[发明专利]一种磁悬浮轴承系统的扰动抑制效果检测方法及装置

说明书

本发明公开了一种磁悬浮轴承系统的扰动抑制效果检测方法及其装置，其方法包括：当磁悬浮轴承高速旋转出现扰动时采集转子的扰动力，基于扰动力计算产生相同扰动的谐波电流；当磁悬浮轴承处于静态悬浮条件且无扰动时，将谐波电流叠加至线圈原始电流以模拟扰动；将位置控制器中加入扰动控制算法，验证所述控制算法对扰动的抑制效果。由于整个模拟扰动的过程与扰动抑制算法的验证是在磁轴承静态悬浮条件下完成的，降低了高转速下扰动抑制算法失效所带来的实验风险。

技术领域

本发明属于磁悬浮轴承控制技术领域，更具体地，涉及一种磁悬浮轴承系统的扰动抑制效果检测方法及装置。

背景技术

磁悬浮轴承通过可控的电磁力实现转子的无接触支撑，使得旋转机械的转子在运行过程中无摩擦，无碰撞，不需润滑装置，是高速旋转机械的优质支撑部件。

然而，磁悬浮轴承通常会出现不同的扰动。例如，在旋转机械中，转子不平衡所带来的偏心位移经过传感器、位置控制器、功率放大器的调理与放大，会在线圈中产生以转速频为主的电流振动，电流振动产生的电磁力传递到基座，会引起基座振动，此类振动称之为同频振动，其只有在磁轴承旋转时才会产生。除此以外，以压缩机为代表的流体机械在特定的工况下会表现出喘振现象，该现象的特征是流经压缩机的气流会出现周期性低频率、大振幅的波动，导致转子位移也会出现周期性低频大幅值的波动，此时如不及时制止或停车，机组将面临毁坏的风险。而对于应用磁悬浮轴承的压缩机，由于其刚度远远小于机械轴承且磁悬浮压缩机运行转速远高于传统压缩机，所以喘振现象对磁悬浮压缩机造成的危害会更大。

当前，如何利用磁轴承对转子位置主动控制的特性去抑制同频扰动和喘振扰动已经受到广泛学者的关注与研究，也针对此提出了许多扰动抑制算法。但在真实的系统中，高速下的喘振现象本身就是一个极不稳定的工况，一旦此时投入的扰动抑制算法出错，可能会加剧系统的崩溃，所以直接在真实喘振工况下验证扰动抑制算法的风险是极大的。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种磁悬浮轴承系统的扰动抑制效果检测方法及装置，其目的在于降低验证扰动抑制算法时的实验风险。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种磁悬浮轴承系统的扰动抑制效果检测方法，包括：

当磁悬浮轴承高速旋转出现扰动时采集转子的扰动力，基于扰动力计算产生相同扰动的谐波电流；

当磁悬浮轴承处于静态悬浮条件且无扰动时，将谐波电流叠加至线圈原始电流以模拟扰动；

将位置控制器中加入扰动控制算法，验证所述控制算法对扰动的抑制效果。

在其中一个实施例中，基于扰动力计算产生相同扰动的谐波电流，包括：通过以下公式计算谐波电流：

其中，i_xh为x自由度叠加的谐波电流，i_yh为y自由度叠加的谐波电流，F_xd为转子x自由度的扰动力，F_yd为转子y自由度的扰动力，k_i为磁轴承力/电流系数。

在其中一个实施例中，将谐波电流叠加至线圈原始电流以模拟扰动，包括：将谐波电流与位置控制器的电流输出指令叠加后得到电流参考指令，电流参考指令经功率放大器放大后得到线圈电流，计算公式为：

其中，i_xa和i_xc为x自由度的一对电流参考指令，i_ya和i_yc为y自由度的一对电流参考指令，i_x为位置控制器在x自由度的电流输出指令，i_y为位置控制器在y自由度的电流输出指令，i₀为每个线圈的偏置电流。