[發明專利]一種磁懸浮主軸基于轉子位移的轉速監測系統

有效

• 申請號: 202010359675.0
• 申請日: 2020-04-29
• 公開（公告）號: CN111458531B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 張海濤;任貴平;易劍;吳越;丁漢
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01P3/00
• 分類號: G01P3/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 徐美琳;李智

1.一種磁懸浮主軸基于轉子位移的轉速監測系統，其特征在于，包括：磁懸浮主軸和磁懸浮控制板，

所述磁懸浮主軸包括：轉子、電機驅動和位移傳感器；

所述位移傳感器，用于采集轉子位移信號；

所述電機驅動，用于在轉子懸浮后，驅動轉子旋轉；

所述磁懸浮控制板包括：懸浮控制模塊、電流驅動模塊和轉速估計模塊；

所述懸浮控制模塊，用于在轉子懸浮前根據轉子位移信號產生電流控制信號；

所述電流驅動模塊，用于接收電流控制信號后控制轉子懸浮；

所述轉速估計模塊，用于對轉子旋轉時的轉子位移信號進行濾波，得到估計信號和正交信號，利用估計信號和正交信號估計轉子轉速；

所述轉速估計模塊內部具有轉速估計器，所述轉速估計器包括二階廣義積分器濾波模塊和鎖頻環模塊，

所述二階廣義積分器濾波模塊，用于利用傳遞函數對轉子旋轉時的轉子位移信號進行濾波，得到估計信號、正交信號和誤差信號；

所述鎖頻環模塊，用于根據估計信號、正交信號和誤差信號，跟蹤估計出轉子轉速；

所述二階廣義積分器濾波模塊中傳遞函數為：

其中，x為轉子旋轉時的轉子位移信號，x₁為估計信號，x₂為正交信號，e為誤差信號，s為拉普拉斯算子，k為增益調節參數，D(s)、Q(s)和E(s)分別為估計信號、正交信號和誤差信號的傳遞函數，ω′為估計出的轉子轉速；

所述鎖頻環模塊中跟蹤估計的具體實現方式為：

ω′＝-∫Γ·γ·e·x₂+ω₀

其中，Γ為鎖頻環積分增益系數，為增益歸一化系數，ω₀為初始轉速。

2.如權利要求1所述的一種磁懸浮主軸基于轉子位移的轉速監測系統，其特征在于，所述磁懸浮主軸還包括：驅動線圈，

所述驅動線圈，用于在電流驅動模塊接收電流控制信號后，產生電流和磁力，控制轉子懸浮。

3.如權利要求1或2所述的一種磁懸浮主軸基于轉子位移的轉速監測系統，其特征在于，所述磁懸浮控制板還包括：位移采樣模塊，

所述位移采樣模塊，用于在轉子懸浮前，將位移傳感器采集的轉子位移信號傳輸至懸浮控制模塊，在轉子旋轉時，將位移傳感器采集的轉子位移信號傳輸至轉速估計模塊。

4.如權利要求1或2所述的一種磁懸浮主軸基于轉子位移的轉速監測系統，其特征在于，所述磁懸浮主軸包括前端X軸、前端Y軸、后端X軸、后端Y軸以及徑向Z軸5個自由度，每個自由度均包括轉子和位移傳感器，電機驅動在徑向XY平面驅動轉子旋轉。

5.如權利要求4所述的一種磁懸浮主軸基于轉子位移的轉速監測系統，其特征在于，所述轉速估計模塊，用于對前端X軸、前端Y軸、后端X軸、后端Y軸、前端XY軸或者后端XY軸的轉子旋轉時的轉子位移信號進行濾波，得到估計信號和正交信號，利用估計信號和正交信號估計轉子轉速。