[发明专利]一种单自由度磁液双悬浮轴承控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种单自由度磁液双悬浮轴承控制系统及方法。其中，PID控制器、差动式功率放大器、位移传感器、单自由度磁液双悬浮轴承依次闭合连接构成电磁闭环。位移传感器用于检测单自由度磁液双悬浮轴承转子的偏移量并输出对应模拟量电压U₁，输出的模拟量电压U₁与轴所处中心位置时对应的电压U₀进行比较，得到电压差值ΔU，经过PID控制器输出控制电流i，控制电流i经过差动式功率放大器输出满足上、下电磁线圈的电流，进而得到所需的电磁吸力。本发明分别采用具有PID的电磁闭环及PM流量控制器双重控制，使电磁力与静压力按照一定比例共同补偿外负载，最终使转子回归中心位置。该控制方法的调节能力大，响应快，动态特性好。

技术领域

本发明涉及控制技术领域，特别是涉及一种单自由度磁液双悬浮轴承控制系统及方法。

背景技术

磁液双悬浮轴承采用电磁力和静压支承力双重支承，是一种新型的非机械接触的轴承，具有无摩擦、无磨损、承载能力大、运动精度高、使用寿命长等优点。磁液双悬浮轴承包含电磁支承和静压支承两套支承系统，而传统的控制方法单一，恢复响应较慢；本发明采用具有PID控制器的电磁闭环调控电磁力，PM流量控制器调控静压力，使其按比例共同补偿外负载。在该控制方法下再次达到平衡时，转子回至中心位置，且该控制方法调节能力大，响应快，动态特性好，有效的弥补了静压力响应慢的不足，大大提高了磁液双悬浮轴承运行的稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型单自由度磁液双悬浮轴承控制方法，采用具有PID控制器的电磁闭环和PM流量控制器控制，分别对电磁力与静压力进行调控。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

具体地，本发明提供一种单自由度磁液双悬浮轴承控制系统，其包括PID控制器、差动式功率放大器、位移传感器、单自由度磁液双悬浮轴承、液压泵、溢流阀、压力表、单向阀、过滤器以及PM流量控制器；

所述PID控制器、差动式功率放大器、单自由度磁液双悬浮轴承、位移传感器依次闭合连接构成电磁闭环控制系统，所述液压泵、溢流阀、压力表、单向阀、过滤器、PM流量控制器和单自由度磁液双悬浮轴承依次连接构成静压控制系统；

所述位移传感器用于检测单自由度磁液双悬浮轴承的转子的偏移量并输出对应模拟量电压U₁，将输出的模拟量电压U₁与轴在中心位置时对应电压U₀进行比较，得到电压差值ΔU，经过PID控制器输出控制电流i，控制电流i经过差动式功率放大器，上线圈电流变为i₀+i_c，下线圈电流变为i₀-i_c，其中i₀是电磁线圈的初始电流，i_c为电流改变值，

由电磁力的计算公式知，电磁力随电流的该变量i_c是唯一确定的，在上述电流产生电磁力的作用下，辅助转子回归原位置；

PM流量控制器依靠单自由度磁液双悬浮轴承支承腔压差的变化，使其内部的金属薄膜产生相应的变形来改变输出流量q，即PM流量控制器为自适应调节，当电磁环调节确定时，静压调节就随之确定，即静压输出流量与电磁调节结果即电流变化量i_c是一一对应的，液压力f液与PM流量控制器输出流量q是一一对应的，在f电和f液的共同作用下，转子再次转回至中心位置；

所述电磁闭环控制系统，用于控制单自由度磁液双悬浮轴承电磁支承系统的电流参数，从而改变电磁力；

所述静压控制系统，用于控制单自由度磁液双悬浮轴承静压支承系统的流量参数，从而改变上下支承腔的静压力。

优选地，在液压泵油腔压力小于或等于供油压力ps的0.9倍时，供给流量随油腔压力线性增加。