本實(shí)用新型涉及一種智能化磁懸浮電主軸裝置，屬于電主軸控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

磁懸浮電主軸是利用可控電磁力作用將轉(zhuǎn)子或軸穩(wěn)定懸浮于空間的一種新型高性能軸承。與傳統(tǒng)軸承相比，磁懸浮電主軸具有無接觸、無磨損、無摩擦、使用壽命長和維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，可以將磁軸承應(yīng)用到高溫、強(qiáng)腐蝕惡劣環(huán)境中，可容許轉(zhuǎn)子達(dá)到很高的轉(zhuǎn)速。正因?yàn)槿绱?，磁懸浮軸承技術(shù)已引起世界各國科學(xué)界和工業(yè)界的特別關(guān)注，并逐步應(yīng)用到了真空和潔凈空間系統(tǒng)、機(jī)械制造工具、醫(yī)療設(shè)備、透平機(jī)械、超導(dǎo)磁軸承等領(lǐng)域。

磁懸浮系統(tǒng)是一種復(fù)雜的強(qiáng)非線性、系統(tǒng)模型不確定系統(tǒng)，其性能如剛度、阻尼及穩(wěn)定性等的好壞很大程度上取決于所采用控制器的控制算法。并且，它的核心技術(shù)以及關(guān)鍵難題就是轉(zhuǎn)子的懸浮控制器的設(shè)計(jì)問題。在磁懸浮系統(tǒng)的研究中，單自由度磁懸浮系統(tǒng)為典型的磁懸浮系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)。因此對單自由度磁懸浮系統(tǒng)的研究是研究磁懸浮技術(shù)的一種簡單而有效的方法，是進(jìn)行多自由度磁懸浮控制系統(tǒng)技術(shù)研究的基礎(chǔ)，對非接觸式位置傳感以及磁懸浮先進(jìn)控制算法等方面的研究有著重要的意義。

對智能型磁懸浮電主軸系統(tǒng)產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行理論分析，并在技術(shù)解決方法上開展研究，可使磁懸浮軸承技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用方面趨于成熟，為磁懸浮技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供理論和技術(shù)依據(jù)。另外，磁懸浮軸承具有無機(jī)械摩擦、無需潤滑等特點(diǎn)，可以極大的改善工作條件和保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境，符合機(jī)電產(chǎn)品的綠色設(shè)計(jì)和清潔制造等要求，將會成為本世紀(jì)新型機(jī)電產(chǎn)品的熱點(diǎn)，在產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也會產(chǎn)生巨大的社會效益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種智能化磁懸浮電主軸裝置，能夠自動跟蹤差動式電磁線圈的瞬時(shí)電流，并補(bǔ)正順勢電流的誤差，使得磁懸浮裝置更加穩(wěn)定。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供一種智能化磁懸浮電主軸裝置，包括控制器、非線性功率放大器、電機(jī)定子、若干個(gè)徑向軸承、若干個(gè)保護(hù)軸承、若干個(gè)推力軸承、轉(zhuǎn)軸、若干個(gè)位移傳感器和軸殼；

所述控制器分別電連接所述非線性功率放大器、若干個(gè)所述位移傳感器，所述非線性功率放大器分別電連接所述電機(jī)定子、若干個(gè)所述徑向軸承和若干個(gè)所述推力軸承；

所述電機(jī)定子、所述若干個(gè)徑向軸承、若干個(gè)所述保護(hù)軸承、若干個(gè)所述推力軸承、所述轉(zhuǎn)軸、若干個(gè)所述位移傳感器均位于所述軸殼中；

所述電機(jī)定子、若干個(gè)所述徑向軸承、若干個(gè)所述保護(hù)軸承和若干個(gè)所述推力軸承均分別套設(shè)在所述轉(zhuǎn)軸上，所述電機(jī)定子、若干個(gè)所述徑向軸承、若干個(gè)所述保護(hù)軸承和若干個(gè)所述推力軸承均固定連接所述軸殼，所述電機(jī)定子、若干個(gè)所述徑向軸承、若干個(gè)所述保護(hù)軸承、若干個(gè)所述推力軸承與所述轉(zhuǎn)軸均同軸設(shè)置；

