[發(fā)明專利]用于控制裝備旋轉(zhuǎn)機(jī)械的主動磁性軸承的系統(tǒng)和相應(yīng)方法

在審

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• 申請日: 2021-03-02
• 公開（公告）號: CN113346817A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: F.比奈梅
• 申請（專利權(quán)）人: 斯凱孚磁性機(jī)械技術(shù)公司
• 主分類號: H02P21/18
• 分類號: H02P21/18;H02P21/13
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 葛飛

一種用于控制裝備包括轉(zhuǎn)子(1)和定子的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的至少一個主動磁性軸承的系統(tǒng)，控制系統(tǒng)設(shè)置有：至少一個裝置(3a、3b)，用于根據(jù)來自至少兩個位置傳感器(2a、2b)的信號來測量轉(zhuǎn)子相對于定子的徑向位置；以及根據(jù)轉(zhuǎn)子的徑向位置的主動磁性軸承的至少兩個控制回路(7a、7b)，磁性軸承的每個控制回路設(shè)置有根據(jù)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度的至少一個同步濾波器(6a、6b)，以及用于確定轉(zhuǎn)子相對于定子的旋轉(zhuǎn)速度的裝置(10)，該裝置從測量裝置(3a、3b)接收轉(zhuǎn)子的徑向位置的測量作為輸入，并且根據(jù)轉(zhuǎn)子的徑向位置的測量在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度為零的同時在預(yù)定時間內(nèi)執(zhí)行。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域是旋轉(zhuǎn)機(jī)械的控制，更具體地是對設(shè)置有磁性軸承的這種機(jī)械的控制。

背景技術(shù)

使用主動磁性軸承AMB的大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用都需要轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度來激活同步濾波系統(tǒng)，比如主動平衡系統(tǒng)ABS(“自動平衡系統(tǒng)”的縮寫)、自適應(yīng)減振系統(tǒng)AVR(“自適應(yīng)減振”的縮寫)以及最佳阻尼控制系統(tǒng)ODC(“最佳阻尼控制”的縮寫)。

這些濾波器是控制磁性軸承MBC(“磁性軸承控制器”的縮寫)的必要部分。

通過涉及其他裝置來確定旋轉(zhuǎn)速度，比如速度傳感器、電機(jī)功率信號測量圖或基于感應(yīng)的測量系統(tǒng)等。

然而，這些估計裝置具有以下缺點(diǎn)：額外的成本、構(gòu)成故障源以及對于某些應(yīng)用的準(zhǔn)確性不足。

僅僅基于AMB的內(nèi)部信號來獲得由AMB引導(dǎo)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度而沒有任何附加裝置的問題是存在的。

出于過程控制和安全原因，此信息對于用戶是必需的。

該信息對于AMB的控制回路也是必需的，以便能夠執(zhí)行如上所述的同步濾波(ABS、AVR和ODC)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主題是一種用于控制裝備包括轉(zhuǎn)子和定子的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的至少一個主動磁性軸承的系統(tǒng)，控制系統(tǒng)設(shè)置有：至少一個裝置，用于根據(jù)來自至少兩個位置傳感器的信號來測量轉(zhuǎn)子相對于定子的徑向位置；以及用于根據(jù)轉(zhuǎn)子的徑向位置來控制主動磁性軸承的至少兩個回路，磁性軸承的每個控制回路設(shè)置有根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度的至少一個同步濾波器。該系統(tǒng)包括用于確定轉(zhuǎn)子相對于定子的旋轉(zhuǎn)速度的裝置，該裝置從測量裝置接收轉(zhuǎn)子的徑向位置的測量作為輸入，并且根據(jù)在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度為零的同時在預(yù)定時間內(nèi)執(zhí)行的轉(zhuǎn)子的徑向位置的測量。

用于確定旋轉(zhuǎn)速度的裝置可以包括擴(kuò)展的卡爾曼濾波器。

狀態(tài)矢量可以取決于轉(zhuǎn)子的角位置、轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度、偏移值以及由位置傳感器描述的軌道的半徑。

擴(kuò)展的卡爾曼濾波器可以通過根據(jù)在零旋轉(zhuǎn)速度時轉(zhuǎn)子的徑向位置的平均偏差的狀態(tài)矢量并且通過根據(jù)在預(yù)定測量時間內(nèi)在零旋轉(zhuǎn)速度時轉(zhuǎn)子的徑向位置的標(biāo)準(zhǔn)偏差的協(xié)方差矩陣初始化。

在旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)置有第二主動磁性軸承的情況下，用于確定轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度的裝置可以從第二主動磁性軸承的測量裝置接收轉(zhuǎn)子的徑向位置的測量作為輸入，并且在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度為零的同時在預(yù)定時間內(nèi)執(zhí)行轉(zhuǎn)子的徑向位置的測量，用于確定轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度的裝置配置為根據(jù)從兩個主動磁性軸承的測量裝置接收的測量來確定轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度。

在該實施例中，用于確定旋轉(zhuǎn)速度的裝置可以包括擴(kuò)展的卡爾曼濾波器。

擴(kuò)展卡爾曼濾波器可以通過根據(jù)在零旋轉(zhuǎn)速度時轉(zhuǎn)子的徑向位置的平均偏差的狀態(tài)矢量并且通過根據(jù)在由每個測量裝置確定的預(yù)定測量時間內(nèi)在零旋轉(zhuǎn)速度時轉(zhuǎn)子的徑向位置的標(biāo)準(zhǔn)偏差的協(xié)方差矩陣初始化。

狀態(tài)矢量可以取決于轉(zhuǎn)子的角位置、轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度、偏移值和由位置傳感器描述的軌道的半徑、第一主動磁性軸承的測量裝置，以及轉(zhuǎn)子的角位置、轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度、偏移值和從第二主動磁性軸承的測量裝置接收的由位置傳感器描述的軌道的半徑以及兩個主動磁性軸承之間的角相移的值，以便考慮轉(zhuǎn)子的可能運(yùn)動。