[发明专利]一种用于磁悬浮轴承的开关断路故障容错控制系统

说明书

本发明公开了一种用于磁悬浮轴承的开关断路故障容错控制系统，属于磁悬浮轴承控制领域，包括：公共桥臂、N个非公共桥臂组、直流电源和控制单元，N为磁悬浮轴承中轴的个数；每一非公共桥臂组包括两个并联的桥臂支路，每一桥臂支路中上、下桥臂的连接点与公共桥臂中上、下桥臂的连接点之间设置有绕组；控制单元用于控制每一非公共桥臂组中一桥臂支路的上桥臂和另一桥臂支路的下桥臂导通，并在任一非公共桥臂组中导通的桥臂出现断路故障时切断导通桥臂，并控制任一非公共桥臂组中原本断开的桥臂切换至导通状态。可使故障桥臂组对应方向的电磁力快速恢复至稳定值，避免转子跌落，且不影响其他方向上的电磁力，提高磁轴承系统的故障冗余能力。

技术领域

本发明属于磁悬浮轴承控制领域，更具体地，涉及一种用于磁悬浮轴承的开关断路故障容错控制系统。

背景技术

磁悬浮轴承是一种利用定子产生电磁力来使转子悬浮的轴承装置，作为传统机械轴承的替代品，可以实现转子与定子的无接触运行。磁悬浮轴承的转子和定子之间没有机械接触，不需要润滑、不存在摩擦、工作寿命较长。在转子需要进行高速转动或者对工作环境的要求较高的应用场合，磁悬浮轴承的应用十分广泛。磁悬浮轴承主要包括无源磁轴承、有源磁轴承和混合磁轴承等。对于磁悬浮轴承系统，主要包括转子、传感器、控制器和电磁执行器等部分，其控制系统的设计对整个装置的性能带来了巨大的影响。有源磁轴承系统中功率放大器将控制信号转换为绕组中的电流从而产生磁场和控制磁轴承的电磁力，是磁悬浮轴承系统中的重要组成部分。

断路故障是指故障器件保持断路状态，故障器件的电流大小始终为零。磁悬浮轴承的功率放大器中，如果开关器件发生了断路故障，会导致该桥臂对输出端的电压控制失效，从而导致绕组电流偏离指令值，导致转子位置失稳，造成转子跌落以及系统停机等严重故障。

目前已有学者提出了应用于磁悬浮轴承的共桥臂拓扑，以通过减少器件数量来降低成本，以及提出了在共桥臂拓扑基础上进行改进，降低了公共桥臂上电流应力的反向共桥臂拓扑。然而，现有磁悬浮轴承反向共桥臂拓扑中不存在器件冗余，不具备容错运行能力，开关器件断路故障发生时会使磁轴承转子跌落且无法正常工作，不利于磁悬浮轴承的稳定运行。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种用于磁悬浮轴承的开关断路故障容错控制系统，其目的在于通过切换故障桥臂组中导通的桥臂，使故障桥臂组对应方向的电磁力快速恢复至稳定值，避免转子跌落，且不影响其他方向上的电磁力，提高磁轴承系统的故障冗余能力。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于磁悬浮轴承的开关断路故障容错控制系统，包括：公共桥臂、N个非公共桥臂组、直流电源和控制单元，N为所述磁悬浮轴承中轴的个数，所述非公共桥臂组与所述轴一一对应；每一所述非公共桥臂组包括两个并联的桥臂支路，所述公共桥臂以及每一所述桥臂支路均包括连接在直流电源正、负极之间的上桥臂和下桥臂，每一所述桥臂支路中上桥臂和下桥臂的连接点与所述公共桥臂中上桥臂和下桥臂的连接点之间设置有绕组；所述控制单元用于控制每一所述非公共桥臂组中一桥臂支路的上桥臂和另一桥臂支路的下桥臂导通，并在任一非公共桥臂组中导通的桥臂出现断路故障时，切断所述任一非公共桥臂组中导通的桥臂，并控制所述任一非公共桥臂组中一桥臂支路的下桥臂和另一桥臂支路的上桥臂切换至导通状态。

更进一步地，还包括：采集单元，用于采集每一所述非公共桥臂组中两个桥臂支路连接的绕组的电流；所述控制单元还用于将每一所述非公共桥臂组中两个桥臂支路连接的绕组的电流相加，并根据相加结果与预设阈值之间的关系判断每一所述非公共桥臂组中导通的桥臂是否出现断路故障。

更进一步地，当所述相加结果小于所述预设阈值时，所述相加结果对应的非公共桥臂组中导通的桥臂出现断路故障。

更进一步地，所述预设阈值大于0，且小于所述磁悬浮轴承正常工作时各非公共桥臂组对应的相加结果。

更进一步地，所述采集单元用于实时采集每一所述非公共桥臂组中两个桥臂支路连接的绕组的电流并发送至所述控制单元。