本發(fā)明涉及一種磁懸浮軸承控制系統(tǒng)及其控制方法，更具體地說(shuō)，涉及一種失穩(wěn)后實(shí)現(xiàn)再懸浮的磁懸浮軸承控制系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

主動(dòng)磁懸浮軸承系統(tǒng)通過(guò)可控電磁力將轉(zhuǎn)子懸浮于定子磁極中間，因此具有無(wú)摩擦、無(wú)需潤(rùn)滑、無(wú)污染、高速度、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。目前，主動(dòng)磁懸浮軸承已作為一種先進(jìn)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，在工業(yè)領(lǐng)域得到了一定的應(yīng)用，如陀螺儀、高速電機(jī)、無(wú)軸承電機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、人工心臟泵和分布式發(fā)電系統(tǒng)等。

在磁懸浮軸承系統(tǒng)中，為了提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，還需要一套保護(hù)軸承作為磁懸浮軸承失效后轉(zhuǎn)子的臨時(shí)支撐，保護(hù)磁懸浮軸承定子和電機(jī)定子不受損壞。保護(hù)軸承一般選用機(jī)械軸承，而通常磁懸浮軸承系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速均在幾萬(wàn)轉(zhuǎn)每分鐘以上，如果轉(zhuǎn)子在磁懸浮軸承支撐下高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，一旦發(fā)生轉(zhuǎn)子受到突然強(qiáng)沖擊、短時(shí)過(guò)載或電源丟失等情況，轉(zhuǎn)子將與保護(hù)軸承發(fā)生碰撞，保護(hù)軸承將受到巨大沖擊，而較大的碰撞力將使轉(zhuǎn)子進(jìn)入非線性運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，會(huì)造成轉(zhuǎn)子和保護(hù)軸承的嚴(yán)重磨損，如果不及時(shí)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子再懸浮，將極大降低保護(hù)軸承使用壽命，甚至造成磁懸浮軸承定子的損壞。而此時(shí)由于碰撞力的影響，使得傳統(tǒng)的磁懸浮軸承控制系統(tǒng)很難使轉(zhuǎn)子在該情形下及時(shí)恢復(fù)正常懸浮。

在磁懸浮軸承定子及電控系統(tǒng)未損壞的前提下，為了使轉(zhuǎn)子恢復(fù)正常懸浮，通常需要首先切斷轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)降低轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，同時(shí)切斷磁懸浮軸承的支撐，待轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速將為零后，即轉(zhuǎn)子完全靜止后再重新恢復(fù)磁懸浮軸承支撐。

例如中國(guó)專利號(hào)ZL201110186730.1，授權(quán)公告日為2014年6月25日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為：一種磁懸浮分子泵失穩(wěn)恢復(fù)控制的方法，該申請(qǐng)案涉及一種磁懸浮分子泵失穩(wěn)恢復(fù)控制的方法，磁懸浮分子泵的轉(zhuǎn)子失穩(wěn)后，磁懸浮分子泵控制器切換到失穩(wěn)恢復(fù)控制器，關(guān)閉磁懸浮分子泵電機(jī)，關(guān)閉磁懸浮分子泵抽氣口和前級(jí)機(jī)械泵抽氣閥，打開(kāi)磁懸浮分子泵放氣閥放入空氣，隨后關(guān)閉；然后根據(jù)轉(zhuǎn)子重心位置狀態(tài)，首先恢復(fù)所述轉(zhuǎn)子在下徑向或上徑向上正常懸浮，然后依次恢復(fù)所述轉(zhuǎn)子在另一徑向上、軸向上的正常懸浮，在此過(guò)程中不斷檢測(cè)已經(jīng)可以懸浮的徑向是否仍能正常懸浮，最終實(shí)現(xiàn)所述轉(zhuǎn)子重新懸浮。該方法通過(guò)降低轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速來(lái)降低轉(zhuǎn)子的沖擊能量，將懸浮過(guò)程分到各個(gè)自由度逐步進(jìn)行，并不斷檢測(cè)，整個(gè)恢復(fù)懸浮過(guò)程不可控，很有可能直到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速快降為零時(shí)才實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的再懸浮，而此過(guò)程，轉(zhuǎn)子和保護(hù)軸承之間的劇烈碰撞可能對(duì)轉(zhuǎn)子或定子造成損壞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

