專利名稱：混合磁路磁懸浮軸承集成控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種主動(dòng)磁懸浮軸承的控制裝置，特別是一種混合磁路磁懸浮軸承集成控制器。
背景技術(shù)：
目前，采用主動(dòng)控制的磁懸浮軸承的控制裝備主要針對(duì)電磁懸浮
軸承，對(duì)一個(gè)五自由度的磁懸浮軸承系統(tǒng)，控制器至少需要有io路
控制信號(hào)輸出，分別控制軸承徑向和軸向的位置，每路控制通過(guò)調(diào)節(jié)輸出電流或電壓的大小來(lái)改變電磁力的大小，達(dá)到調(diào)節(jié)軸承轉(zhuǎn)子位置的目的，這類控制器的輸出電壓或電流在控制中只改變大小值，不改變方向，控制芯片需要較多的p麗信號(hào)輸出端口，造成線路麻煩，控制裝備的體積比較大，且不適合具有永磁偏置混合磁路的磁懸浮軸承系統(tǒng)的控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有磁懸浮軸承控制器在具有永磁偏置的混合磁路磁懸浮軸承應(yīng)用上的不足，提供一種混合磁路磁懸浮軸承集成控制器，不僅能對(duì)具有永磁偏置的混合磁路磁懸浮軸承系統(tǒng)進(jìn)行集成控制和驅(qū)動(dòng)，還能夠?qū)S承的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和在線顯示。
本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 一種混合磁路磁懸浮軸承集成控制器,包括一 自帶AD轉(zhuǎn)換器的ARM單片機(jī)、位置信號(hào)處理電路、功率放大電路，安裝在軸承上的位置傳感器通過(guò)位置信號(hào)處理電路與AD轉(zhuǎn)換器連接，單片機(jī)輸出端的P麗信號(hào)輸出端口和換向信號(hào)輸出端口分別與功率放大電路的輸入端連接，功率放大電路的輸出端與各路電磁線圈連接。上述的混合磁路磁懸浮軸承集成控制器，所述的功率放大電路由
邏輯運(yùn)算電路、光耦隔離電路、驅(qū)動(dòng)電路和H型功放電路組成，對(duì)于每一路放大電路，單片機(jī)輸出端輸出一路P麗信號(hào)及一路控制換向的電平信號(hào)，P觀信號(hào)輸出端口和換向信號(hào)輸出端口與邏輯運(yùn)算電路輸入端連接，邏輯運(yùn)算電路把這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算后輸出兩路P麵信號(hào)，每一路P麗信號(hào)輸出端分別與光耦隔離電路和驅(qū)動(dòng)電路順序連接，H型功率電路由電源、4個(gè)M0S管連接組成，兩路驅(qū)動(dòng)電路分別與H型功率電路的開(kāi)關(guān)元件連接，H型功率電路的輸出端與一路電磁線圈連接。
上述的混合磁路磁懸浮軸承集成控制器，位置信號(hào)處理電路與監(jiān)控/顯示電路連接，監(jiān)控/顯示電路與ARM單片機(jī)連接。
由于采用了上述結(jié)構(gòu)，對(duì)控制每一自由度的兩組線圈通以相同大小的電流，只是不斷地改變電流的大小和方向，就可以達(dá)到控制轉(zhuǎn)子位置的目的，單片機(jī)輸出端輸出一路P麗信號(hào)及一路控制換向的電平信號(hào)，控制芯片的P麗信號(hào)輸出端口可以減少一半，所以本發(fā)明可有效地解決永磁偏置混合磁路磁懸浮軸承的集成控制問(wèn)題，明顯的節(jié)省了控制器P麗控制信號(hào)的使用量，有效的節(jié)省控制芯片的系統(tǒng)資源，簡(jiǎn)化了控制電路，降低其復(fù)雜程度，降低整個(gè)系統(tǒng)的故障率。


圖1是永磁偏置混合磁懸浮軸承的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的原理圖。圖3是本發(fā)明功率放大電路的原理圖。其中圖2兼做摘要附圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。