈的偏置电流目标幅值为I0，则切换过程如下：
在正线圈位置稳定的条件下，从零开始逐步增加负线圈的电流指令值i-ref，使正负线圈的电流值达到如下条件
Figure BDA0002065206150000111
在该条件下计算差分电流幅值，计算表达式为：
Figure BDA0002065206150000112
将计算得到的差分电流幅值作为上一实施例中位置调节器APR1的输出iref，由于切换过程无控制状态变量的阶跃，因此可以实现单线圈控制与差分线圈控制的无缝切换，使磁悬浮控制系统保持稳定无扰动。
综上所述，本申请在磁悬浮轴承系统启动时采用单线圈控制，在运行时采用差分线圈控制的控制策略，使磁悬浮轴承系统可以选用大内径的保护轴承，另外，通过逐步提高偏置电流的方式，在偏置电流达到指定值时将单线圈控制切换为差分线圈控制，保证磁悬浮轴承系统稳定。
请参照图6，图6为本申请所提供的一种磁悬浮轴承系统的控制系统的结构示意图，包括：
第一控制模块1，用于当磁悬浮轴承的转子静止，通过第一电流指令值控制第一线圈输出与目标位置对应的电磁力，以便将转子调节至目标位置；
第二控制模块2，用于当转子旋转，通过第二电流指令值控制第一线圈和第二线圈输出与目标位置对应的电磁力，以便将转子调节至目标位置，其中，第一线圈和第二线圈作用相反。
作为一种优选的实施例，第一控制模块1包括：
第一电流调节模块，用于将第一电流指令值输入电流调节器得到第一线圈的输入端电压，根据输入端电压计算第一线圈的线圈电流；
第一电磁力调节模块，用于＝将线圈电流输入第一电磁力模型得到电磁力；
第一位置调节模块，用于获取在电磁力作用下，转子的当前位置，计算当前位置与目标位置的偏离位移，通过位置调节器输出与偏离位移对应的第一电流指令值，触发第一电流调节模块，直至将转子调整到目标位置。
作为一种优选的实施例，该第一控制模块1还包括：
第一获取模块，用于获取转子与定子间的偏置气隙与第一线圈的电气参数；
则根据输入端电压计算第一线圈的线圈电流的过程具体为：
根据偏置气隙、电气参数及输入端电压计算第一线圈的线圈电流。
作为一种优选的实施例，第二控制模块2包括：
分流模块，用于根据第二电流指令值及偏置电流得到第一线圈的电流指令值及第二线圈的电流指令值；
第二电流调节模块，用于将第一线圈的电流指令值输入第一电流调节器得到第一线圈的输入端电压，将第二线圈的电流指令值输入第二电流调节器得到第二线圈的输入端电压，根据第一线圈的输入端电压计算第一线圈的线圈电流，根据第二线圈的输入端电压计算第二线圈的线圈电流；
第二电磁力调节模块，用于将第一线圈的线圈电流和第二线圈的线圈电流做差输入第二电磁力模型得到电磁力；
第二位置调节模块，用于获取在电磁力的作用下，转子的当前位置，计算当前位置和目标位置的偏离位移，通过位置调节器输出与偏离位移对应的第二电流指令值，然后触发分流模块，直至将转子调整到目标位置。
作为一种优选的实施例，第二控制模块2还包括：
第二获取模块，用于获取转子与定子间的偏置气隙、第一线圈的电气参数及第二线圈的电气参数；
则根据第一线圈的输入端电压计算第一线圈的线圈电流，根据第二线圈的输入端电压计算第二线圈的线圈电流的过程具体为：
根据偏置气隙、第一线圈的电气参数及第一线圈的输入端电压计算第一线圈的线圈电流，根据偏置气隙、第二线圈的电气参数及第二线圈的输入端电压计算第二线圈的线圈电流。
作为一种优选的实施例，该控制系统还包括：
过渡控制模块，用于按预设规则增大用以控制第二线圈的电流指令值，直至第二线圈的线圈电流和第一线圈的线圈电流满足预设关系，电流指令值的初始值为0，预设关系为
Figure BDA0002065206150000131
I0为偏置电流目标幅值，i+为第一线圈的线圈电流，i-为第二线圈的线圈电流；通过第二线圈的线圈电流和第一线圈的线圈电流计算当前差分电流幅值，并将当前差分电流幅值作为第二电流指令值。