若干個(gè)所述位移傳感器包括若干個(gè)用于檢測所述轉(zhuǎn)軸徑向位移的徑向傳感器和若干個(gè)用于檢測所述轉(zhuǎn)軸軸向位移的軸向傳感器，若干個(gè)所述徑向傳感器豎向固定連接所述軸殼，若干個(gè)所述軸向傳感器橫向固定連接所述軸殼。

優(yōu)先地，所述轉(zhuǎn)軸為臺階軸，所述轉(zhuǎn)軸包括第一轉(zhuǎn)軸、第二轉(zhuǎn)軸、第三轉(zhuǎn)軸、第四轉(zhuǎn)軸、第五轉(zhuǎn)軸、第六轉(zhuǎn)軸、第七轉(zhuǎn)軸和第八轉(zhuǎn)軸；第一轉(zhuǎn)軸、第二轉(zhuǎn)軸、第三轉(zhuǎn)軸、第四轉(zhuǎn)軸、第五轉(zhuǎn)軸、第六轉(zhuǎn)軸、第七轉(zhuǎn)軸和第八轉(zhuǎn)軸依次沿直線首位相互固定連接，所述第四轉(zhuǎn)軸直徑＞所述第三轉(zhuǎn)軸直徑＞所述第二轉(zhuǎn)軸直徑＞所述第一轉(zhuǎn)軸直徑，所述第四轉(zhuǎn)軸直徑＞所述第五轉(zhuǎn)軸直徑＞所述第六轉(zhuǎn)軸直徑＞所述第七轉(zhuǎn)軸直徑＞所述第八轉(zhuǎn)軸直徑。

優(yōu)先地，包括兩個(gè)法蘭盤、兩個(gè)徑向傳感器和一個(gè)軸向傳感器，兩個(gè)法蘭盤包括左法蘭盤和右法蘭盤，兩個(gè)徑向傳感器包括左徑向傳感器和右徑向傳感器，所述左法蘭盤套設(shè)在所述第二轉(zhuǎn)軸上，所述右法蘭盤套設(shè)在第七轉(zhuǎn)軸上，所述左法蘭盤、所述右法蘭盤均固定連接所述軸殼；所述左徑向傳感器、所述軸向傳感器均固定設(shè)置在所述左法蘭盤上，所述左徑向傳感器位于所述第二轉(zhuǎn)軸的上方，所述軸向傳感器位于所述第二轉(zhuǎn)軸的下方，所述右徑向傳感器固定設(shè)置在所述右法蘭盤上，所述右徑向傳感器位于所述第七轉(zhuǎn)軸的上方。

優(yōu)先地，包括兩個(gè)保護(hù)軸承、兩個(gè)徑向軸承和兩個(gè)推力軸承，一所述保護(hù)軸承套設(shè)在所述第一轉(zhuǎn)軸上，另一所述保護(hù)軸承套設(shè)在第八轉(zhuǎn)軸上，一所述徑向軸承套設(shè)在所述第三轉(zhuǎn)軸上，另一所述徑向軸承套設(shè)在所述第七轉(zhuǎn)軸上，兩個(gè)所述推力軸承均套設(shè)在所述第四轉(zhuǎn)軸上。

優(yōu)先地，包括刀具，所述刀具可拆卸固定連接所述轉(zhuǎn)軸的左端。

優(yōu)先地，包括出水口、入水口和水管，所述出水口連通所述水管的上端，所述入水口連通所述水管的下端，所述水管位于所述軸殼中，所述水管纏繞所述軸殼的內(nèi)壁，所述水管位于所述電機(jī)定子的外側(cè)。

優(yōu)先地，所述位移傳感器為渦流傳感器。

優(yōu)先地，所述電機(jī)定子包括差動式電磁線圈，所述差動式電磁線圈包括上線圈和下線圈，所述上線圈和下線圈均固定設(shè)置在所述電機(jī)定子中。

本實(shí)用新型所達(dá)到的有益效果：

(1)本實(shí)用新型中磁懸浮軸承具有無機(jī)械摩擦、無需潤滑等特點(diǎn)，使用壽命長，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本；可以極大的改善工作條件和保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境，符合機(jī)電產(chǎn)品的綠色設(shè)計(jì)和清潔制造等要求，將會成為本世紀(jì)新型機(jī)電產(chǎn)品的熱點(diǎn)，在產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也會產(chǎn)生巨大的社會效益。

