[發明專利]用于磁懸浮中負阻尼補償的控制系統和方法

無效

• 申請號: 200780047218.0
• 申請日: 2007-12-13
• 公開（公告）號: CN101568892A
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發明（設計）人: A·F·巴克
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦電子股份有限公司
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12;G05B5/01;G05B6/02;F16C39/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 李 舒;譚祐祥

本公開內容涉及磁懸浮，更具體地，涉及用于補償負阻尼的控制系統 和方法。

磁懸浮(Maglev)是指利用磁場來推斥物體以抵抗其它力-諸如舉例而 言重力-的系統或裝置。磁懸浮可在運輸系統中被采用，其中車輛被懸浮 并沿軌道推進。其它應用可包括半導體加工工藝(例如，懸浮一個晶片支撐 臺板)、非接觸軸承(例如，磁懸浮軸)、或醫療設備(例如，CT掃描儀)。

剛度(stiffness)是材料在被按壓時回推的能力，例如，彈簧對抗壓縮。 這種性狀確定了材料的強度和阻尼振動的能力。這是正剛度。某些材料或 系統具有“負剛度”：它們的結構已經被以這樣的方式彎曲(buckle)或扭 曲(contort)，即：如果施加壓力，則其存儲的能量僅導致在相同方向上 的更大壓縮，例如彈簧，當你開始壓它時，它自己就折疊(collapse)了。

在磁懸浮中，磁芯與被懸浮物體之間的間隙被說成是固有地具有負剛 度。在磁懸浮系統中，負剛度可以通過能夠抵消負剛度效應的校準公式而 被補償。然而，在間隙被測量的時間與間隙被補償的時間之間引入的延時 常常導致負阻尼。負阻尼不能以與負剛度相同的方式來解釋。因此，在磁 懸浮系統中存在補償負阻尼的需求。

按照本實施例，磁懸浮控制系統包括：傳感器，被配置用于測量電磁 鐵與平臺(stage)之間的間隙，并生成間隙測量信號。間隙濾波器被配置 用于接收所述間隙測量信號，并提供相位超前信號(phase?lead?signal)， 該相位超前信號估計并計及(account?for)所述間隙測量信號與補償動作 之間的延時。估計塊被配置用于接收所述相位超前信號，并按照所述相位 超前信號提供補償動作，以使得負剛度和負阻尼效應在所述控制系統中都 得到補償。

一種用于控制磁懸浮系統中的間隙的方法包括：生成磁場以便按照實 現的電流(realized?current)來懸浮平臺并保持所述平臺與電磁鐵芯之間的 間隙；測量所述間隙以便輸出間隙測量信號；濾波所述間隙測量信號，以 便按照過去的測量結果提供相位超前信號，以計及間隙測量信號與補償動 作之間的延時；以及按照所述相位超前信號生成所述實現的電流以便在調 節間隙時補償負剛度和負阻尼。

在替換實施例中，間隙測量可被重建，以便允許估計所述間隙測量而 不需要并置的(collocated)傳感器。所述實現的電流優選地按照所述相位 超前信號生成，并且從估計塊輸出的計算的電流被放大，這里所述計算的 電流是基于所述相位超前信號。所述方法可包括減小由于濾波步驟而引入 的噪聲。所述方法還可包括從以前的間隙測量結果外推延時，以使得所述 相位超前信號是基于所述外推的延時。

本公開內容的這些和其它目的、特征及優點將從其說明性實施例的以 下的詳細描述變得明白，所述說明性實施例要結合附圖閱讀。

本公開內容將參照以下的附圖詳細給出優選實施例的如下說明，其 中：

圖1是顯示按照一個實施例的磁懸浮系統的方框圖/流程圖；

圖2是顯示按照更詳細的實施例的磁懸浮系統的方框圖/流程圖；

圖3是幅度(dB)或相位角(度)與頻率的關系曲線的圖，其顯示了對于 按照圖2中的間隙濾波器的不同配置的參考信號及響應；以及

圖4是顯示用于控制磁懸浮系統中的間隙的一個示例方法的流程圖。

本公開內容描述適于在磁懸浮系統中使用的控制系統，其中負阻尼通 過如下方式補償：預先考慮在測量和補償被懸浮部件或裝置(此后稱為機械 設施(plant))與磁芯(此后稱為設施芯(plant?core))間的間隙波動之間的 延時。在一個特別有用的實施例中，由間隙濾波器預先考慮延時，所述間 隙濾波器提供相位超前以便抵消在系統中經受的負阻尼。代替或附加于所 述間隙濾波器，過去的測量結果或間隙預測準則可被采用來更精確地預測 實際的間隙，以便幫助消除所述負阻尼。應當理解，本發明將就特定的磁 懸浮系統來描述；然而，本發明的教導要廣泛得多，且可應用于任何可能 因在反饋環中引入延時而具有負阻尼的磁懸浮系統。還應當理解，說明性 的示例電路可以被修改以包括附加部件或所述部件可被集成在一個或多 個集成電路芯片上。另外，所描繪的部件可以以軟件或是在獨立的裝置或 電路上實現。在特別有用的實施例中，附圖中描繪的單元可以以硬件和軟 件的各種組合來實現，并提供可以被組合到單個單元或多個單元中的功 能。