《一種磁懸浮軸承控制裝置及磁懸浮軸承系統》是珠海格力節能環保製冷技術研究中心有限公司於2015年12月11日申請的專利，該專利的申請號為2015109248789，公布號為CN105333010A，公布日為2016年2月17日，發明人是胡餘生、郭偉林、賀永玲、胡叨福、李雪。該發明涉及磁懸浮技術領域。
《一種磁懸浮軸承控制裝置及磁懸浮軸承系統》包括位移調節系統、差分系統和電流調節器；位移調節系統採集轉子偏離預設位置的偏離位移，將偏離位移轉換為偏移電流值，差分系統對第一軸承線圈和第二軸承線圈的當前電流值作差分處理後得到差分電流值；電流調節器對偏移電流值和差分電流值求差得到調節電流值，且將調節電流值轉換為調節占空比，並根據調節占空比分別對第一功率放大器和第二功率放大器各自的當前占空比進行調節，以控制第一軸承線圈和第二軸承線圈調節轉子至預設位置，控制裝置不僅結構簡單，而且控制裝置的控制過程簡化了控制算法，提高了控制的實時性。
2020年7月，《一種磁懸浮軸承控制裝置及磁懸浮軸承系統》獲得第二十一屆中國專利銀獎。
（概述圖為《一種磁懸浮軸承控制裝置及磁懸浮軸承系統》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種磁懸浮軸承控制裝置及磁懸浮軸承系統
- 類別：發明專利
- 公布號：CN105333010A
- 公布日：2016年2月17日
- 申請號：2015109248789
- 申請日：2015年12月11日
- 申請人：珠海格力節能環保製冷技術研究中心有限公司
- 地址：廣東省珠海市前山金雞西路
- 發明人：胡餘生、郭偉林、賀永玲、胡叨福、李雪
- 分類號：F16C32/04（2006.01）I
- 專利代理機構：北京集佳智慧財產權代理有限公司
- 代理人：王寶筠
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
磁懸浮軸承又稱磁力軸承，截至2015年12月是世界上公認的高新技術之一，其技術涉及到機械學、電磁學、電子學、材料學、動力學、計算機科學等諸多學科。磁懸浮軸承利用電磁力將轉子懸浮，由於其具有無摩擦、壽命長、轉速高、精度高、噪聲小、無需潤滑等特點，在很多套用領域內與傳統軸承相比存在明顯的優越性，是21世紀具有發展前途的主導軸承之一。但是，2015年12月以前的磁懸浮軸承控制裝置結構較為複雜，控制過程運算量較大，進而占用了較多的運算時間。
發明內容
專利目的
《一種磁懸浮軸承控制裝置及磁懸浮軸承系統》的目的是提供一種最佳化的磁懸浮軸承控制裝置及磁懸浮軸承系統，在轉子偏離預設位置時，通過調節功率放大器的占空比使得第一軸承線圈和第二軸承線圈之間產生一差動電流，以調節轉子至預設位置，控制裝置的結構簡單，且控制過程的運算量減小，減小了運算時間，進而提高了控制的實時性。
技術方案
《一種磁懸浮軸承控制裝置及磁懸浮軸承系統》提供的技術方案如下：
一種磁懸浮軸承控制裝置，包括：作用相反的第一軸承線圈和第二軸承線圈；其中，所述第一軸承線圈和第二軸承線圈之間設定有轉子，且所述第一軸承線圈連線第一功率放大器，所述第二軸承線圈連線第二功率放大器。
其特徵在於，所述控制裝置還包括：位移調節系統、差分系統和電流調節器；其中，所述位移調節系統採集所述轉子偏離預設位置的偏離位移，並將所述偏離位移轉換為偏移電流值，且同時所述差分系統對所述第一軸承線圈的當前電流值和第二軸承線圈的當前電流值作差分處理後得到差分電流值；所述電流調節器對所述偏移電流值和差分電流值求差得到調節電流值，且將所述調節電流值轉換為調節占空比，並根據所述調節占空比分別對所述第一功率放大器和第二功率放大器各自的當前占空比進行調節，以控制所述第一軸承線圈和第二軸承線圈調節所述轉子至所述預設位置。