(2)解決了主動磁懸浮電主軸運(yùn)行過程中受到擾動而不穩(wěn)定的問題，這為主動磁懸浮電主軸的實(shí)際應(yīng)用提供了理論依據(jù)；這可將系統(tǒng)的數(shù)字控制器做成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的部件，為實(shí)現(xiàn)主動磁懸浮電主軸系統(tǒng)的免調(diào)試、大批量生產(chǎn)和應(yīng)用提供了更好的技術(shù)支持；通過自適應(yīng)滑?？刂品椒?，進(jìn)一步提高磁懸浮電主軸的抗擾性能及魯棒性；本實(shí)用新型提供了智能型磁懸浮電主軸系統(tǒng)中對非線性對象進(jìn)行處理的方法，對控制決策的改善、運(yùn)算速度的提高、控制性能的增強(qiáng)為擴(kuò)大穩(wěn)定域帶來一定的幫助；利用非線性曲線簇跟蹤補(bǔ)償方法的非線性功率放大器，進(jìn)一步地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性及動態(tài)性能。

(2)本實(shí)用新型中保護(hù)軸承對轉(zhuǎn)軸、徑向軸承起到了保護(hù)作用，推力軸承起到對轉(zhuǎn)軸軸向限位及支承的作用；水管對電機(jī)定子、徑向軸承、轉(zhuǎn)軸起到了降溫的作用。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中主動型磁懸浮系統(tǒng)的原理框圖；

圖2是本實(shí)用新型中智能化磁懸浮電主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；

圖3是本實(shí)用新型中軸向電磁鐵的結(jié)構(gòu)圖；

圖4是本實(shí)用新型中徑向電磁鐵的結(jié)構(gòu)圖；

圖5是本實(shí)用新型中非線性功率放大器的原理框圖；

圖6是本實(shí)用新型中外部電路模塊的結(jié)構(gòu)圖。

附圖中標(biāo)記含義，1-保護(hù)軸承；2-徑向傳感器；3-徑向軸承；4-推力軸承；5-電機(jī)定子； 6-出水口；7-入水口；8-轉(zhuǎn)軸；9-軸殼；10-軸向傳感器；11-刀具；12-水管；21-第一轉(zhuǎn)軸；22-第二轉(zhuǎn)軸；23-第三轉(zhuǎn)軸；24-第四轉(zhuǎn)軸；25-第五轉(zhuǎn)軸；26-第六轉(zhuǎn)軸；27-第七轉(zhuǎn)軸；28- 第八轉(zhuǎn)軸。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而不能以此來限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。

本實(shí)用新型提供一種智能化磁懸浮電主軸裝置，包括控制器(未示出)、非線性功率放大器(未示出)、電機(jī)定子5、若干個(gè)徑向軸承3、若干個(gè)保護(hù)軸承1、若干個(gè)推力軸承4、轉(zhuǎn)軸 8、若干個(gè)位移傳感器和軸殼9；

所述控制器分別電連接所述非線性功率放大器、若干個(gè)所述位移傳感器，所述非線性功率放大器分別電連接所述電機(jī)5定子、若干個(gè)所述徑向軸承3和若干個(gè)所述推力軸承4；

所述電機(jī)定子5、所述若干個(gè)徑向軸承3、若干個(gè)所述保護(hù)軸承1、若干個(gè)所述推力軸承 4、所述轉(zhuǎn)軸8、若干個(gè)所述位移傳感器均位于所述軸殼9中；

所述電機(jī)定子5、若干個(gè)所述徑向軸承3、若干個(gè)所述保護(hù)軸承1和若干個(gè)所述推力軸承 4均分別套設(shè)在所述轉(zhuǎn)軸8上，所述電機(jī)定子5、若干個(gè)所述徑向軸承3、若干個(gè)所述保護(hù)軸承1和若干個(gè)所述推力軸承4均固定連接所述軸殼9，所述電機(jī)定子5、若干個(gè)所述徑向軸承 3、若干個(gè)所述保護(hù)軸承1、若干個(gè)所述推力軸承4與所述轉(zhuǎn)軸8均同軸設(shè)置；