1.發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有磁懸浮軸承系統(tǒng)短暫失控后難以及時(shí)恢復(fù)穩(wěn)定懸浮的不足，提供了一種失穩(wěn)后實(shí)現(xiàn)再懸浮的磁懸浮軸承控制系統(tǒng)及其控制方法，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，在磁懸浮軸承系統(tǒng)正常工作時(shí)控制器內(nèi)采用轉(zhuǎn)子位置控制模塊進(jìn)行控制，使得轉(zhuǎn)子受到與轉(zhuǎn)子偏離平衡位置方向相反的電磁吸引力合力，用于確保轉(zhuǎn)子維持在要穩(wěn)定懸浮的平衡位置，在磁懸浮軸承系統(tǒng)出現(xiàn)短暫失控后，控制器內(nèi)先關(guān)閉轉(zhuǎn)子位置控制模塊，控制彈性支撐座工作，使得原先高頻大幅振動(dòng)狀態(tài)變?yōu)檠刂螐椈煞较蜻\(yùn)動(dòng)的低頻較大幅度振動(dòng)，再采用阻尼力控制模塊進(jìn)行控制，使得轉(zhuǎn)子受到電磁阻尼力，以降低轉(zhuǎn)子的振動(dòng)幅值，最后將使得彈性支撐座停止工作，阻尼力控制模塊切換為轉(zhuǎn)子位置控制模塊使得轉(zhuǎn)子恢復(fù)到要穩(wěn)定懸浮的平衡位置，實(shí)現(xiàn)再懸浮，區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)需要降低轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速才能實(shí)現(xiàn)再懸浮的目的，操作便捷，提高了系統(tǒng)的整體性能。

2.技術(shù)方案

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

本發(fā)明的一種失穩(wěn)后實(shí)現(xiàn)再懸浮的磁懸浮軸承控制系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)子、徑向磁懸浮軸承定子、軸向磁懸浮軸承定子、電機(jī)定子、徑向位移傳感器、軸向位移傳感器、控制器、功率放大器和用于控制電機(jī)定子的變頻器，所述的軸向位移傳感器和徑向位移傳感器均與控制器連通，所述的徑向磁懸浮軸承定子和軸向磁懸浮軸承定子內(nèi)的定子線圈均與功率放大器相連，每個(gè)功率放大器均與控制器連通，所述的轉(zhuǎn)子的兩端部位置處分別安裝有一個(gè)與隨轉(zhuǎn)子一并旋轉(zhuǎn)的滾珠軸承，每個(gè)滾珠軸承外均套設(shè)有彈性支撐座；所述的彈性支撐座包括相對(duì)設(shè)置于滾珠軸承左右兩側(cè)的兩個(gè)可滑動(dòng)支撐座和相對(duì)設(shè)置于滾珠軸承上下兩側(cè)的兩個(gè)固定支撐座；所述的兩個(gè)固定支撐座均固定安裝，每個(gè)固定支撐座的前端圓弧面與滾珠軸承外圈之間均設(shè)有固定保護(hù)間隙；所述的兩個(gè)可滑動(dòng)支撐座均安裝在滑動(dòng)導(dǎo)軌，每個(gè)可滑動(dòng)支撐座的前端圓弧面與滾珠軸承外圈之間均設(shè)有可變保護(hù)間隙，每個(gè)可滑動(dòng)支撐座的后端均通過(guò)支撐彈簧與基座相連；所述的兩個(gè)可滑動(dòng)支撐座之間設(shè)置有相對(duì)設(shè)置于上下兩側(cè)且與滑動(dòng)導(dǎo)軌相互平行布置的兩個(gè)電磁鐵，每個(gè)電磁鐵上均繞有由控制器控制的電磁線圈。

本發(fā)明的一種失穩(wěn)后實(shí)現(xiàn)再懸浮的磁懸浮軸承控制系統(tǒng)的控制方法，其步驟為：

1)構(gòu)建上述的一種失穩(wěn)后實(shí)現(xiàn)再懸浮的磁懸浮軸承控制系統(tǒng)；

2)使用徑向位移傳感器采集磁懸浮軸承控制系統(tǒng)中徑向位移傳感器對(duì)應(yīng)位置處的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)子振動(dòng)位移信號(hào)X_s；

3)將步驟2)中采集到的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)子振動(dòng)位移信號(hào)X_s分別輸入到設(shè)于控制器內(nèi)的轉(zhuǎn)子位置控制模塊、轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)評(píng)估模塊和阻尼力控制模塊；