優選的，所述位移調節系統包括：一位移感測器；以及，與所述位移感測器相連的位移調節器；其中，所述位移感測器採集所述轉子偏離預設位置的偏離位移，所述位移調節器將所述偏離位移轉換為偏移電流值。
優選的，所述位移調節器為位移PID調節器。
優選的，所述差分系統包括：一減法器，其中，所述減法器的一輸入端接入所述第一軸承線圈的電流，所述減法器的另一端接入所述第二軸承線圈的電流。
優選的，所述差分系統包括：一第一電流感測器和一第二電流感測器；其中，所述減法器的一輸入端電連線第一電流感測器，所述第一電流感測器用於採集所述第一軸承線圈的電流；以及，所述減法器的另一輸入端電連線第二電流感測器，所述第二電流感測器用於採集所述第二軸承線圈的電流。
優選的，所述減法器的同相端接入所述第一軸承線圈的電流；以及，所述減法器的反相端接入所述第二軸承線圈的電流；其中，所述電流調節器對所述偏移電流值和差分電流值求差得到調節電流值，且將所述調節電流值轉換為調節占空比，並將所述第一功率放大器的運行占空比調節為其當前占空比加上所述調節占空比，且將所述第二功率放大器的運行占空比調節為其當前占空比減去所述調節占空比。
優選的，所述減法器的同相端接入所述第二軸承線圈的電流；以及，所述減法器的反相端接入所述第一軸承線圈的電流；其中，所述電流調節器對所述偏移電流值和差分電流值求差得到調節電流值，且將所述調節電流值轉換為調節占空比，並將所述第一功率放大器的運行占空比調節為其當前占空比減去所述調節占空比，且將所述第二功率放大器的運行占空比調節為其當前占空比加上所述調節占空比。
優選的，所述電流調節器為電流PID調節器。
相應的，《一種磁懸浮軸承控制裝置及磁懸浮軸承系統》還提供了一種磁懸浮軸承系統，所述磁懸浮軸承系統包括上述的磁懸浮軸承控制裝置。
改善效果
相較於2015年12月以前的技術，《一種磁懸浮軸承控制裝置及磁懸浮軸承系統》提供的技術方案，在轉子偏離預設位置時，通過調節第一功率放大器和第二功率放大器的當前占空比，使得第一軸承線圈和第二軸承線圈之間產生一差動電流，進而調節轉子至預設位置，控制裝置的結構簡單，使得控制過程的運算量減小，減小了運算時間，進而提高了控制的實時性。
附圖說明
圖1為2015年12月以前的一種磁懸浮軸承控制裝置的結構示意圖。
圖2為該發明實施例提供的一種磁懸浮軸承控制裝置的結構示意圖；
圖3為該發明實施例提供的另一種磁懸浮軸承控制裝置的結構示意圖。
權利要求
1.一種磁懸浮軸承控制裝置，包括：作用相反的第一軸承線圈和第二軸承線圈；其中，所述第一軸承線圈和第二軸承線圈之間設定有轉子，且所述第一軸承線圈連線第一功率放大器，所述第二軸承線圈連線第二功率放大器，其特徵在於，所述控制裝置還包括：位移調節系統、差分系統和電流調節器；其中，所述位移調節系統採集所述轉子偏離預設位置的偏離位移，並將所述偏離位移轉換為偏移電流值，且同時所述差分系統對所述第一軸承線圈的當前電流值和第二軸承線圈的當前電流值作差分處理後得到差分電流值；所述電流調節器對所述偏移電流值和差分電流值求差得到調節電流值，且將所述調節電流值轉換為調節占空比，並根據所述調節占空比分別對所述第一功率放大器和第二功率放大器各自的當前占空比進行調節，以控制所述第一軸承線圈和第二軸承線圈調節所述轉子至所述預設位置。
2.根據權利要求1所述的磁懸浮軸承控制裝置，其特徵在於，所述位移調節系統包括：一位移感測器；以及，與所述位移感測器相連的位移調節器；其中，所述位移感測器採集所述轉子偏離預設位置的偏離位移，所述位移調節器將所述偏離位移轉換為偏移電流值。
