CN105545955B - 一种基于力反馈控制的磁力轴承 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于力反馈控制的磁力轴承，通过测量出辅助轴承对磁力轴承所施加的支承力，依据辅助轴承受力为零的原则，控制电磁支承组件的电流大小，从而调节其对转轴产生的电磁力，从而使得辅助轴承对转轴的支撑力在存在未知干扰力的情况下近似为零，减少了辅助轴承与转轴之间产生不确定破坏力的可能。提高了磁力轴承的使用可靠度。
Description
技术领域
本发明涉及轴承技术领域，具体的涉及一种基于力反馈控制的磁力轴承。
背景技术
机构的圆周旋转运动极为普通，轴承得到广泛应用。应用最为普遍的是机械接触式轴承，包括向心球轴承、角接触轴承、滑动轴承等，此类轴承最大特点是有机械直接接触，接触时相互间有径向压力，从而会有一定的摩擦力，因此会导致较大的发热与机械磨损，需经常润滑保养等。在高速运动场合，为了减少磨损，常常用到油膜轴承。油膜轴承是一种以润滑油作为介质的径向滑动轴承，其工作原理是：在旋转过程中，旋转的轴颈把有粘度的润滑油从发散区带入收敛区，形成一种油楔，使润滑油内产生压力，使得油膜轴承与轴颈完全被润滑油隔开，形成全流体润滑。油膜轴承技术复杂，易烧瓦损坏，需要复杂的油路***和保护***。磁浮轴承是一种新式轴承，这种轴承的定转子之间通过电磁力来传力，因此，定转子之间没有机械接触，可以做到完全无磨损。
电磁式主动控制轴承(简称电磁轴承)是一种重要的磁浮轴承。这种轴承的电磁力是由电磁铁产生的，该力的大小和稳定性由悬浮控制器来控制。其工作原理是，悬浮控制器不断采集旋转轴的径向间隙数据，根据径向间隙，按照反馈控制原理，动态调整各方向的电磁力大小，从而将转轴稳定地悬浮在轴向圆周的中心位置。为了在非工作状态下，实现对转子的支撑，同时也为了防止在使用过程中磁浮轴承失效，在这种轴承中通常还要安装辅助轴承。在工作状态下，转子与辅助轴承之间保有间隙而不接触。在悬浮控制器的作用下，电磁轴承的定转子之间相当于是通过无形的电磁弹簧来连接的，而电磁弹簧的刚度不能无限提高，使得转轴在其径向有较大的活动自由度，在受到扰动时会出现较大的轴跳，这将引起一系列问题，严重制约了电磁轴承的使用范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于力反馈控制的磁力轴承，该发明解决了现有技术中磁浮轴承的转子在径向有较大的运动自由度，导致使用时易出现轴跳的技术问题。
本发明提供一种基于力反馈控制的磁力轴承，包括依序套设于转轴一端上的辅助支承测力组件和电磁支承组件，辅助支承测力组件中容纳设有辅助轴承和设置于辅助轴承外周的多个测力传感器；辅助轴承套设于转轴上；辅助支承测力组件用于测量转轴作用于辅助轴承上的沿辅助轴承径向的力，该力被辅助支承测力组件分解为正交的X向力和Y向力；电磁支撑组件，用于产生作用于转轴的电磁力；依据转轴受力平衡原则，采用积分控制得到的公式(6)，以对X向力或Y向力进行控制：
其中，Fs为辅助轴承外圈对转轴的支承力，Fd为未知干扰力，s为拉普拉斯算子，μ0是真空中的磁导率，A是磁极面积，N是线圈匝数，δ为电磁铁磁极和吸力盘之间的气隙的长度，ic＝iu+id，iu为上电磁铁电流，id为下电磁铁电流，ic为一个保持不变的常值；据公式(6)控制KCI，使电磁支承组件产生一个与Fs方向相反的力，作用于转轴上，使X向力或Y向力近似为0。
进一步地，辅助支承测力组件还包括套设于辅助轴承外壁上的滑动传力块、用于测量滑动传力块横向力的X传力框、外座和用于测量滑动传力块纵向力的Y传力框，X传力框和Y传力框容纳于外座内，X传力框和Y传力框并排套设于滑动传力块的外壁上。
进一步地，X传力框的横向上设置有多个与外座和X传力框测力连接的测力传感器；Y传力框的纵向上设置多个与外座和Y传力框测力连接的测力传感器。
进一步地，X传力框的内壁与滑动传力块之间在其纵向上设有间隙；Y传力框的内壁与滑动传力块之间在其横向上设有间隙。
进一步地，电磁支承组件包括套设于转轴上的吸力盘、与吸力盘正对设置的电磁铁定子铁芯和绕设于电磁铁定子铁芯外壁上的电磁线圈，吸力盘与电磁铁定子铁芯间隔设置。
进一步地，还包括用于驱动转轴的电机组件，电机组件包括套设于转轴上的电机转子和与电机转子正对设置的电机定子组件，电机定子组件带动电机转子转动。
本发明的另一方面还提供了一种如上述基于力反馈控制的磁力轴承的辅助轴承支撑力控制方法，包括以下步骤：
步骤S100：测量磁力轴承的辅助轴承所受沿其径向的力；
步骤S200：依据转轴受力平衡原则，将转轴作用于辅助轴承上的沿辅助轴承径向的力正交分解为X向力和Y向力，采用积分控制得到的公式(6)，对X向力或Y向力进行控制：
其中，Fs为辅助轴承外圈对转轴的支承力，Fd为未知干扰力，s为拉普拉斯算子，μ0是真空中的磁导率，A是磁极面积，N是线圈匝数，δ为电磁铁磁极和吸力盘之间的气隙的长度，ic＝iu+id，iu为上电磁铁电流，id下电磁铁电流，ic为一个保持不变的常值；