4)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)評(píng)估模塊根據(jù)步驟2)中采集到的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)子振動(dòng)位移信號(hào)x_s估算出轉(zhuǎn)子在彈性支撐座處的振動(dòng)位移，并與預(yù)先設(shè)定于轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)評(píng)估模塊內(nèi)的保護(hù)間隙相比較；

5)若根據(jù)步驟4)比較，發(fā)現(xiàn)估算出的振動(dòng)位移小于預(yù)先設(shè)定的保護(hù)間隙，說(shuō)明磁懸浮軸承控制系統(tǒng)處于正常情況，此時(shí)控制器內(nèi)轉(zhuǎn)子位置控制模塊控制通道被選通，同時(shí)阻尼力控制模塊控制通道以及彈性支撐座電磁線圈電流輸入通道處于被關(guān)閉狀態(tài)，采用轉(zhuǎn)子位置控制模塊進(jìn)行控制；

6)轉(zhuǎn)子位置控制模塊對(duì)步驟2)中采集到的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)子振動(dòng)位移信號(hào)X_s進(jìn)行處理，處理結(jié)果經(jīng)功率放大器后轉(zhuǎn)化為通過(guò)徑向磁懸浮軸承定子中定子線圈內(nèi)的控制電流，進(jìn)而控制徑向磁懸浮軸承定子所產(chǎn)生的電磁力，使得轉(zhuǎn)子受到與轉(zhuǎn)子偏離平衡位置方向相反的電磁吸引力合力；

7)繼續(xù)執(zhí)行步驟2)、步驟3)、步驟4)、步驟5)和步驟6)，確保轉(zhuǎn)子維持在要穩(wěn)定懸浮的平衡位置；

8)若根據(jù)步驟4)比較，發(fā)現(xiàn)估算出的振動(dòng)位移大于或等于預(yù)先設(shè)定的保護(hù)間隙，且轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子振幅無(wú)減小趨勢(shì)時(shí)，說(shuō)明磁懸浮軸承控制系統(tǒng)出現(xiàn)短暫失控，此時(shí)控制器內(nèi)轉(zhuǎn)子位置控制模塊控制通道被關(guān)閉，彈性支撐座電磁線圈電流輸入通道被選通，阻尼力控制模塊控制通道保持關(guān)閉狀態(tài)，彈性支撐座開(kāi)始工作；

9)彈性支撐座電磁線圈通入電流i₀后使得電磁鐵產(chǎn)生吸合電磁力，吸引兩個(gè)可滑動(dòng)支撐座沿著滑動(dòng)導(dǎo)軌相向運(yùn)動(dòng)，消除保護(hù)間隙，使得兩個(gè)可滑動(dòng)支撐座與轉(zhuǎn)子合為一整體在支撐彈簧的支撐下沿著支撐彈簧方向振動(dòng)；

10)當(dāng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)評(píng)估模塊結(jié)果顯示轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)已由原先高頻大幅振動(dòng)狀態(tài)變?yōu)檠刂螐椈煞较蜻\(yùn)動(dòng)的低頻較大幅度振動(dòng)時(shí)，阻尼力控制模塊控制通道被選通，彈性支撐座電磁線圈電流輸入通道保持被選通狀態(tài)，轉(zhuǎn)子位置控制模塊控制通道保持被關(guān)閉狀態(tài)，采用阻尼力控制模塊進(jìn)行控制；

11)阻尼力控制模塊對(duì)步驟2)中采集到的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)子振動(dòng)位移信號(hào)X_s進(jìn)行處理，處理結(jié)果經(jīng)功率放大器后轉(zhuǎn)換為通過(guò)徑向磁懸浮軸承定子中定子線圈內(nèi)的控制電流，進(jìn)而控制徑向磁懸浮軸承定子所產(chǎn)生的電磁力，使得轉(zhuǎn)子受到電磁阻尼力，以降低轉(zhuǎn)子的振動(dòng)幅值；