3.根據權利要求2所述的磁懸浮軸承控制裝置，其特徵在於，所述位移調節器為位移PID調節器。
4.根據權利要求1所述的磁懸浮軸承控制裝置，其特徵在於，所述差分系統包括：一減法器，其中，所述減法器的一輸入端接入所述第一軸承線圈的電流，所述減法器的另一端接入所述第二軸承線圈的電流。
5.根據權利要求4所述的磁懸浮軸承控制裝置，其特徵在於，所述差分系統包括：一第一電流感測器和一第二電流感測器；其中，所述減法器的一輸入端電連線第一電流感測器，所述第一電流感測器用於採集所述第一軸承線圈的電流；以及，所述減法器的另一輸入端電連線第二電流感測器，所述第二電流感測器用於採集所述第二軸承線圈的電流。
6.根據權利要求4所述的磁懸浮軸承控制裝置，其特徵在於，所述減法器的同相端接入所述第一軸承線圈的電流；以及，所述減法器的反相端接入所述第二軸承線圈的電流；其中，所述電流調節器對所述偏移電流值和差分電流值求差得到調節電流值，且將所述調節電流值轉換為調節占空比，並將所述第一功率放大器的運行占空比調節為其當前占空比加上所述調節占空比，且將所述第二功率放大器的運行占空比調節為其當前占空比減去所述調節占空比。
7.根據權利要求4所述的磁懸浮軸承控制裝置，其特徵在於，所述減法器的同相端接入所述第二軸承線圈的電流；以及，所述減法器的反相端接入所述第一軸承線圈的電流；其中，所述電流調節器對所述偏移電流值和差分電流值求差得到調節電流值，且將所述調節電流值轉換為調節占空比，並將所述第一功率放大器的運行占空比調節為其當前占空比減去所述調節占空比，且將所述第二功率放大器的運行占空比調節為其當前占空比加上所述調節占空比。
8.根據權利要求1所述的磁懸浮軸承控制裝置，其特徵在於，所述電流調節器為電流PID調節器。
9.一種磁懸浮軸承系統，其特徵在於，所述磁懸浮軸承系統包括權利要求1～8任意一項所述的磁懸浮軸承控制裝置。
實施方式
參考圖1所示，為2015年12月以前的一種磁懸浮控制裝置的結構示意圖，其中，控制裝置包括有第一軸承線圈1和第二軸承線圈2，與第一軸承線圈1相連的第一功率放大器3和與第二軸承線圈2相連的第二功率放大器4，以及，控制模組5，其中，第一軸承線圈1和第二軸承線圈2之間設定有轉子6。控制模組5用於感應轉子6發生偏移時，通過調節第一軸承線圈1和第二軸承線圈2上的電流，使其產生一差動電流以控制轉子6返回預設位置。2015年12月以前的磁懸浮軸承控制裝置結構較為複雜，控制模組的運算量較大，進而占用了較多的運算時間。
基於此，《一種磁懸浮軸承控制裝置及磁懸浮軸承系統》實施例提供了一種磁懸浮軸承控制裝置及磁懸浮軸承系統，在轉子偏離預設位置時，通過調節功率放大器的占空比使得第一軸承線圈和第二軸承線圈之間產生一差動電流，以調節轉子至預設位置，控制裝置的結構簡單，且控制過程的運算量減小，減小了運算時間，進而提高了控制的實時性。為實現上述目的，該發明實施例提供的技術方案如下，具體結合圖2和圖3所示，對該發明實施例提供的技術方案進行詳細的描述。
參考圖2所示，為《一種磁懸浮軸承控制裝置及磁懸浮軸承系統》實施例提供的一種磁懸浮軸承控制裝置的結構示意圖，其中，控制裝置包括：作用相反的第一軸承線圈10和第二軸承線圈20；其中，所述第一軸承線圈10和第二軸承線圈20之間設定有轉子30，且所述第一軸承線圈10連線第一功率放大器40，所述第二軸承線圈20連線第二功率放大器50，所述控制裝置還包括：位移調節系統60、差分系統70和電流調節器80；其中，所述位移調節系統60採集所述轉子30偏離預設位置的偏離位移，並將所述偏離位移轉換為偏移電流值，且同時所述差分系統70對所述第一軸承線圈10的當前電流值和第二軸承線圈20的當前電流值作差分處理後得到差分電流值；所述電流調節器80對所述偏移電流值和差分電流值求差得到調節電流值，且將所述調節電流值轉換為調節占空比，並根據所述調節占空比分別對所述第一功率放大器40和第二功率放大器50各自的當前占空比進行調節，以控制所述第一軸承線圈10和第二軸承線圈20調節所述轉子至所述預設位置。