若干個(gè)所述位移傳感器包括若干個(gè)用于檢測所述轉(zhuǎn)軸8徑向位移的徑向傳感器和若干個(gè)用于檢測所述轉(zhuǎn)軸8軸向位移的軸向傳感器，若干個(gè)所述徑向傳感器豎向固定連接所述軸殼 9，若干個(gè)所述軸向傳感器橫向固定連接所述軸殼9。

進(jìn)一步地，本實(shí)用新型中所述轉(zhuǎn)軸8為臺階軸，所述轉(zhuǎn)軸8包括第一轉(zhuǎn)軸21、第二轉(zhuǎn)軸 22、第三轉(zhuǎn)軸23、第四轉(zhuǎn)軸24、第五轉(zhuǎn)軸25、第六轉(zhuǎn)軸26、第七轉(zhuǎn)軸27和第八轉(zhuǎn)軸28；第一轉(zhuǎn)軸21、第二轉(zhuǎn)軸22、第三轉(zhuǎn)軸23、第四轉(zhuǎn)軸24、第五轉(zhuǎn)軸25、第六轉(zhuǎn)軸26、第七轉(zhuǎn)軸27和第八轉(zhuǎn)軸28依次沿直線首位相互固定連接，所述第四轉(zhuǎn)軸24直徑＞所述第三轉(zhuǎn)軸 23直徑＞所述第二轉(zhuǎn)軸22直徑＞所述第一轉(zhuǎn)軸21直徑，所述第四轉(zhuǎn)軸24直徑＞所述第五轉(zhuǎn)軸25直徑＞所述第六轉(zhuǎn)軸26直徑＞所述第七轉(zhuǎn)軸27直徑＞所述第八轉(zhuǎn)軸28直徑。

進(jìn)一步地，本實(shí)用新型中包括兩個(gè)法蘭盤(未示出)、兩個(gè)徑向傳感器2和一個(gè)軸向傳感器10，兩個(gè)法蘭盤包括左法蘭盤和右法蘭盤，兩個(gè)徑向傳感器2包括左徑向傳感器和右徑向傳感器，所述左法蘭盤套設(shè)在所述第二轉(zhuǎn)軸22上，所述右法蘭盤套設(shè)在第七轉(zhuǎn)軸27上，所述左法蘭盤、所述右法蘭盤均固定連接所述軸殼9；所述左徑向傳感器、所述軸向傳感器10 均固定設(shè)置在所述左法蘭盤上，所述左徑向傳感器位于所述第二轉(zhuǎn)軸22的上方，所述軸向傳感器10位于所述第二轉(zhuǎn)軸22的下方，所述右徑向傳感器固定設(shè)置在所述右法蘭盤上，所述右徑向傳感器位于所述第七轉(zhuǎn)軸27的上方。

進(jìn)一步地，本實(shí)用新型中包括兩個(gè)保護(hù)軸承1、兩個(gè)徑向軸承3和兩個(gè)推力軸承4，一所述保護(hù)軸承1套設(shè)在所述第一轉(zhuǎn)軸21上，另一所述保護(hù)軸承1套設(shè)在第八轉(zhuǎn)軸28上，一所述徑向軸承3套設(shè)在所述第三轉(zhuǎn)軸23上，另一所述徑向軸承3套設(shè)在所述第七轉(zhuǎn)軸27上，兩個(gè)所述推力軸承4均套設(shè)在所述第四轉(zhuǎn)軸24上。

進(jìn)一步地，本實(shí)用新型中包括刀具11，所述刀具11可拆卸固定連接所述轉(zhuǎn)軸8的左端。

進(jìn)一步地，本實(shí)用新型中包括出水口6、入水口7和水管12，所述出水口6連通所述水管12的上端，所述入水口7連通所述水管12的下端，所述水管12位于所述軸殼9中，所述水管12纏繞所述軸殼9的內(nèi)壁，所述水管12位于所述電機(jī)定子5的外側(cè)。