12)繼續(xù)執(zhí)行2)、3)、4)、11)，直到轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)評(píng)估模塊結(jié)果顯示估算出的振動(dòng)位移小于預(yù)先設(shè)定的保護(hù)間隙，就將阻尼力控制模塊控制通道以及彈性支撐座電磁線圈電流輸入通道關(guān)閉，彈性支撐座中兩個(gè)可滑動(dòng)支撐座在支撐彈簧的作用下沿著滑動(dòng)導(dǎo)軌相反方向運(yùn)動(dòng)，恢復(fù)到初始狀態(tài)，轉(zhuǎn)子位置控制模塊控制通道被選通，采用轉(zhuǎn)子位置控制模塊進(jìn)行控制，執(zhí)行步驟6)和步驟7)，以使得轉(zhuǎn)子恢復(fù)到要穩(wěn)定懸浮的平衡位置，實(shí)現(xiàn)再懸浮。

更進(jìn)一步地，所述的步驟11)中阻尼力控制模塊進(jìn)行處理的步驟：

11-1)對(duì)步驟2)中采集到的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)子振動(dòng)位移信號(hào)X_s進(jìn)行處理獲得轉(zhuǎn)子沿彈性支撐座中支撐彈簧方向上的振動(dòng)位移；

11-2)對(duì)步驟11-1)中獲得的振動(dòng)位移相對(duì)時(shí)間進(jìn)行求導(dǎo)，得到沿支撐彈簧方向上的振動(dòng)速度

11-3)對(duì)步驟11-2)中獲得振動(dòng)速度進(jìn)行歸一化處理即得到振動(dòng)速度方向；

11-4)步驟11-3)中得到振動(dòng)速度方向乘以磁懸浮軸承控制系統(tǒng)中產(chǎn)生徑向磁懸浮定子內(nèi)定子線圈中偏置電流所需要的控制電壓負(fù)值-u_ref，得到輸入到功率放大器內(nèi)的控制電壓。

更進(jìn)一步地，所述的步驟6)中轉(zhuǎn)子位置控制模塊進(jìn)行處理的步驟為：

6-1)將步驟2)中采集到的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)子振動(dòng)位移信號(hào)X_s轉(zhuǎn)換為實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)子振動(dòng)電壓信號(hào)后輸入到轉(zhuǎn)子位置控制模塊內(nèi)；

6-2)將實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)子振動(dòng)電壓信號(hào)與設(shè)定于轉(zhuǎn)子位置控制模塊內(nèi)當(dāng)轉(zhuǎn)子在徑向磁懸浮軸承定子中心位置時(shí)徑向位移傳感器5測(cè)到的電壓信號(hào)u_d相減后，進(jìn)入PID或模糊PID或H∞等控制算法內(nèi)進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)計(jì)算后得到輸入到功率放大器內(nèi)的控制電壓。

3.有益效果

采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下顯著效果：

(1)本發(fā)明的一種失穩(wěn)后實(shí)現(xiàn)再懸浮的磁懸浮軸承控制系統(tǒng)，其轉(zhuǎn)子的兩端部位置處分別安裝有一個(gè)與隨轉(zhuǎn)子一并旋轉(zhuǎn)的滾珠軸承，每個(gè)滾珠軸承外均套設(shè)有彈性支撐座，彈性支撐座的使用，能在磁懸浮軸承失穩(wěn)后轉(zhuǎn)子出現(xiàn)大幅振動(dòng)時(shí)快速消除可滑動(dòng)支撐座與滾珠軸承外圈之間的保護(hù)間隙，大大地降低了轉(zhuǎn)子跌落后的沖擊力，并將轉(zhuǎn)子跌落后可能出現(xiàn)的高頻振動(dòng)轉(zhuǎn)化為沿支撐彈簧方向上的低頻振動(dòng)，便于電磁阻尼力的加入，以實(shí)現(xiàn)再懸?。?/p>

(2)本發(fā)明的一種失穩(wěn)后實(shí)現(xiàn)再懸浮的磁懸浮軸承控制系統(tǒng)的控制方法，其在磁懸浮軸承系統(tǒng)正常工作時(shí)控制器內(nèi)采用轉(zhuǎn)子位置控制模塊進(jìn)行控制，使得轉(zhuǎn)子受到與轉(zhuǎn)子偏離平衡位置方向相反的電磁吸引力合力，用于確保轉(zhuǎn)子維持在要穩(wěn)定懸浮的平衡位置，在磁懸浮軸承系統(tǒng)出現(xiàn)短暫失控后，控制器內(nèi)先關(guān)閉轉(zhuǎn)子位置控制模塊，控制彈性支撐座工作，使得原先高頻大幅振動(dòng)狀態(tài)變?yōu)檠刂螐椈煞较蜻\(yùn)動(dòng)的低頻較大幅度振動(dòng)，再采用阻尼力控制模塊進(jìn)行控制，使得轉(zhuǎn)子受到電磁阻尼力，以降低轉(zhuǎn)子的振動(dòng)幅值，最后將使得彈性支撐座停止工作，阻尼力控制模塊切換為轉(zhuǎn)子位置控制模塊使得轉(zhuǎn)子恢復(fù)到要穩(wěn)定懸浮的平衡位置，實(shí)現(xiàn)再懸浮，區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)需要降低轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速才能實(shí)現(xiàn)再懸浮的目的，操作便捷，提高了系統(tǒng)的整體性能；

