[发明专利]带有位移传感器自动标定功能的磁悬浮轴承数字控制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁悬浮轴承数字控制器，属于主动磁悬浮轴承控制系统领域。

背景技术

磁悬浮轴承（本发明指主动磁悬浮轴承）是通过定子铁芯与转子铁芯之间的磁场力将转子无接触地悬浮起来的一种新型轴承。它将转子动力学、机械设计、控制理论、电力电子学、电磁学、计算机测试技术及信号处理技术等多项学科的知识结合在一起，是一种典型的机电一体化产品。由于不存在机械接触，其与传统机械轴承相比具有明显的优越性：

●对工作环境要求不高。转子无接触且无机械摩擦，磁悬浮轴承不需要润滑和密封系统；

●使用寿命较长。由于没有机械摩擦，磁悬浮轴承机械接触应力疲劳寿命相比机械轴承要长得多；

●运转速度高。转子和定子没有接触，磁悬浮轴承在理论上能达到的最高转速取决于转子材料的强度，因此，转子圆周线速度比机械轴承支承的转子都要高的多；

●运行效率高。与机械轴承相比，磁悬浮轴承的功耗降低至1/10～1/100。

与传统机械轴承不同，磁悬浮轴承需要一套电控系统才能正常工作。电控系统包括：位移传感器、控制器以及功率放大器三个部分。其中位移传感器用来检测磁悬浮转子相对于平衡位置的偏移量，而控制器则根据这一检测到的偏移量控制磁悬浮轴承，使转子始终悬浮于平衡位置。因此位移传感器的性能直接影响整个磁悬浮轴承的性能。为了减小温度变化以及外界干扰对位移传感器输出信号的影响。现有磁悬浮位移传感器多采用差分的形式，即在同一方向上转子的两侧分别布置两个相同的传感器探头，并将两个传感器探头的几何中心设置在平衡位置。而将两个传感器输出的差值作为转子在该方向上的位移量输出。如此，若转子处于两个探头的几何中心，也就是平衡位置，则位移传感器的输出将为零。

通过差分的方法可以有效的抑制温度变化以及外界干扰对位移传感器输出信号的影响。但是在实际应用中，由于两个传感器探头的性能不可能完全相同。这就导致当转子处于两个传感器探头的中心位置时，传感器的输出并不为零，而是有一定的偏移量。这样将会对磁悬浮轴承的性能产生不利的影响，严重时将导致磁悬浮轴承无法工作。因此需要一种方法来补偿这一偏差。

发明内容

针对磁悬浮轴承差分式位移传感器在检测转子位置时存在偏移量的问题。本发明提供了一种带有传感器自动标定功能的磁悬浮轴承数字控制器。不但能够控制磁悬浮轴承的悬浮而且可以实现对位移传感器偏移量的补偿。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种带有位移传感器自动标定功能的磁悬浮轴承数字控制器，能够消除磁悬浮轴承所配备的差分式位移传感器的偏移量；所述的磁悬浮轴承包括磁悬浮转子以及布置在磁悬浮转子外围的N对差动电磁铁，其中：N为正整数；每对差动电磁铁包括两块磁悬浮电磁铁，分别为磁悬浮电磁铁A、磁悬浮电磁铁B；每对差动电磁铁均配备有一对差分式位移传感器，所述的差分式位移传感器包括两个位移传感器探头，分别为位移传感器探头A、位移传感器探头B；其中，位移传感器探头A与磁悬浮电磁铁A对应，而位移传感器探头B则与磁悬浮电磁铁B对应；所述数字控制器包括DSP芯片、位移传感器接口电路以及控制信号输出电路，DSP芯片通过位移传感器接口电路接收位移传感器探头A、位移传感器探头B采集的位移信号，DSP芯片根据所接收到的位移传感器探头A、位移传感器探头B所反馈的位移信号，依次通过控制信号输出接口电路、功率放大器对磁悬浮轴承的工况进行控制，还包括加法电路和D/A芯片；所述DSP芯片分别针对位移传感器A、位移传感器B预设有偏移量P_A、P_B，所述偏移量P_A或者P_B通过D/A芯片的信号转换后，通过加法电路叠加到位移传感器接口电路的输出信号上，作为DSP芯片的输入信号，以完成相应位移传感器A或者B的偏移量补偿。