[發明專利]一種磁懸浮軸承位移信號自調理系統及方法

有效

• 申請號: 201710228026.5
• 申請日: 2017-04-10
• 公開（公告）號: CN106849952B
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發明（設計）人: 鄭世強;孫茂林;崔炳偉;韓邦成;劉剛
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H03M1/12
• 分類號: H03M1/12;F16C32/04
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 楊學明,顧煒

技術領域

本發明涉及一種磁懸浮軸承位移信號自調理系統及方法，用于對磁懸浮軸承的原始位移信號自動調理，可省去傳統手動調理磁懸浮軸承位移信號的繁瑣過程，使磁懸浮軸承產品調試更高效。

背景技術

與傳統的滾動軸承、滑動軸承以及油膜軸承相比，磁懸浮軸承不存在機械接觸，因此其轉子可以運行到很高的轉速，具有機械磨損小、能耗低、噪聲小、壽命長、無需潤滑、無油污染等優點，特別適用于高速、真空、超凈等特殊環境中。

磁懸浮軸承在控制時需要實時獲取轉子的位移信號，而轉子的原始位移信號由于幅值比較大，不能直接輸入到控制芯片DSP的AD中，因此需要將原始位移信號先經過一次調理。一般的調理過程為：先測量原始位移信號的極限值，然后設計一個電壓放大電路使原始位移信號為極限值時，AD采集到的信號正好為特定的值(理想位移信號)。這種調理方法的缺點是：因為磁軸承的加工、安裝不可能完全一致，所以兩個設計相同的磁懸浮軸承極限位移值是不完全相同的，只能針對不同的極限位移值設計特定的電壓放大電路，以滿足原始位移信號為極限值時AD采集到的信號正好為特定值(理想位移信號)的要求，這個繁瑣的過程嚴重影響了磁懸浮軸承產品生產效率。

發明內容

本發明的技術解決問題：克服一般磁懸浮軸承調理方法在通用性、成本和精度方面的不足，提供一種可通用、低成本、高精度的磁懸浮軸承位移信號自調理系統及方法。

本發明的技術解決方案：一種磁懸浮軸承位移信號自調理系統，能夠對磁懸浮軸承的原始位移信號進行自動調理，主要包括參考電壓輸入電路、原始位移信號輸入電路、電壓放大電路、濾波電路、鉗位電路、DSP模塊。該系統是通過參考電壓輸入電路將外部參考電壓REF輸入到電壓放大電路，通過原始位移信號輸入電路將磁懸浮軸承的原始位移信號V_S輸入到電壓放大電路，電壓放大電路將兩路輸入信號求和并放大，再將運算后的信號輸入到濾波電路，濾波電路將信號經過鉗位電路輸入到DSP模塊的AD，AD將包含位移信息的輸入信號轉化為數字量，然后DSP將數字量通過自調理算法得到理想位移信號。

本發明自調理方法：先根據原始位移信號的極限值設計電壓放大電路(3)，確保從電壓放大電路輸出的位移信號一定在AD的采樣范圍內，然后DSP將AD采集到的極限位移信號通過自調理算法得到理想位移信號。

本發明與現有技術相比的優點在于：既沒有增加額外的硬件成本，又實現了磁軸承位移信號的自動調理而且精度也比現有的調理方法更高。它具有以下優點：(1)硬件電路部分可以設計成統一參數，利于量產；(2)利用軟件自動調理，調理精度更高、調理過程更高效。

附圖說明

圖1為本發明的結構組成框圖；

圖2為本發明的參考電壓輸入電路；

圖3為本發明的原始位移信號輸入電路；

圖4為本發明的電壓放大電路；

圖5為本發明的濾波電路；

圖6為本發明的鉗位電路；

圖7為本發明的自調理算法框圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發明主要包括參考電壓輸入電路1、原始位移信號輸入電路2、電壓放大電路3、濾波電路4、鉗位電路5、DSP模塊6，其中DSP模塊中包含AD和自調理算法7。該系統是通過參考電壓輸入電路1將外部參考電壓REF輸入到電壓放大電路3；通過原始位移信號輸入電路2將磁懸浮轉子的原始位移信號V_S輸入到電壓放大電路3，電壓放大電路3將兩路輸入信號求和并放大，再將運算后的信號輸入到濾波電路4，濾波電路將信號經過鉗位電路5輸入到DSP模塊6的AD，AD將包含位移信息的輸入信號轉化為數字量，DSP將AD采集到數字量通過自調理算法7得到理想位移信號。

如圖2所示，本發明的參考電壓輸入電路是一個電壓跟隨電路，主要起到阻抗變換的作用。

如圖3所示，本發明的原始位移信號輸入電路是一個電壓跟隨電路，主要起到阻抗變換的作用。

如圖4所示，本發明的電壓放大電路是一個反向加法電路，輸出信號與輸入信號的關系為：通過配置電阻R1、R以及調節參考電壓REF可以實現對原始位移信號進行電平偏移和比例變換，保證初級調理后的位移信號一定在AD采集的范圍內。

如圖5所示，本發明的濾波電路是一個二階低通濾波電路，主要是濾除位移信號中的高頻噪聲，使信號更加平穩。

如圖6所示，本發明的鉗位電路由一個3V穩壓二極管和一個7.5K的電阻并聯組成，主要是對進入AD的信號進行鉗位，對DSP起到保護作用。