(3)本發(fā)明的一種失穩(wěn)后實(shí)現(xiàn)再懸浮的磁懸浮軸承控制系統(tǒng)的控制方法，其阻尼力控制模塊對(duì)步驟1)中采集到的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)子振動(dòng)位移信號(hào)x_s進(jìn)行處理，處理結(jié)果經(jīng)功率放大器后轉(zhuǎn)換為通過(guò)徑向磁懸浮軸承定子線圈內(nèi)的控制電流，進(jìn)而控制徑向磁懸浮軸承定子所產(chǎn)生的電磁力，使得轉(zhuǎn)子受到電磁阻尼力，以降低轉(zhuǎn)子的振動(dòng)幅值，能快速降低轉(zhuǎn)子在彈性支撐座支撐下沿支撐彈簧支撐方向的振動(dòng)幅值，使轉(zhuǎn)子回到定子中心，便于磁懸浮軸承系統(tǒng)恢復(fù)控制。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的一種失穩(wěn)后實(shí)現(xiàn)再懸浮的磁懸浮軸承控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的一種失穩(wěn)后實(shí)現(xiàn)再懸浮的磁懸浮軸承控制系統(tǒng)中彈性支撐座的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的一種失穩(wěn)后實(shí)現(xiàn)再懸浮的磁懸浮軸承控制系統(tǒng)的控制方法的示意圖。

示意圖中的標(biāo)號(hào)說(shuō)明：1、轉(zhuǎn)子；2、徑向磁懸浮軸承定子；3、軸向磁懸浮軸承定子；4、電機(jī)定子；5、徑向位移傳感器；6、軸向位移傳感器；7、功率放大器；8、滾珠軸承；9、彈性支撐座；91、可滑動(dòng)支撐座；92、固定支撐座；93、支撐彈簧；94、基座；95、電磁鐵。

具體實(shí)施方式

為進(jìn)一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

結(jié)合圖1和圖2，本實(shí)施例的一種失穩(wěn)后實(shí)現(xiàn)再懸浮的磁懸浮軸承控制系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)子1、徑向磁懸浮軸承定子2、軸向磁懸浮軸承定子3、電機(jī)定子4、徑向位移傳感器5、軸向位移傳感器6、控制器、功率放大器7和用于控制電機(jī)定子4的變頻器，軸向位移傳感器3和徑向位移傳感器5均與控制器連通，徑向磁懸浮軸承定子2和軸向磁懸浮軸承定子3內(nèi)的定子線圈均與功率放大器7相連，每個(gè)功率放大器7均與控制器連通，轉(zhuǎn)子1的兩端部位置處分別安裝有一個(gè)與隨轉(zhuǎn)子一并旋轉(zhuǎn)的滾珠軸承8，每個(gè)滾珠軸承8外均套設(shè)有彈性支撐座9，彈性支撐座9的使用，能在磁懸浮軸承失穩(wěn)后轉(zhuǎn)子出現(xiàn)大幅振動(dòng)時(shí)快速消除可滑動(dòng)支撐座9與滾珠軸承8外圈之間的保護(hù)間隙，大大地降低了轉(zhuǎn)子跌落后的沖擊力，并將轉(zhuǎn)子跌落后可能出現(xiàn)的高頻振動(dòng)轉(zhuǎn)化為沿支撐彈簧方向上的低頻振動(dòng)，便于電磁阻尼力的加入，以實(shí)現(xiàn)再懸?。粡椥灾巫?包括相對(duì)設(shè)置于滾珠軸承8左右兩側(cè)的兩個(gè)可滑動(dòng)支撐座91和相對(duì)設(shè)置于滾珠軸承8上下兩側(cè)的兩個(gè)固定支撐座92；兩個(gè)固定支撐座92均固定安裝，每個(gè)固定支撐座92的前端圓弧面與滾珠軸承8外圈之間均設(shè)有固定保護(hù)間隙；兩個(gè)可滑動(dòng)支撐座91均安裝在滑動(dòng)導(dǎo)軌，每個(gè)可滑動(dòng)支撐座91的前端圓弧面與滾珠軸承8外圈之間均設(shè)有可變保護(hù)間隙，每個(gè)可滑動(dòng)支撐座91的后端均通過(guò)支撐彈簧93與基座94相連；兩個(gè)可滑動(dòng)支撐座91之間設(shè)置有相對(duì)設(shè)置于上下兩側(cè)且與滑動(dòng)導(dǎo)軌相互平行布置的兩個(gè)電磁鐵95，每個(gè)電磁鐵95上均繞有由控制器控制的電磁線圈，電磁線圈通入電流后，電磁鐵95產(chǎn)生電磁吸引力，使得可滑動(dòng)支撐座91沿著滑動(dòng)導(dǎo)軌相向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而消除保護(hù)間隙，使得可滑動(dòng)支撐座91與滾珠軸承8合為一個(gè)整體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)巧妙，操作方便。

