[发明专利]磁悬浮轴承位移传感器容错控制系统及控制方法

说明书

本发明提供了一种磁悬浮轴承位移传感器容错控制系统及控制方法。该系统包括磁悬浮轴承转子装置、控制器和功率放大器、与所述磁悬浮轴承转子装置中的转子连接并且同步运动的推力盘、传感器组件、故障诊断模块以及容错控制模块。所述传感器组件包括径向位移传感器和复合位移传感器。本发明通过复用复合位移传感器，将其作为一个冗余位移传感器，节省了硬件成本，且容错控制算法易于实现；通过增设复合位移传感器以及传感器组件之间的功能复用，实现多重冗余，提高系统可靠性。对非差动的两个传感器的位移测量值进行坐标变换可得到径向两个自由度的位移值，由此实现传感器容错控制，提高系统可靠性。

技术领域

本发明涉及传感器容错控制技术领域，尤其涉及一种磁悬浮轴承位移传感器容错控制系统及控制方法。

背景技术

磁悬浮轴承具有低损耗、无需润滑和无接触等优点，近年来得到了越来越广泛的应用。

磁悬浮轴承转子系统由转子、位移传感器、控制器、功率放大器和磁轴承本体组成。位移传感器将转子位移值传递给控制器，控制器计算得到控制电流信号后驱动功率放大器产生控制电流，控制电流通入电磁铁线圈产生的电磁力作用在转子上维持转子悬浮在预设位置。

在一般的主动磁轴承系统中为了实现系统的闭环反馈控制，必须在电磁轴承的每个自由度上至少装配一个位移传感器进行转子位移信号的实时检测。为了避免位移传感器故障引起的电磁轴承失效问题，提高系统的可靠性，已有的容错控制方法主要包括在各个自由度上配置冗余数量的传感器，或者通过自传感的方法从电磁轴承线圈电压和电流信号中提取转子位移估计信号。

已有的传感器容错控制方法中冗余的传感器在正常情况下均处于备用状态，未能实现功能复用，性价比较低，自传感方法位移计算精度低，磁轴承稳定性差，亟需提出解决方案。

申请号为CN202010376226.7的发明专利公开了一种主动径向磁轴承用位移传感器容错控制系统及控制方法。该控制系统与主动径向磁悬浮轴承相适配，系统包括位移反馈部分、故障诊断电路、容错控制模块以及反馈执行部分；位移反馈部分以非对称的形式固定设置于主动径向磁悬浮轴承转子外围，位移反馈部分的输出分别与故障诊断电路及容错控制模块二者的输入电性连接，故障诊断电路的输出与容错控制模块的输入电性连接，容错控制模块的输出与反馈执行部分的输入电性连接，反馈执行部分的输出与主动径向磁悬浮轴承中的电磁线圈电性连接。

但是，上述传感器容错控制系统存在因采用非对称的传感器布置方式而无法消除各自由度位移中的共模噪声的缺点，所增加的2个冗余的位移传感器在没有故障发生时没有起到额外作用，性价比较低。

有鉴于此，有必要设计一种改进的磁悬浮轴承位移传感器容错控制系统及控制方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁悬浮轴承位移传感器容错控制系统及控制方法。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种磁悬浮轴承位移传感器容错控制系统，包括磁悬浮轴承转子装置、控制器和功率放大器，其还包括与所述磁悬浮轴承转子装置中的转子连接并且同步运动的推力盘、传感器组件、故障诊断模块以及容错控制模块；

所述传感器组件包括若干个用于测量转子位移数据的径向位移传感器和用于测量推力盘位移数据的复合位移传感器；所述复合位移传感器和所述径向位移传感器相互不共平面设置。

作为本发明的进一步改进，若干个所述径向位移传感器共平面设置，以所述磁悬浮轴承转子装置中转子圆心为原点、在垂直于转子中轴线的平面上建立平面直角坐标系，所述径向位移传感器包括设置于X轴正负方向上且相互对称设置的第一径向位移传感器、设置于Y轴正负方向上且相互对称设置的第二径向位移传感器，以及第三径向位移传感器。

作为本发明的进一步改进，所述第三径向位移传感器与转子圆心所形成的第一连接线与X轴或Y轴均不重合。