如圖2所示， 一種混合磁路磁懸浮軸承集成控制器，包括一自帶AD轉(zhuǎn)換器的ARM單片機(jī)、位置信號(hào)處理電路、功率放大電路，安裝在軸承上的位置傳感器12通過(guò)位置信號(hào)處理電路與AD轉(zhuǎn)換器連接， 單片機(jī)輸出端的P麗信號(hào)輸出端口和換向信號(hào)輸出端口分別與功率 放大電路的輸入端連接，功率放大電路的輸出端與各路電磁線圈14 連接，所述的功率放大電路由邏輯運(yùn)算電路、光耦隔離電路、驅(qū)動(dòng)電 路和H型功率電路組成，對(duì)于每一路放大電路，單片機(jī)輸出端輸出一 路PWM信號(hào)及一路控制換向的電平信號(hào)，P麗信號(hào)輸出端口和換向信 號(hào)輸出端口與邏輯運(yùn)算電路輸入端連接，邏輯運(yùn)算電路由一個(gè)非門(mén)和 兩個(gè)與非門(mén)組成，非門(mén)芯片采用74HC04,與非門(mén)芯片采用74HC00。
(非門(mén)的輸出端和一個(gè)與非門(mén)一個(gè)輸入端連接，P麗信號(hào)輸出端口 分別和兩個(gè)與非門(mén)的一個(gè)輸入端連接，換向信號(hào)和與非門(mén)的一個(gè)輸入 端連接，同時(shí)和非門(mén)的輸入端連接。)邏輯運(yùn)算電路把這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行 邏輯運(yùn)算后輸出兩路P麗信號(hào)，每一路P麗信號(hào)輸出端分別與光耦隔 離電路和驅(qū)動(dòng)電路順序連接，驅(qū)動(dòng)芯片采用IR2184， H型功放電路由 開(kāi)關(guān)電源、4個(gè)M0S管連接組成，兩路驅(qū)動(dòng)電路分別與H型功放電路 的開(kāi)關(guān)元件連接，H型功放電路的輸出端與一路電磁線圈14連接， 位置信號(hào)處理電路還與監(jiān)控/顯示電路連接，監(jiān)控/顯示電路連接與 ARM單片機(jī)連接。
永磁偏置混合磁懸浮軸承的結(jié)構(gòu)如圖1所示。正常工作時(shí)圖中轉(zhuǎn) 子10處于懸浮的中間位置(也稱為參考位置)，由于結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性， 環(huán)形永久磁鐵11產(chǎn)生的永磁磁通在轉(zhuǎn)子10上方氣隙15處和轉(zhuǎn)子10 下方氣隙處是相等的。此時(shí)若不計(jì)重力，則兩氣隙處對(duì)轉(zhuǎn)子10的吸 力相等。假設(shè)在參考位置上轉(zhuǎn)子受到一個(gè)向下的外擾，轉(zhuǎn)子就會(huì)偏離 其參考位置向下運(yùn)動(dòng)，上下氣隙處對(duì)轉(zhuǎn)子的吸力不再相等，需要通過(guò) 控制器向電磁線圈14提供電流，產(chǎn)生電磁力，將轉(zhuǎn)子重新拉回中間 位置。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)這一功能的過(guò)程為采用ARM單片機(jī)作為控制電路 的數(shù)字控制芯片、芯片自帶AD轉(zhuǎn)換器，工作時(shí)位置傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè) 磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子的位置，并把位置信號(hào)以電壓量的形式送到控制芯片 的AD轉(zhuǎn)換器輸入端，控制芯片對(duì)輸入進(jìn)來(lái)的位置信號(hào)進(jìn)行模擬量/數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過(guò)數(shù)字控制算法，輸出P麗電壓信號(hào)和換向信號(hào)
到功率放大電路，功率放大電路對(duì)接收的PWM電壓信號(hào)進(jìn)行放大，并 根據(jù)換向信號(hào)決定最終輸出的驅(qū)動(dòng)電壓的方向。對(duì)于每一路放大電 路，單片機(jī)控制芯片輸出一路P觀信號(hào)及一路控制換向的電平信號(hào)， 利用邏輯芯片把這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算后輸出兩路P麗信號(hào)，這兩 路信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦電路進(jìn)行信號(hào)隔離，再經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路增強(qiáng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng) 能力后，分別去控制H型功放電路上下橋臂的開(kāi)關(guān)元件，最終實(shí)現(xiàn)輸 出功率的放大。