本發(fā)明的一種失穩(wěn)后實(shí)現(xiàn)再懸浮的磁懸浮軸承控制系統(tǒng)，通過(guò)在轉(zhuǎn)子兩端設(shè)置彈性支撐座，能在磁懸浮軸承失穩(wěn)后轉(zhuǎn)子出現(xiàn)大幅振動(dòng)時(shí)快速消除可滑動(dòng)支撐座與滾珠軸承外圈之間的保護(hù)間隙，大大地降低了轉(zhuǎn)子跌落后的沖擊力，并將轉(zhuǎn)子跌落后可能出現(xiàn)的高頻振動(dòng)轉(zhuǎn)化為沿支撐彈簧方向上的低頻振動(dòng)，便于電磁阻尼力的加入，以實(shí)現(xiàn)再懸浮。

結(jié)合圖3，本實(shí)施例的一種失穩(wěn)后實(shí)現(xiàn)再懸浮的磁懸浮軸承控制系統(tǒng)的控制方法，其步驟為：

1)構(gòu)建上述的一種失穩(wěn)后實(shí)現(xiàn)再懸浮的磁懸浮軸承控制系統(tǒng)；

2)使用徑向位移傳感器5采用磁懸浮軸承控制系統(tǒng)中徑向位移傳感器5對(duì)應(yīng)位置處的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)子振動(dòng)位移信號(hào)X_s；

3)將步驟2)中采集到的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)子振動(dòng)位移信號(hào)X_s分別輸入到設(shè)于控制器內(nèi)的轉(zhuǎn)子位置控制模塊、轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)評(píng)估模塊和阻尼力控制模塊；

4)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)評(píng)估模塊根據(jù)步驟2)中采集到的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)子振動(dòng)位移信號(hào)X_s估算出轉(zhuǎn)子在彈性支撐座9處的振動(dòng)位移，并與預(yù)先設(shè)定于轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)評(píng)估模塊內(nèi)的保護(hù)間隙相比較；

5)若根據(jù)步驟4)比較，發(fā)現(xiàn)估算出的振動(dòng)位移小于預(yù)先設(shè)定的保護(hù)間隙，說(shuō)明磁懸浮軸承控制系統(tǒng)處于正常情況，此時(shí)控制器內(nèi)轉(zhuǎn)子位置控制模塊控制通道被選通，同時(shí)阻尼力控制模塊控制通道以及彈性支撐座電磁線圈電流輸入通道處于被關(guān)閉狀態(tài)，控制器內(nèi)采用轉(zhuǎn)子位置控制模塊進(jìn)行控制；

6)轉(zhuǎn)子位置控制模塊對(duì)步驟2)中采集到的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)子振動(dòng)位移信號(hào)X_s進(jìn)行處理，處理結(jié)果經(jīng)功率放大器7后轉(zhuǎn)化為通過(guò)徑向磁懸浮軸承定子2中定子線圈內(nèi)的控制電流，進(jìn)而控制徑向磁懸浮軸承定子2所產(chǎn)生的電磁力，使得轉(zhuǎn)子1受到與轉(zhuǎn)子1偏離平衡位置方向相反的電磁吸引力合力；