由上述內容可知，該發明實施例提供的技術方案，在轉子偏離預設位置時，通過調節第一功率放大器和第二功率放大器的當前占空比，使得第一軸承線圈和第二軸承線圈之間產生一差動電流，進而調節轉子至預設位置，控制裝置的結構簡單，且控制過程的運算量減小，減小了運算時間，進而提高了控制的實時性。
進一步的，參考圖3所示，為該發明實施例提供的又一種磁懸浮軸承控制裝置的結構示意圖，其中，所述位移調節系統60包括：一位移感測器62；以及，與所述位移感測器62相連的位移調節器61；其中，所述位移感測器62採集所述轉子30偏離預設位置的偏離位移，所述位移調節器61將所述偏離位移轉換為偏移電流值。
該發明實施例可選的所述位移調節器為位移PID（Proportion Integration Differentiation，比例-積分-微分）調節器。以及，該發明實施例可選的所述電流調節器為電流PID調節器。
此外，參考圖3所示，所述差分系統70包括：一減法器71，其中，所述減法器71的一輸入端接入所述第一軸承線圈10的電流，所述減法器72的另一端接入所述第二軸承線圈20的電流。
其中，所述差分系統包括：一第一電流感測器72和一第二電流感測器73；其中，所述減法器71的一輸入端電連線第一電流感測器72，所述第一電流感測器72用於採集所述第一軸承線圈10的電流；以及，所述減法器71的另一輸入端電連線第二電流感測器73，所述第二電流感測器73用於採集所述第二軸承線圈20的電流。
在該發明實施例提供的圖3中，所述減法器71的同相端接入所述第一軸承線圈10的電流；以及，所述減法器71的反相端接入所述第二軸承線圈20的電流；其中，所述電流調節器80對所述偏移電流值和差分電流值求差得到調節電流值，且將所述調節電流值轉換為調節占空比，並將所述第一功率放大器40的運行占空比調節為其當前占空比加上所述調節占空比，且將所述第二功率放大器50的運行占空比調節為其當前占空比減去所述調節占空比。
具體的，該發明實施例提供的所述第一功率放大器和第二功率放大器類型相同，且其初始占空比均相同定義為P0，兩功率放大器以此占空比運行時，兩軸承線圈的差動電流為0。當轉子發生偏移時得到的調節占空比定義為Pc，其中，Pc的取值在-P0～+P0（包括端點值）之間，則調節後的第一功率放大器的占空比為P0+Pc，而第二功率放大器的占空比為P0-Pc。
此外，該發明實施例對提供的減法器的同相端和反相端連線的軸承線圈電流不作限制，即，所述減法器的同相端接入所述第二軸承線圈的電流；以及，所述減法器的反相端接入所述第一軸承線圈的電流；其中，所述電流調節器對所述偏移電流值和差分電流值求差得到調節電流值，且將所述調節電流值轉換為調節占空比，並將所述第一功率放大器的運行占空比調節為其當前占空比減去所述調節占空比，且將所述第二功率放大器的運行占空比調節為其當前占空比加上所述調節占空比。
相應的，該發明實施例還提供了一種磁懸浮軸承系統，所述磁懸浮軸承系統包括上述的磁懸浮軸承控制裝置。
榮譽表彰
2020年7月，《一種磁懸浮軸承控制裝置及磁懸浮軸承系統》獲得第二十一屆中國專利銀獎。