這些大小和方向均可調(diào)的驅(qū)動(dòng)電壓輸出到混合磁路磁 懸浮軸承的各路電磁線圈上，即可調(diào)節(jié)電磁力的大小，從而把磁懸浮 轉(zhuǎn)子控制在所需的位置上。位置傳感器同時(shí)把磁懸浮轉(zhuǎn)子的位置信號(hào) 傳送給監(jiān)測(cè)和顯示電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)磁懸浮軸承工況的在線監(jiān)測(cè)和顯示。 本發(fā)明可有效地解決永磁偏置混合磁路磁懸浮軸承的集成控制問(wèn)題， 控制芯片的P麗信號(hào)輸出端口可以減少一半，明顯的節(jié)省了控制器 PWM控制信號(hào)的使用量，有效的節(jié)省控制芯片的系統(tǒng)資源，簡(jiǎn)化了控 制電路，降低其復(fù)雜程度，降低整個(gè)系統(tǒng)的故障率。
權(quán)利要求
1、一種混合磁路磁懸浮軸承集成控制器，包括一自帶AD轉(zhuǎn)換器的ARM單片機(jī)、位置信號(hào)處理電路、功率放大電路，其特征在于安裝在軸承上的位置傳感器(12)通過(guò)位置信號(hào)處理電路與AD轉(zhuǎn)換器連接，單片機(jī)輸出端的PWM信號(hào)輸出端口和換向信號(hào)輸出端口分別與功率放大電路的輸入端連接，功率放大電路的輸出端與各路電磁線圈(14)連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合磁路磁懸浮軸承集成控制器，其特征在 于所述的功率放大電路由邏輯運(yùn)算電路、光耦隔離電路、驅(qū)動(dòng)電路和H 型功率電路組成，對(duì)于每一路放大電路，單片機(jī)輸出端輸出一路PWM信號(hào) 及一路控制換向的電平信號(hào)，P麗信號(hào)輸出端口和換向信號(hào)輸出端口與邏輯 運(yùn)算電路輸入端連接，邏輯運(yùn)算電路把這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算后輸出兩 路P麗信號(hào)，每一路P麗信號(hào)輸出端分別與光耦隔離電路和驅(qū)動(dòng)電路順序 連接，H型功率電路由電源、4個(gè)M0S管連接組成，兩路驅(qū)動(dòng)電路分別與H 型功放電路的開(kāi)關(guān)元件連接，H型功放電路的輸出端與一路電磁線圈(14) 連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的混合磁路磁懸浮軸承集成控制器，其特 征在于位置信號(hào)處理電路與監(jiān)控/顯示電路連接，監(jiān)控/顯示電路連接與 ARM單片機(jī)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種混合磁路磁懸浮軸承集成控制器，包括一自帶AD轉(zhuǎn)換器的ARM單片機(jī)、位置信號(hào)處理電路、功率放大電路，安裝在軸承上的位置傳感器通過(guò)位置信號(hào)處理電路與AD轉(zhuǎn)換器連接，單片機(jī)輸出端的PWM信號(hào)輸出端口和換向信號(hào)輸出端口分別與功率放大電路的輸入端連接，功率放大電路的輸出端與各路電磁線圈連接，位置信號(hào)處理電路還與監(jiān)控/顯示電路連接，監(jiān)控/顯示電路與ARM單片機(jī)連接，本發(fā)明控制芯片的PWM信號(hào)輸出端口可以減少一半，可有效地解決永磁偏置混合磁路磁懸浮軸承的集成控制問(wèn)題，集成度高，輕便易攜，控制精度好，效率高，運(yùn)行穩(wěn)定，成本低，適于推廣。
文檔編號(hào)F16C32/04GK101510098SQ200910061159
公開(kāi)日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2009年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月17日
發(fā)明者于曉東, 吳小青, 黃平林, 齊洪喜 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一〇研究所