步驟6)中轉(zhuǎn)子位置控制模塊進(jìn)行處理的步驟為：

6-1)將步驟2)中采集到的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)子振動(dòng)位移信號(hào)X_s轉(zhuǎn)換為實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)子振動(dòng)電壓信號(hào)后輸入到轉(zhuǎn)子位置控制模塊內(nèi)；

6-2)將實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)子振動(dòng)電壓信號(hào)與設(shè)定于轉(zhuǎn)子位置控制模塊內(nèi)當(dāng)轉(zhuǎn)子在徑向磁懸浮軸承定子2中心位置時(shí)徑向位移傳感器5測(cè)到的電壓信號(hào)u_d相減后，進(jìn)入PID或模糊PID或H∞等控制算法內(nèi)進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)計(jì)算后得到輸入到功率放大器內(nèi)的控制電壓

7)繼續(xù)執(zhí)行步驟2)、步驟3)、步驟4)、步驟5)和步驟6)，確保轉(zhuǎn)子維持在要穩(wěn)定懸浮的平衡位置；

8)若根據(jù)步驟4)比較，發(fā)現(xiàn)估算出的振動(dòng)位移大于或等于預(yù)先設(shè)定的保護(hù)間隙，且轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子振幅無(wú)減小趨勢(shì)時(shí)，說(shuō)明磁懸浮軸承控制系統(tǒng)出現(xiàn)短暫失控，此時(shí)控制器內(nèi)轉(zhuǎn)子位置控制模塊控制通道被關(guān)閉，彈性支撐座電磁線圈電流輸入通道被選通，阻尼力控制模塊控制通道保持關(guān)閉狀態(tài)，彈性支撐座9開(kāi)始工作；

9)彈性支撐座9中電磁線圈通入電流i₀后使得電磁鐵95產(chǎn)生吸合電磁力，吸引兩個(gè)可滑動(dòng)支撐座91沿著滑動(dòng)導(dǎo)軌相向運(yùn)動(dòng)，消除保護(hù)間隙，使得兩個(gè)可滑動(dòng)支撐座91與轉(zhuǎn)子1合為一整體在支撐彈簧93的支撐下沿著支撐彈簧93方向振動(dòng)；

10)當(dāng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)評(píng)估模塊結(jié)果顯示轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)已由原先高頻大幅振動(dòng)狀態(tài)變?yōu)檠刂螐椈?3方向運(yùn)動(dòng)的低頻較大幅度振動(dòng)時(shí)，阻尼力控制模塊控制通道被選通，彈性支撐座電磁線圈電流輸入通道保持被選通狀態(tài)，轉(zhuǎn)子位置控制模塊控制通道保持被關(guān)閉狀態(tài)，采用阻尼力控制模塊進(jìn)行控制；

11)阻尼力控制模塊對(duì)步驟2)中采集到的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)子振動(dòng)位移信號(hào)x_s進(jìn)行處理，處理結(jié)果經(jīng)功率放大器后轉(zhuǎn)換為通過(guò)徑向磁懸浮軸承定子2中定子線圈內(nèi)的控制電流，進(jìn)而控制徑向磁懸浮軸承定子2所產(chǎn)生的電磁力，使得轉(zhuǎn)子1受到電磁阻尼力，以降低轉(zhuǎn)子的振動(dòng)幅值，能快速降低轉(zhuǎn)子在彈性支撐座9支撐下沿支撐彈簧93方向的振動(dòng)幅值，使轉(zhuǎn)子1回到定子中心，便于磁懸浮軸承系統(tǒng)恢復(fù)控制；

步驟11)中阻尼力控制模塊進(jìn)行處理的步驟：

11-1)對(duì)步驟2)中采集到的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)子振動(dòng)位移信號(hào)X_s進(jìn)行處理獲得轉(zhuǎn)子沿彈性支撐座9中支撐彈簧93方向上的振動(dòng)位移；

11-2)對(duì)步驟11-1)中獲得的振動(dòng)位移相對(duì)時(shí)間進(jìn)行求導(dǎo)，得到沿支撐彈簧93方向上的振動(dòng)速度

