[發明專利]一種基于雙電平功放永磁偏置混合磁軸承控制系統及無位移傳感器檢測方法

有效

• 申請號: 201810143978.1
• 申請日: 2018-02-12
• 公開（公告）號: CN108425945B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 房建成;姜寅嘯;鄭世強;王坤;韓邦成
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 趙文穎

1.一種基于雙電平功放永磁偏置混合磁軸承的無位移傳感器檢測方法，其特征在于，包括以下幾個步驟：

(1)永磁偏置磁軸承的線圈連接：在同一自由度上，把永磁偏置磁軸承上下線圈進行串聯連接，并且引出串聯后上下線圈的中點電壓；

(2)位移解算核心公式推導：推導出上下線圈電壓差與轉子位移關系，通過電路的連接關系推導出上下線圈電壓差與線圈中點電壓的關系，利用一個自由度的中點電壓進行解算，得到兩個自由度的位移；

(3)設計橋式檢測電路：生成含有位移信息的被解調信號；

(4)解調控制信號生成：通過數字控制器生成兩自由度相位正交的PWM；

(5)設計信號解調電路：根據X向和Y向線圈端電壓u_x、u_y的狀態，設計邏輯狀態檢測電路實現對解調方程式的求解；

(6)設計低通濾波器電路，濾除位移信號中的開關噪聲以及其他高頻干擾。

2.根據權利要求1所述的一種基于雙電平功放永磁偏置混合磁軸承的無位移傳感器檢測方法，其特征在于，所述的步驟(2)中，上下線圈電壓差與轉子位移的關系為：

其中：v_x是X向上下線圈的電壓差，v_y是Y向上下線圈的電壓差，u_x是X向線圈的端電壓，u_y是Y向線圈的端電壓，g是轉子在平衡位置時候的氣隙，x是轉子沿X向的位移，y是轉子沿Y向的位移；

通過一個自由度的中點電壓解算出兩個自由度的轉子位移，利用X向的中點電壓進行解算，X向上下線圈的電壓差與線圈中點電壓的關系為

其中V_XL是X向中點電壓，v_x+是X向上線圈的電壓，v_x-是X向下線圈的電壓。

3.根據權利要求1所述的一種基于雙電平功放永磁偏置混合磁軸承的無位移傳感器檢測方法，其特征在于，所述的步驟(3)中，在上下串聯的磁軸承線圈中并聯兩個等阻值電阻，生成含有位移信息的被解調信號是由兩個等阻值電阻的中點電壓V_XR與X向線圈的中點電壓V_XL之差，通過求差電路生成被檢測信號：。

4.根據權利要求1所述的一種基于雙電平功放永磁偏置混合磁軸承的無位移傳感器檢測方法，其特征在于，所述的步驟(4)中，利用數字控制器DSP的PWM模塊，生成X，Y兩自由度相位正交的PWM，分別為PWM_X，PWM_Y，PWM_X控制X方向的線圈端電壓u_x的狀態，PWM_Y控制Y方向的線圈端電壓u_y的狀態，設定線圈電壓高電平為1，低電平為0，在一個控制周期中保證線圈端電壓u_x和u_y出現00，01，10，11四種組合狀態，從而在一個控制周期中X方向的被檢測信號v與轉子位移關系式至少有兩種不相關的檢測狀態。

5.根據權利要求1所述的一種基于雙電平功放永磁偏置混合磁軸承的無位移傳感器檢測方法，其特征在于，所述的步驟(5)中，設計信號解調電路對被檢測信號v進行解調，信號解調電路是由模擬多路復用器，采樣保持電路、數字邏輯電路以及和差運算電路組成，由DSP生成的PWM_X，PWM_Y來控制模擬多路復用器，對v的狀態進行選擇，是輸出v或者-v，此時輸出的v或者-v經過采樣保持電路在不同的解調控制信號PWM_X和PWM_Y狀態下得到位移信號的和差信號x+y，x-y，通過由運算放大器構成的和差運算電路的數學運算解算出x和y位移信號。

6.根據權利要求1所述的一種基于雙電平功放永磁偏置混合磁軸承的無位移傳感器檢測方法，其特征在于，所述的步驟(6)中，低通濾波器電路為由運算放大器構成的有源低通二階濾波器。