作为一种优选的实施例，通过第二线圈的线圈电流和第一线圈的线圈电流计算当前差分电流幅值的过程具体为：
根据差分电流计算关系式计算当前差分电流幅值，差分电流计算关系式为
Figure BDA0002065206150000132
i为当前差分电流幅值。
本申请所提供的一种磁悬浮轴承系统的控制系统，具有和上述控制方法相同的有益效果。
对于本申请所提供的一种磁悬浮轴承系统的控制系统的介绍请参照上述实施例，本申请在此不再赘述。
相应的，本申请还提供了一种磁悬浮轴承系统的控制装置，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行计算机程序时实现如上文任意一项磁悬浮轴承系统的控制方法的步骤。
当然，控制装置还可以包括各种网络接口，电源等组件。
本申请所提供的一种磁悬浮轴承系统的控制装置，具有和上述控制方法相同的有益效果。
对于本申请所提供的一种磁悬浮轴承系统的控制装置的介绍请参照上述实施例，本申请在此不再赘述。
为解决上述技术问题，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上文任意一项磁悬浮轴承系统的控制方法的步骤。该计算机可读存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本申请所提供的一种计算机可读存储介质，具有和上述控制方法相同的有益效果。
对于本申请所提供的一种计算机可读存储介质的介绍请参照上述实施例，本申请在此不再赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种磁悬浮轴承系统的控制方法，其特征在于，包括：
当磁悬浮轴承的转子静止，通过第一电流指令值控制第一线圈输出与目标位置对应的电磁力，以便将所述转子调节至目标位置；
当所述转子旋转，通过第二电流指令值控制所述第一线圈和第二线圈输出与所述目标位置对应的电磁力，以便将所述转子调节至所述目标位置，其中，所述第一线圈输出的作用在所述转子上的电磁力的方向和所述第二线圈输出的作用在所述转子上的电磁力的方向相反。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承系统的控制方法，其特征在于，所述通过第一电流指令值控制第一线圈输出与目标位置对应的电磁力，以便将所述转子调节至目标位置的过程具体为：
步骤11：将第一电流指令值输入电流调节器得到第一线圈的输入端电压；
步骤12：根据所述输入端电压计算所述第一线圈的线圈电流；
步骤13：将所述线圈电流输入第一电磁力模型得到电磁力；
步骤14：获取在所述电磁力作用下，所述转子的当前位置；
步骤15：计算当前位置与目标位置的偏离位移；
步骤16：通过位置调节器输出与所述偏离位移对应的第一电流指令值，然后重复步骤11到步骤16，直至将所述转子调整到所述目标位置。
3.根据权利要求2所述的磁悬浮轴承系统的控制方法，其特征在于，所述步骤12之前，该控制方法还包括：
获取所述转子与定子间的偏置气隙与所述第一线圈的电气参数；
则所述步骤12的过程具体为：
根据所述偏置气隙、所述电气参数及所述输入端电压计算所述第一线圈的线圈电流。
4.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承系统的控制方法，其特征在于，所述通过第二电流指令值控制所述第一线圈和第二线圈输出与所述目标位置对应的电磁力，以便将所述转子调节至所述目标位置的过程具体为：
步骤21：根据第二电流指令值及偏置电流得到所述第一线圈的电流指令值及所述第二线圈的电流指令值；