11-3)對(duì)步驟11-2)中獲得振動(dòng)速度進(jìn)行歸一化處理即得到振動(dòng)速度方向；

11-4)步驟11-3)中得到振動(dòng)速度方向乘以磁懸浮軸承控制系統(tǒng)中產(chǎn)生徑向磁懸浮定子2內(nèi)定子線圈中偏置電流所需要的控制電壓負(fù)值-u_ref，得到輸入到功率放大器7內(nèi)的控制電壓；

12)繼續(xù)執(zhí)行2)、3)、4)、11)，直到轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)評(píng)估模塊結(jié)果顯示監(jiān)測(cè)到轉(zhuǎn)子軸心運(yùn)動(dòng)軌跡沒(méi)有超出預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)子軸心軌跡邊界圓，就將阻尼力控制模塊控制通道以及彈性支撐座電磁線圈電流輸入通道關(guān)閉，彈性支撐座中兩個(gè)可滑動(dòng)支撐座在支撐彈簧的作用下沿著滑動(dòng)導(dǎo)軌相反方向運(yùn)動(dòng)，恢復(fù)到初始狀態(tài)，轉(zhuǎn)子位置控制模塊控制通道被選通，采用轉(zhuǎn)子位置控制模塊進(jìn)行控制，執(zhí)行步驟6)和步驟7)，以使得轉(zhuǎn)子恢復(fù)到要穩(wěn)定懸浮的平衡位置，實(shí)現(xiàn)再懸浮。

本實(shí)施例中功率放大器包括電壓誤差信號(hào)處理電路、PWM信號(hào)發(fā)生電路、半橋功率電路和電流采樣電路，電壓誤差信號(hào)處理電路對(duì)輸入的電壓控制信號(hào)和反饋的電壓反饋信號(hào)進(jìn)行求差運(yùn)算，對(duì)所得到的差值進(jìn)行PI控制算法后輸出至PWM信號(hào)發(fā)生電路，其中輸入的電壓控制信號(hào)為產(chǎn)生偏置電流I₀所對(duì)應(yīng)的偏置電壓u_ref加上控制器輸出的控制電壓、產(chǎn)生偏置電流I₀所對(duì)應(yīng)的偏置電壓u_ref減去控制器輸出的控制電壓；PWM信號(hào)發(fā)生電路對(duì)來(lái)自電壓誤差信號(hào)處理電路的信號(hào)進(jìn)行PWM調(diào)制處理，半橋功率電路對(duì)來(lái)自PWM信號(hào)發(fā)生電路的信號(hào)進(jìn)行處理后獲得通過(guò)徑向磁懸浮軸承定子2中定子線圈內(nèi)的控制電流；電流采樣電路用于檢測(cè)通過(guò)徑向磁懸浮軸承定子線圈內(nèi)的控制電流的大小。

本發(fā)明的一種失穩(wěn)后實(shí)現(xiàn)再懸浮的磁懸浮軸承控制系統(tǒng)的控制方法，在磁懸浮軸承系統(tǒng)正常工作時(shí)控制器內(nèi)采用轉(zhuǎn)子位置控制模塊進(jìn)行控制，使得轉(zhuǎn)子受到與轉(zhuǎn)子偏離平衡位置方向相反的電磁吸引力合力，用于確保轉(zhuǎn)子維持在要穩(wěn)定懸浮的平衡位置，在磁懸浮軸承系統(tǒng)出現(xiàn)短暫失控后，控制器內(nèi)先關(guān)閉轉(zhuǎn)子位置控制模塊，控制彈性支撐座工作，使得原先高頻大幅振動(dòng)狀態(tài)變?yōu)檠刂螐椈煞较蜻\(yùn)動(dòng)的低頻較大幅度振動(dòng)，再采用阻尼力控制模塊進(jìn)行控制，使得轉(zhuǎn)子受到電磁阻尼力，以降低轉(zhuǎn)子的振動(dòng)幅值，最后將使得彈性支撐座停止工作，阻尼力控制模塊切換為轉(zhuǎn)子位置控制模塊使得轉(zhuǎn)子恢復(fù)到要穩(wěn)定懸浮的平衡位置，實(shí)現(xiàn)再懸浮，區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)需要降低轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速才能實(shí)現(xiàn)再懸浮的目的，操作便捷，提高了系統(tǒng)的整體性能。

以上示意性的對(duì)本發(fā)明及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該描述沒(méi)有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實(shí)施方式之一，實(shí)際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實(shí)施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。