進(jìn)一步地，本實(shí)用新型中所述位移傳感器為渦流傳感器。

套設(shè)在第三轉(zhuǎn)軸23的徑向軸承3與套設(shè)在第七轉(zhuǎn)軸27上的徑向軸承3直徑不同，根據(jù)第三轉(zhuǎn)軸23、第七轉(zhuǎn)軸27的大小選擇合適的尺寸！

進(jìn)一步地，所述電機(jī)定子5包括差動式電磁線圈，所述差動式電磁線圈包括上線圈和下線圈，所述上線圈和下線圈均固定設(shè)置在所述電機(jī)定子5中。

一個(gè)典型的主動型磁懸浮電主軸的組成部分及其功能如圖1所示。其中包含渦流傳感器，用于測出轉(zhuǎn)軸偏離參考點(diǎn)的位置；控制器，通過微處理器將渦流傳感器檢測的位移變換成控制信號；數(shù)字化非線性曲線族跟蹤型功率放大器，是在基本非線性功率放大器的基礎(chǔ)上，通過不同的瞬時(shí)電流值及電流動態(tài)記憶，按數(shù)字化B-H族規(guī)律將控制信號轉(zhuǎn)換成控制電流，使執(zhí)行磁鐵產(chǎn)生磁力從而使轉(zhuǎn)軸維持其懸浮位置不變。一個(gè)實(shí)際的轉(zhuǎn)軸需要多個(gè)磁鐵組成，檢測傳感器也應(yīng)該是多個(gè)。

以磁懸浮電主軸為例，系統(tǒng)有4個(gè)徑向自由度及1個(gè)軸向自由度。由控制器通過功率放大器去驅(qū)動差動電磁鐵線圈的電流，來調(diào)整轉(zhuǎn)軸軸的平衡位置。高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)一旦轉(zhuǎn)軸位置改變，控制器就會通過調(diào)整相應(yīng)電磁鐵中的電流使轉(zhuǎn)軸軸保持在中間位置。主動磁懸浮軸承是一個(gè)典型的機(jī)電一體化控制系統(tǒng)，其本質(zhì)是強(qiáng)烈非線性(磁浮力正比于電流的平方、反比于偏移量的平方，電感、磁滯因素等)的，因此其控制問題變得復(fù)雜而又富有代表性。磁懸浮軸承正成為非線性控制領(lǐng)域中一個(gè)非常典型的對象。控制方式對磁懸浮軸承來說，如同軟件技術(shù)在計(jì)算機(jī)中的地位一樣，吸引了大量的注意力和耗費(fèi)大部分研究工作量。

由于磁懸浮控制系統(tǒng)是典型的非線性本質(zhì)不穩(wěn)定和參數(shù)不確定系統(tǒng),這些對于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和剛度都是不利的。

由于磁懸浮控制系統(tǒng)是典型的非線性本質(zhì)不穩(wěn)定和參數(shù)不確定系統(tǒng),這些對于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和剛度都是不利的。

差動電磁鐵產(chǎn)生的電磁力如式(1)

以往的磁懸浮電主軸系統(tǒng)中，往往不考慮鐵芯材料的非線性影響，把鐵芯的導(dǎo)磁率μ當(dāng)作固定的，本發(fā)明中，在基本非線性功放處理中把原來固定的磁導(dǎo)率按照數(shù)字化B-H曲線簇上的一根曲線進(jìn)行補(bǔ)償。

實(shí)際上不但鐵芯的導(dǎo)磁率μ并非常數(shù)，因數(shù)字化B-H曲線是一個(gè)曲線族，當(dāng)受沖擊性負(fù)載時(shí)，工作點(diǎn)還會突變至曲線族上的其他曲線(如圖3)，本發(fā)明就是通過快響應(yīng)電流跟蹤的辦法快速地確定工作點(diǎn)所在的數(shù)字化B-H曲線。吸力增量ΔF與線圈電流的關(guān)系就不符合公式 (1)，如式(2)：