步骤22：将所述第一线圈的电流指令值输入第一电流调节器得到所述第一线圈的输入端电压，将所述第二线圈的电流指令值输入第二电流调节器得到所述第二线圈的输入端电压；
步骤23：根据所述第一线圈的输入端电压计算所述第一线圈的线圈电流，根据所述第二线圈的输入端电压计算所述第二线圈的线圈电流；
步骤24：将所述第一线圈的线圈电流和所述第二线圈的线圈电流做差输入第二电磁力模型得到电磁力；
步骤25：获取在所述电磁力的作用下，所述转子的当前位置；
步骤26：计算当前位置和所述目标位置的偏离位移；
步骤27：通过位置调节器输出与所述偏离位移对应的第二电流指令值，然后重复步骤21到步骤27，直至将所述转子调整到所述目标位置。
5.根据权利要求4所述的磁悬浮轴承系统的控制方法，其特征在于，所述步骤23之前，该控制方法还包括：
获取所述转子与定子间的偏置气隙、所述第一线圈的电气参数及所述第二线圈的电气参数；
则所述步骤23的过程具体为：
根据所述偏置气隙、所述第一线圈的电气参数及所述第一线圈的输入端电压计算所述第一线圈的线圈电流，根据所述偏置气隙、所述第二线圈的电气参数及所述第二线圈的输入端电压计算所述第二线圈的线圈电流。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的磁悬浮轴承系统的控制方法，其特征在于，所述通过第一电流指令值控制第一线圈输出与目标位置对应的电磁力之后，通过第二电流指令值控制所述第一线圈和第二线圈输出与所述目标位置对应的电磁力之前，该控制方法还包括：
按预设规则增大用以控制所述第二线圈的电流指令值，直至所述第二线圈的线圈电流和所述第一线圈的线圈电流满足预设关系，所述电流指令值的初始值为0，所述预设关系为
Figure FDA0003496433170000031
I0为偏置电流目标幅值，i+为所述第一线圈的线圈电流，i-为所述第二线圈的线圈电流；
通过所述第二线圈的线圈电流和所述第一线圈的线圈电流计算当前差分电流幅值，并将当前差分电流幅值作为所述第二电流指令值。
7.根据权利要求6所述的磁悬浮轴承系统的控制方法，其特征在于，所述通过所述第二线圈的线圈电流和所述第一线圈的线圈电流计算当前差分电流幅值的过程具体为：
根据差分电流计算关系式计算当前差分电流幅值，所述差分电流计算关系式为
Figure FDA0003496433170000032
i为当前差分电流幅值。
8.一种磁悬浮轴承系统的控制系统，其特征在于，包括：
第一控制模块，用于当磁悬浮轴承的转子静止，通过第一电流指令值控制第一线圈输出与目标位置对应的电磁力，以便将所述转子调节至目标位置；
第二控制模块，用于当所述转子旋转，通过第二电流指令值控制所述第一线圈和第二线圈输出与所述目标位置对应的电磁力，以便将所述转子调节至所述目标位置，其中，所述第一线圈输出的作用在所述转子上的电磁力的方向和所述第二线圈输出的作用在所述转子上的电磁力的方向相反。
9.一种磁悬浮轴承系统的控制装置，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1-7任意一项所述磁悬浮轴承系统的控制方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任意一项所述磁悬浮轴承系统的控制方法的步骤。
CN201910418521.1A 2019-05-20 2019-05-20 一种磁悬浮轴承系统的控制方法、系统及相关组件 Active CN111963570B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910418521.1A CN111963570B (zh) 2019-05-20 2019-05-20 一种磁悬浮轴承系统的控制方法、系统及相关组件

