[發(fā)明專利]一種單自由度磁液雙懸浮軸承控制系統(tǒng)及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811324294.8
• 申請(qǐng)日: 2018-11-08
• 公開（公告）號(hào): CN109163012B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳麗文;崔冰艷;解勇濤;朱天齊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北理工大學(xué)
• 主分類號(hào): F16C32/04
• 分類號(hào): F16C32/04
• 代理公司: 唐山永和專利商標(biāo)事務(wù)所 13103
• 代理人: 明淑娟

本發(fā)明公開了一種單自由度磁液雙懸浮軸承控制系統(tǒng)，包括PID控制器、功率放大模塊、差壓檢測(cè)模塊，PID控制器與功率放大模塊、差壓檢測(cè)模塊電連接，差壓檢測(cè)模塊與差動(dòng)式壓力傳感器電連接，差動(dòng)式壓力傳感器設(shè)有上差動(dòng)式壓力傳感器、下差動(dòng)式壓力傳感器，差動(dòng)式壓力傳感器輸出壓力差值，經(jīng)過差壓檢測(cè)模塊，輸出模擬量反饋電壓與參考位置設(shè)定的電壓進(jìn)行比較，得到電壓差值，再經(jīng)過PID控制器調(diào)節(jié)，輸出控制電壓，最后，控制電壓經(jīng)過功率放大模塊輸出電磁線圈承載范圍內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電流，驅(qū)動(dòng)磁液雙懸浮軸承的控制線圈，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。本該控制系統(tǒng)提高了油腔壓力變化測(cè)量精度，測(cè)量方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，成本較低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磁液雙懸浮軸承，確切地說是一種單自由度磁液雙懸浮軸承控制系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)

磁液雙懸浮軸承采用電磁力和靜壓支承力雙重支承，是一種新型的非機(jī)械接觸的軸承，具有無摩擦、無磨損、承載能力大、運(yùn)動(dòng)精度高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)；對(duì)于磁液雙懸浮軸承，轉(zhuǎn)子與軸承之間的間隙小（15μm），因此所需的位移傳感器精度高，現(xiàn)有技術(shù)所采用的高精度的非接觸式電渦流位移傳感器的成本很高，影響磁液雙懸浮軸承的普及使用。

本發(fā)明考慮到經(jīng)濟(jì)性的要求，采用差動(dòng)式壓力傳感器來檢測(cè)上下兩個(gè)支承腔的壓力（P1、P2）的變化，并輸出模擬量反饋電壓U1，測(cè)量方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，成本較低，同樣可以滿足控制的需要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種單自由度磁液雙懸浮軸承控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)提高了油腔壓力變化測(cè)量精度，測(cè)量方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，成本較低。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)手段：

一種單自由度磁液雙懸浮軸承控制系統(tǒng)，包括控制器、功率放大模塊、差壓檢測(cè)模塊，所述的控制器為PID控制器，PID控制器與功率放大模塊、磁液雙懸浮軸承本體、差壓檢測(cè)模塊依次連接構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)；功率放大模塊設(shè)有上部功率放大模塊、下部功率放大模塊，PID控制器與功率放大模塊、差壓檢測(cè)模塊電連接，差壓檢測(cè)模塊與差動(dòng)式壓力傳感器電連接，差動(dòng)式壓力傳感器設(shè)有上差動(dòng)式壓力傳感器、下差動(dòng)式壓力傳感器，上差動(dòng)式壓力傳感器、下差動(dòng)式壓力傳感器分別設(shè)置在磁液雙懸浮軸承本體的上、下兩個(gè)支承腔中以測(cè)量上、下支承腔的壓力；差動(dòng)式壓力傳感器輸出壓力差值，經(jīng)過差壓檢測(cè)模塊，輸出模擬量反饋電壓與參考位置設(shè)定的電壓進(jìn)行比較，得到電壓差值，再經(jīng)過PID控制器調(diào)節(jié)，輸出控制電壓，最后，控制電壓經(jīng)過功率放大模塊輸出電磁線圈承載范圍內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電流，驅(qū)動(dòng)磁液雙懸浮軸承的控制線圈，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

進(jìn)一步的優(yōu)選技術(shù)方案如下：

所述的磁液雙懸浮軸承本體的轉(zhuǎn)子的偏移量通過千分表測(cè)量。主要為了確定當(dāng)轉(zhuǎn)子在外干擾作用下，通過上述閉環(huán)控制系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，是否在允許的穩(wěn)態(tài)誤差內(nèi)。千分表安裝在磁液雙懸浮軸承外側(cè)，指針與主軸接觸，只用于測(cè)量位移不用于反饋，數(shù)據(jù)僅有工作人員讀數(shù)、參考。

單自由度磁液雙懸浮軸承控制系統(tǒng)的控制方法，包含以下步驟：

（1）初始狀態(tài)時(shí)，無外干擾作用下，此時(shí)可以認(rèn)為上下兩個(gè)支承腔壓力相等，P₁=P₂，此時(shí)差壓檢測(cè)模塊輸出的模擬量反饋電壓U₁與參考位置設(shè)定的電壓U相同，因此PID控制器輸出控制電壓Uc為0V，上下兩個(gè)線圈的電流相等為初始電流i₀；