此時(shí)的μ_s為上線圈鐵芯中瞬時(shí)導(dǎo)磁率、μ_x為下線圈鐵芯中瞬時(shí)導(dǎo)磁率，ΔF與式(1)中的ΔF相差較大。這就是與早期的非線性功放的區(qū)別所在。

通過非線性補(bǔ)償把差動電磁鐵的對象等效為線性對象，可以寫為：

其中，F(xiàn)為不確定的擾動信號。

定義李雅普諾夫函數(shù)

其中，為F的估計(jì)值，為一個(gè)正的常數(shù)，那么

設(shè)計(jì)自適應(yīng)控制器為

設(shè)計(jì)的自適應(yīng)控制律為：

由公式(4)-(7)，可以得到

其中：

基本非線性功率放大器解決的關(guān)鍵問題鐵芯材料非線性是客觀存在的，這種非線性一定程度上影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定域，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)很難抵御較大的擾動，但增加非線性曲線族跟蹤后，對抵御較大擾動有明顯改進(jìn)。欲使系統(tǒng)穩(wěn)定域擴(kuò)大，要解決的關(guān)鍵問題是：用“數(shù)字化非線性功率放大”的辦法，使被控對象與驅(qū)動器合成一個(gè)線性系統(tǒng)，這樣主動磁懸浮控制器就相當(dāng)于在線性系統(tǒng)下工作，對控制決策的改善、運(yùn)算速度的提高、控制性能的增強(qiáng)、最終為擴(kuò)大穩(wěn)定域帶來一定的幫助。

這一關(guān)鍵問題可以展開為以下三點(diǎn)：①在系統(tǒng)前向通道中，采用非線性功率放大來抵消鐵芯非線性影響，使控制器的控制對象等效成為一個(gè)線性系統(tǒng)，從而改變了控制決策，形成一個(gè)新的控制模型。②用數(shù)字化方法解決非線性曲線族的補(bǔ)償問題。這一算法和技術(shù)將會對今后的主動磁懸浮系統(tǒng)設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值。③解決快響應(yīng)電流跟蹤的辦法使之快速地確定工作點(diǎn)所在的數(shù)字化B-H曲線的問題。

如圖2所示，外部電路模塊主要包括保護(hù)軸承、徑向軸承、軸向軸承。保護(hù)軸承起到限位保護(hù)的作用，采用滾輪或類似結(jié)構(gòu)，分上和下兩部分成對使用。徑向軸承采用成對電磁單元，組成差動工作模式，產(chǎn)生作用于轉(zhuǎn)軸上的電磁力，無任何直接物理接觸，如圖4所示。如圖3所示，軸向軸承采用永磁單元，是懸浮狀態(tài)磁場力的主要提供者，用來減小電磁單元的支承要求。

一種智能化磁懸浮電主軸系統(tǒng)，包括控制器和位移信號轉(zhuǎn)換電路、非線性功率放大器和外部電路模塊；所述非線性功率放大器包括數(shù)字化曲線簇跟蹤模塊、非線性數(shù)字化補(bǔ)償模塊、輸出信號轉(zhuǎn)換器模塊、輸出電路模塊、非線性補(bǔ)償數(shù)據(jù)庫模塊、補(bǔ)償參數(shù)確定模塊、材料參數(shù)模塊、輸入接口模塊和位置信號模塊，所述外部電路模塊包括轉(zhuǎn)軸、電機(jī)定子和用于檢測轉(zhuǎn)軸位移的傳感器模塊，所述電機(jī)定子包括差動式電磁線圈，所述差動式電磁線圈包括上線圈和下線圈；所述控制器的輸入信號來自位移信號轉(zhuǎn)換電路的輸出，所述控制器的輸出端連接所述非線性功率放大器的輸入端，所述位移信號轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接所述傳感器模塊的輸出端；

所述數(shù)字化曲線簇跟蹤模塊的輸入端連接所述傳感器模塊的輸出端，所述數(shù)字化曲線簇跟蹤模塊的輸出端連接非線性數(shù)字化補(bǔ)償模塊的輸入端，

所述非線性數(shù)字化補(bǔ)償模塊的輸出端連接所述輸出信號轉(zhuǎn)換器模塊的輸入端，所述輸出信號轉(zhuǎn)換器模塊的上路輸出端、下路輸出端均連接所述輸出電路模塊的輸入端，所述輸出電路模塊的輸出端分別連接所述上線圈、所述下線圈，