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910418521.1A CN111963570B (zh) 2019-05-20 2019-05-20 一种磁悬浮轴承系统的控制方法、系统及相关组件

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111963570A CN111963570A (zh) 2020-11-20
CN111963570B true CN111963570B (zh) 2022-04-19

Family

ID=73357926

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910418521.1A Active CN111963570B (zh) 2019-05-20 2019-05-20 一种磁悬浮轴承系统的控制方法、系统及相关组件

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111963570B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113280042B (zh) * 2021-05-21 2022-05-10 珠海格力电器股份有限公司 一种磁悬浮轴承的控制装置、方法和磁悬浮系统
CN113280045B (zh) * 2021-05-28 2022-05-10 珠海格力电器股份有限公司 磁悬浮系统及其转子位置确定方法、装置、介质及处理器
CN114810825B (zh) * 2022-03-30 2023-05-30 清华大学 磁轴承、控制方法及装置
CN114810826B (zh) * 2022-03-30 2023-05-05 清华大学 磁轴承的零偏置控制方法、装置及磁轴承

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0839291A1 (en) * 1995-07-14 1998-05-06 The Glacier Metal Company Limited Electromagnetic bearing
EP2530340A1 (de) * 2011-05-20 2012-12-05 Siemens Aktiengesellschaft Magnetisches Radiallager mit drei-phasiger Ansteuerung
EP2543956A2 (en) * 2010-03-02 2013-01-09 D&M Technology Co., Ltd Displacement sensor and a magnetic bearing system using the same
CN105333010A (zh) * 2015-12-11 2016-02-17 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 一种磁悬浮轴承控制装置及磁悬浮轴承系统
CN106286592A (zh) * 2016-08-15 2017-01-04 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 主动磁力轴承的控制方法、装置和系统
US20180172072A1 (en) * 2015-05-27 2018-06-21 Gree Green Refrigeration Technology Center Co., Ltd Of Zhuhai Control Method and Control Device for Magnetic Bearing

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0839291A1 (en) * 1995-07-14 1998-05-06 The Glacier Metal Company Limited Electromagnetic bearing
EP2543956A2 (en) * 2010-03-02 2013-01-09 D&M Technology Co., Ltd Displacement sensor and a magnetic bearing system using the same
CN102918352A (zh) * 2010-03-02 2013-02-06 D&M科技株式会社 位移传感器以及利用该位移传感器的磁轴承系统
EP2530340A1 (de) * 2011-05-20 2012-12-05 Siemens Aktiengesellschaft Magnetisches Radiallager mit drei-phasiger Ansteuerung
US20180172072A1 (en) * 2015-05-27 2018-06-21 Gree Green Refrigeration Technology Center Co., Ltd Of Zhuhai Control Method and Control Device for Magnetic Bearing
CN105333010A (zh) * 2015-12-11 2016-02-17 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 一种磁悬浮轴承控制装置及磁悬浮轴承系统
CN106286592A (zh) * 2016-08-15 2017-01-04 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 主动磁力轴承的控制方法、装置和系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN111963570A (zh) 2020-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111963570B (zh) 一种磁悬浮轴承系统的控制方法、系统及相关组件
Petersson et al. Evaluation of current control methods for wind turbines using doubly-fed induction machines
JP5957704B2 (ja) 電動機制御装置
CN107070342A (zh) 一种带负载状态观测器的永磁同步电机控制系统
JP5948613B2 (ja) モータの制御装置
CN106090012B (zh) 磁悬浮轴承的控制方法和装置
CN110588365B (zh) 电机转矩控制方法、系统、设备及存储介质
CN104734592A (zh) 一种永磁同步电机的控制方法及系统
CN104300860B (zh) 同步电动机的电流控制装置
Pimkumwong et al. Full-order observer for direct torque control of induction motor based on constant V/F control technique
KR20150051165A (ko) 모터 제어 장치
Yahdou et al. Using neural network super‐twisting sliding mode to improve power control of a dual‐rotor wind turbine system in normal and unbalanced grid fault modes
CN102811014A (zh) Pi调节器实现系统及方法
CN106817054B (zh) 一种基于参数辨识的机械弹性储能用pmsg控制方法
Ouassaid et al. Nonlinear torque control for PMSM: A lyapunov technique approach
JP2000341991A (ja) 永久磁石型同期電動機の制御装置
CN109245642B (zh) 高压无刷双馈电机控制方法、系统、设备及可读存储介质
JP6391096B2 (ja) 交流電動機の電流制御装置
US20140117905A1 (en) Rotor Control
CN115001326B (zh) 基于快速无功功率控制和功角补偿方法的双馈虚拟同步发电机控制方法
CN119362590B (zh) 一种可独立调相的调节惯量型并网装置控制方法及系统
CN116922401B (zh) 提升关节峰值速度的控制方法、机器人及电子设备
CN119135009A (zh) 用于无位置传感器地起动永磁体激励式同步电机的方法
Shiratsuki et al. Speed Enhancement of Vector-Controlled Axial Gap Type Single-Drive Bearingless Reluctance Motor by Adjustment of Rotor Suspension Position
CN116592056A (zh) 磁悬浮轴承电流控制方法、转子控制方法、系统及压缩机

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant