[发明专利]一种抑制磁力轴承系统低频振荡的控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及轴承系统的控制技术领域，尤其涉及一种抑制磁力轴承系统低频振荡的控制方法及系统。

背景技术

磁力轴承系统是一种无摩擦、不需润滑的轴承系统，适用于某些具有特殊需求的旋转机械，目前磁力轴承的应用已日益广泛。磁力轴承系统工作时，转子受电磁力作用而保持在悬浮状态，与定子组件无接触。磁力轴承本身是不稳定的，因此需要实时地根据转子的位置调节电磁力，才能保证转子稳定地悬浮在工作位置。磁力轴承的电磁力的调节是通过调节轴承电流实现的。

控制理论指出，将一定频率的正弦信号输入到一个线性系统中，输出仍是正弦信号，频率与输入信号相同，但幅度与相位与输入信号不同。输出信号幅度与输入信号幅度之比称为系统的放大倍数，输出信号相位与输入信号相位之差称为系统相移。系统的放大倍数和相移与输入信号频率有关。一个负反馈控制系统中的从输入量到反馈量的所有环节组成的系统称为开环系统。如果对于某特定频率的信号，开环系统的输出信号相位比输入信号延迟180°，且放大倍数大于1，则系统对于该频率的信号实质上是正反馈的，系统将不稳定，并以与该频率接近的频率振荡发散。当系统存在非线性环节时，则可能以与该频率接近的频率持续振荡。

磁力轴承控制器通过传感器检测到的转子位移，实时地调节磁力轴承的电磁力，以实现转子的稳定悬浮。受到结构限制，位移传感器通常无法与磁力轴承布置在同一位置，二者沿转子轴向有一定的距离。在这种情况下，转子的某个弯曲模态的节点有可能正好位于传感器与轴承之间，也就是说，在这个弯曲模态下，传感器测量到的位移与轴承处的实际位移方向相反。此时，整个磁力轴承系统在该固有频率附近形成了正反馈，可能出现与该模态固有频率接近的振荡。此外，大型磁力轴承系统的传感器引出线和磁力轴承动力线通常较长，当电磁兼容设计不合理时可能馈入某些特定频率的干扰信号，也可能引发系统振荡。上述振荡源一般难以从根源上进行抑制，因此需要在控制算法中需要对这些振荡源引发的振荡加以抑制。

发明内容

（一）技术问题

本发明解决了现有技术中磁力轴承系统中由系统相移、传感器噪声、转子弯曲模态、系统非线性等引起的低频振动。

（二）技术方案

本发明提供一种磁力轴承控制系统，其包括有转子，还包括：

转子位置监测单元，用于记录转子位置振荡波形，并根据所述振荡波形计算振荡频率f_O；

参数计算单元，用于设定采样周期T_S，相位补偿频带半频宽f_B，根据系统振荡频率f_O、采样周期T_S以及相位补偿频带半频宽f_B计算低频振荡抑制单元参数；

位移传感器单元，用于采集转子的位移值；

低频振荡抑制单元，用于根据所述位移值和低频振荡抑制单元参数计算经过低频抑制后的信号；

转子位置控制单元，用于根据所述经过低频抑制后的信号计算磁力轴承所需的电流值；

转子悬浮单元，用于根据所述电流值悬浮所述转子。

可选的，该系统还包括振荡判断单元，用于判断磁力轴承是否发生振荡。

可选的，在发生振荡的情况下，启动所述转子位置检测单元和低频振荡抑制单元。

本发明还提供一种磁力轴承控制方法，其包括如下步骤：

S1.记录转子位置振荡波形，并根据所述振荡波形计算振荡频率f_O；

S2.设定采样周期T_S，相位补偿频带半频宽f_B，根据系统振荡频率f_O、采样周期T_S以及相位补偿频带半频宽f_B计算低频振荡抑制单元参数；

S3.采集转子的位移值；

S4.根据所述位移值和低频振荡抑制单元参数计算经过低频抑制后的信号；

S5.根据所述经过低频抑制后的信号计算磁力轴承所需的电流值；

S6.根据所述电流值悬浮所述转子。

可选的，在步骤S6之后还包括步骤：

S7.判断磁力轴承是否发生低频振荡，如果是，则返回步骤S2，如此循环，直至系统不发生低频振荡为止。

可选的，在所述步骤S2中，低频振荡抑制单元参数包括a₀，a₂，a₃，b₁，b₂，b₃，其中，