所述差動式電磁線圈的反饋信號分別連接所述輸出信號轉(zhuǎn)換器模塊的輸入端和所述補(bǔ)償參數(shù)確定模塊的輸入端，所述傳感器模塊的輸出端分別連接所述位置信號模塊的輸入端和所述數(shù)字化曲線簇跟蹤模塊的輸入端，

所述位置信號模塊的輸出端連接所述輸入接口模塊的輸入端，所述輸入接口模塊的輸出端、所述材料參數(shù)模塊的輸出端分別連接所述補(bǔ)償參數(shù)確定模塊的輸入端，所述補(bǔ)償參數(shù)確定模塊的輸出端連接所述非線性補(bǔ)償數(shù)據(jù)庫模塊的輸入端，所述非線性補(bǔ)償數(shù)據(jù)庫模塊的輸出端連接所述非線性數(shù)字化補(bǔ)償模塊的輸入端；

所述位置信號模塊對所述傳感器模塊檢測的位置信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后將位置信號傳遞給所述輸入接口模塊，所述輸入接口模塊將位置信號傳送給所述補(bǔ)償參數(shù)確定模塊；

所述材料參數(shù)模塊中材料性能測試結(jié)果生成的數(shù)據(jù)表，所述材料參數(shù)模塊為所述補(bǔ)償參數(shù)確定模塊提供材料參數(shù)；

所述數(shù)字化曲線簇跟蹤模塊跟蹤來自所述差動式電磁線圈的瞬時(shí)電流，所述數(shù)字化曲線簇跟蹤模塊存儲電流的動態(tài)記憶、數(shù)字化B-H曲線簇和轉(zhuǎn)軸的間隙變化值，通過瞬時(shí)電流、電流的動態(tài)記憶和轉(zhuǎn)軸的間隙變化值確定所述差動式電磁線圈的導(dǎo)磁率在數(shù)字化B-H曲線簇中動態(tài)工作點(diǎn)的轉(zhuǎn)折處特征和過零點(diǎn)特征，所述數(shù)字化曲線簇跟蹤模塊記憶電流變化量并跟蹤外部電路模塊中的B-H值與數(shù)字化B-H曲線簇之間誤差，然后根據(jù)材料參數(shù)糾正現(xiàn)有的瞬時(shí)電流誤差；

所述非線性數(shù)字化補(bǔ)償模塊根據(jù)所述差動式電磁線圈的瞬時(shí)電流和所述傳感器模塊的位移信號建立數(shù)據(jù)庫，依據(jù)數(shù)字化B-H曲線簇中呈現(xiàn)的非線性規(guī)律，通過所述差動式電磁線圈的瞬時(shí)電流、材料參數(shù)、所述轉(zhuǎn)軸的位置增量變化以及磁力公式與磁性材料的磁導(dǎo)率、電流、線圈匝數(shù)等之間的關(guān)系進(jìn)行反向推導(dǎo)差動電磁鐵線圈中的瞬時(shí)電流補(bǔ)償量，使得非線性系統(tǒng)等效為線性系統(tǒng)，列出相應(yīng)的數(shù)據(jù)查詢表；該數(shù)據(jù)查詢表用于非線性補(bǔ)償，針對不同的材料有不同的表，表的數(shù)據(jù)由磁性材料的B-H曲線實(shí)驗(yàn)所得。

所述輸出信號轉(zhuǎn)換器模塊根據(jù)來自所述非線性數(shù)字化補(bǔ)償模塊的補(bǔ)償量調(diào)節(jié)所述差動式電磁線圈的電流值，所述輸出信號轉(zhuǎn)換器模塊每隔一個(gè)周期時(shí)間S實(shí)時(shí)檢測來自所述差動式電磁線圈的瞬時(shí)電流、所述轉(zhuǎn)軸的位置變化量；

