[發(fā)明專利]磁懸浮軸系跌落軌跡識(shí)別與重新懸浮的控制方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710471181.X
• 申請(qǐng)日: 2017-06-20
• 公開（公告）號(hào): CN107220456B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂民東;劉濤;王子羲;郭飛;賈曉紅;王玉明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F17/15;G01M13/04
• 代理公司: 北京眾合誠成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

本發(fā)明公開了屬于磁懸浮軸承技術(shù)領(lǐng)域的一種磁懸浮軸系跌落軌跡識(shí)別與重新懸浮的控制方法及裝置，包括以下步驟：計(jì)算軸系位移信號(hào)的采樣周期；監(jiān)測軸系的懸浮狀態(tài)；獲取軸系的離散時(shí)域位移信號(hào)；通過希爾伯特變換獲得瞬時(shí)頻率譜信號(hào)；將采樣周期內(nèi)的軸系徑向位移信號(hào)的期望值和軸系位移的瞬時(shí)頻率的期望值分別與閾值進(jìn)行比較，確定軸系的軌跡響應(yīng)，繼而提出相應(yīng)的控制策略。當(dāng)發(fā)生全周摩擦?xí)r，能有效降低軸系渦動(dòng)頻率，降低磁懸浮軸承的損傷，并且實(shí)現(xiàn)軸系的重新懸浮，當(dāng)發(fā)生高頻擺動(dòng)時(shí)，能降低軸系振動(dòng)能量，對(duì)軸系起到有效的保護(hù)作用。該方法僅使用軸系的位移信號(hào)判斷軸系運(yùn)動(dòng)的軌跡響應(yīng)，該信號(hào)容易獲取，實(shí)時(shí)性與簡單便捷并存。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于磁懸浮軸承技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磁懸浮軸系跌落軌跡識(shí)別與重新懸浮的控制方法及裝置。

背景技術(shù)

磁懸浮軸承在旋轉(zhuǎn)機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用逐年增加。磁懸浮軸承可提供非接觸式支撐，尤其適合在高轉(zhuǎn)速、低損耗、低噪音的場合使用，而且磁懸浮軸承的剛度、阻尼可調(diào)節(jié)。當(dāng)磁懸浮軸系發(fā)生高速跌落時(shí)，軸系與保護(hù)軸承之間將發(fā)生劇烈地碰撞和摩擦，對(duì)軸系和保護(hù)軸承都造成較大損害。ISO 14839中定義了磁懸浮軸系跌落后的三種典型的軌跡響應(yīng)，包括：鐘擺振動(dòng)、混合摩擦和彈跳以及全周摩擦。

中國申請(qǐng)?zhí)枴?01610982431”的發(fā)明專利提供了一種磁懸浮軸承軸系跌落軌跡響應(yīng)識(shí)別方法，提出通過軸系的徑向位移以及快速傅里葉變換所得重心坐標(biāo)值定量識(shí)別這三種軌跡響應(yīng)。

中國申請(qǐng)?zhí)枴?01610861858”的發(fā)明專利提供了基于希爾伯特變換的磁懸浮軸承軸系跌落軌跡響應(yīng)識(shí)別方法及裝置，提出使用通過希爾伯特變換所得瞬時(shí)頻率的方差和期望定量識(shí)別這三種軌跡響應(yīng)。

以上兩篇文章提出了兩種如何識(shí)別三種典型軌跡響應(yīng)的方法，并未解決磁懸浮軸承軸系跌落后如何實(shí)現(xiàn)快速重新懸浮來減少對(duì)軸系和保護(hù)軸承造成損害的關(guān)鍵問題。為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種磁懸浮軸系跌落軌跡識(shí)別與重新懸浮的控制方法及裝置，通過監(jiān)測軸系的徑向位移以及通過希爾伯特變換所得瞬時(shí)頻率的期望進(jìn)行軌跡響應(yīng)的識(shí)別，并在此基礎(chǔ)之上針對(duì)不同軌跡響應(yīng)類型，提出了不同的磁懸浮軸承的控制策略。當(dāng)軸系發(fā)生全周摩擦?xí)r，該控制策略能實(shí)現(xiàn)軸系的快速重新懸浮，從而有效地降低軸系渦動(dòng)頻率，減少磁懸浮軸承的損傷。本方法計(jì)算簡單便捷，可實(shí)施性好。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種磁懸浮軸系跌落軌跡識(shí)別與重新懸浮的控制方法及裝置，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟1、計(jì)算軸系位移信號(hào)的采樣周期；

步驟2、設(shè)定閾值α、ε₁、ε₂、自由跌落時(shí)的鐘擺頻率β、軸心運(yùn)動(dòng)速度閾值v₁和保護(hù)軸承氣隙s；

步驟3、監(jiān)測磁懸浮軸系的懸浮狀態(tài)；

步驟4、截取采樣周期內(nèi)軸系的位移信號(hào)，并計(jì)算該采樣周期內(nèi)軸系徑向位移的期望值；

步驟5、將軸系在采樣周期內(nèi)的徑向位移期望值與閾值s+ε₁進(jìn)行比較，判斷軸系的軌跡響應(yīng)類型是否為混合摩擦和彈跳；

步驟6、計(jì)算該采樣周期內(nèi)軸系沿X軸方向位移的瞬時(shí)頻率，并求解其期望值；

步驟7、計(jì)算采樣周期內(nèi)軸系位移信號(hào)的瞬時(shí)頻率后，進(jìn)一步求解瞬時(shí)頻率的期望值并與閾值β+ε₂進(jìn)行比較，再次判斷軸系的軌跡響應(yīng)類型是鐘擺振動(dòng)還是全周摩擦；

步驟8、針對(duì)不同的軌跡響應(yīng)類型，采取相應(yīng)的控制方法令軸系重新懸浮。

所述步驟1采樣周期T的計(jì)算公式為：

其中，f_P為采樣頻率，s為軸系與保護(hù)軸承內(nèi)圈的間隙，g為重力加速度；