所述輸出電路模塊輸出經(jīng)過所述輸出信號轉(zhuǎn)換器模塊處理后的電流值給外部電路模塊；

所述補(bǔ)償參數(shù)確定模塊根據(jù)所述材料參數(shù)模塊提供的材料參數(shù)、來自所述差動式電磁線圈的瞬時(shí)電流信號和來自所述輸入接口模塊的位置信號確定補(bǔ)償參數(shù)；

確定補(bǔ)償參數(shù)過程：根據(jù)材料類型從數(shù)據(jù)查詢表中調(diào)出相應(yīng)的B-H曲線族；根據(jù)電流和線圈匝數(shù)計(jì)算磁場強(qiáng)度H；根據(jù)磁場強(qiáng)度H歷史軌跡找到曲線族中的工作曲線；再根據(jù)瞬時(shí)電流值和線圈匝數(shù)在這條曲線上找到工作點(diǎn)，根據(jù)線性化要求，設(shè)定新的工作點(diǎn)，在新的工作點(diǎn)上查得新的磁場強(qiáng)度H，然后倒推出新的電流，將電流輸出到電磁線圈，即完成補(bǔ)償。

所述外部電路模塊用于實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸的懸??；

所述非線性補(bǔ)償數(shù)據(jù)庫模塊根據(jù)所述差動式電磁線圈電磁力在數(shù)字化B-H曲線呈現(xiàn)的特征得到相應(yīng)的補(bǔ)償數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲，將補(bǔ)償數(shù)據(jù)提供給所述非線性數(shù)字化補(bǔ)償模塊。

進(jìn)一步地，所述材料參數(shù)模塊為所述補(bǔ)償參數(shù)確定模塊提供的所述材料參數(shù)包括差動式電磁線圈中鐵芯材料的材質(zhì)、長度和直徑；所述周期時(shí)間S＝2～3ns。

進(jìn)一步地，所述控制器的控制算法采用自適應(yīng)滑模控制算法，所述控制器型號為 DSPTMS320F28335，所述位置信號模塊包括DSP高度處理器。

進(jìn)一步地，所述材料參數(shù)模塊為所述補(bǔ)償參數(shù)確定模塊提供的材料參數(shù)包括材料樣本采集的B-H曲線簇，線圈匝數(shù)、質(zhì)量值、差動式電磁線圈中所述上線圈和所述下線圈之間的間隙值、飽和磁化強(qiáng)度、剩余磁化強(qiáng)度、矯頑力、磁通密度、磁導(dǎo)率；所述差動式電磁線圈的磁芯材質(zhì)相關(guān)參數(shù)包括磁芯材料規(guī)格、剩磁特征點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度和矯頑磁力特征點(diǎn)處的磁場強(qiáng)度。

進(jìn)一步地，所述非線性補(bǔ)償數(shù)據(jù)庫模塊的輸入信號為與磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁場強(qiáng)度H相關(guān)的參數(shù)，述非線性補(bǔ)償數(shù)據(jù)庫模塊的輸入信號包括差動式電磁線圈的瞬時(shí)電流、差動式電磁線圈的線圈匝數(shù)、差動式電磁線圈的半徑。

電機(jī)定子5固定在軸殼9上，徑向軸承3、推力軸承4、保護(hù)軸承1都由軸殼9來支承，位移傳感器固定在法蘭盤上。電機(jī)定子5繞組由變頻器供電，變頻器為通用高頻變頻器，最高頻率1000Hz，徑向軸承、推力軸承的線圈都由非線性功率放大器來供電及控制。

保護(hù)軸承1的作用：系統(tǒng)出現(xiàn)斷電及其他故障時(shí)，轉(zhuǎn)軸8跌落在保護(hù)軸承1上，起到對徑向軸承3的保護(hù)作用，推力軸承4起到對轉(zhuǎn)軸8軸向限位及支承的作用。

工作過程：徑向傳感器2檢測磁懸浮電主軸的位移，此位移信號送入控制器中，控制器將此信號與本實(shí)用新型平衡時(shí)的位移相比較，得到偏差信號，經(jīng)過控制算法計(jì)算得到控制信號并送入到非線性功率放大器，輸出的電流控制信號調(diào)節(jié)電機(jī)定子5產(chǎn)生的電磁力，從而調(diào)節(jié)磁懸浮電主軸的位置。

以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。