步骤S300：据公式(6)控制KCI，使电磁支承组件产生一个与Fs方向相反的力，作用于转轴上，使X向力或Y向力近似为0。
本发明的技术效果：
本发明提供基于力反馈控制的磁力轴承通过具有压力检测功能的辅助支撑测力组件检测出转轴对辅助轴承施加的径向压力值，根据该压力值的方向和大小，控制电磁结构对转轴产生反向力，从而使得辅助轴承与转轴之间没有径向压力，从而减少了磁力轴承使用过程中的轴跳问题。
具体请参考根据本发明的基于力反馈控制的磁力轴承提出的各种实施例的如下描述，将使得本发明的上述和其他方面显而易见。
附图说明
图1是本发明提供的基于力反馈控制的磁力轴承主视剖视示意图；
图2是本发明提供的辅助支承测力组件的分解***示意图；
图3是本发明提供的辅助支承测力组件的X向传感器组装立体示意图；
图4是本发明提供的辅助支承测力组件的X向传感器示意图；
图5是本发明提供的辅助支承测力组件的X向传力示意图；
图6是本发明提供的辅助支承测力组件的Y向传感器组装立体示意图；
图7是本发明提供的辅助支承测力组件的Y向传感器示意图；
图8是本发明提供的辅助支承测力组件的Y向传力示意图；
图9是本发明提供的电磁支承组件的定转子结构示意图；
图10是由运算放大器构成的积分器的结构示意图。
图例说明：
1、辅助支承测力组件；11、辅助轴承；12、滑动传力块；13、X传力框；131、第一X向力传感器；132、第二X向力传感器；133、第三X向力传感器；134、第四X向力传感器；14、Y传力框；141、第一Y向力传感器；142、第二Y向力传感器；143、第三Y向力传感器；144、第四Y向力传感器；15、外座；2、电磁支承组件；21、吸力盘；22、电磁铁定子铁芯；23、电磁线圈；24、电磁控制器；3、转轴；4、电机组件；41、电机转子；42、电机定子组件。
具体实施方式
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
参见图1，本发明提供的基于力反馈控制的磁力轴承套设于转轴3上，包括用于支撑转轴3并测量转轴3所受力的辅助支承测力组件1、电磁支承组件2和用于驱动转轴3的电机组件4。转轴3的两相对端分别对称地设置了两组辅助支承测力组件1和两组电磁支承组件2。从而实现对转轴3平衡地测力。当然如果需要对转轴3进行轴向力检测和平衡时，仅需在转轴3的两相对端面上设置相应的辅助支承测力组件1和电磁支承组件2即可。以下描述为简便，仅以径向测力结构的一侧装置进行说明。电机组件4包括套设于转轴3上的电机转子41和与电机转子41正对设置的电机定子组件42。该结构可以为常规结构。
参见图2，辅助支承测力组件1包括套设于转轴3外壁上的辅助轴承11、套设于辅助轴承11外壁上的滑动传力块12、依序套设于滑动传力外壁上的X传力框13以及Y传力框14、X传力框13以及Y传力框14容纳于外座15内。参见图3～4，X传力框13外壁上间隔设置第一X向力传感器131、第二X向力传感器132、第三X向力传感器133和第四X向力传感器134。第一X向力传感器131、第二X向力传感器132、第三X向力传感器133和第四X向力传感器134相对设置于X传力框13的横向两侧。各X向力传感器的一端固定于X传力框13外壁上，各X向力传感器的另一端固定于外座15的内壁上。X传力框13与滑动传力块12的纵向设置气隙，X传力框13的内壁与滑动传力块12的外壁横向相接触设置。显然辅助支承测力组件也可以采用其他结构，仅需实现能测量出转轴作用于辅助轴承径向力即可。本文中转轴作用于辅助轴承上的沿辅助轴承的径向力，一方面可以正交分解为X向力和Y向力，同时该X向力和Y向力均可在辅助轴承的内圈、外圈和转轴之间传递，并根据牛顿第三定理发生作用和反作用，本文中的X向力和Y向力既包括以上各类径向力。
参见图5，当转轴33将X方向的压力作用到辅助轴承11的内圈时，该力通过滚珠传递到辅助轴承11的外圈，于是，就传递到与之固连的滑动传力块12上。滑动传力块12与X传力框13在X方向没有间隙，该力将对X传力框13发生作用。滑动传力块12与Y传力框14在X方向有间隙，因此，该力不能对Y传力框14发生作用。此时，滑动传力块12就将所受到的辅助轴承11的外圈的X方向的压力(FX1～FX4)，完全传递给X传力框13。该力受到第一X向力传感器131、第二X向力传感器132、第三X向力传感器133和第四X向力传感器134的反作用力支承，并被它们测量出来，传送给电磁控制器24。从而使得X传力框13仅能检测到辅助轴承11的X向力。
参见图6～7，Y传力框14与X传力框13间隔设置于外座15内，图6～7为将X传力框13去除后的示意图。Y传力框14外壁上间隔设置第一Y向力传感器141、第二Y向力传感器142、第三Y向力传感器143和第四Y向力传感器144。第一Y向力传感器141、第二Y向力传感器142、第三Y向力传感器143和第四Y向力传感器144相对设置于Y传力框14的纵向两侧。各Y向力传感器的一端固定于Y传力框14外壁上，各Y向力传感器的另一端固定于外座15的内壁上。Y传力框14与滑动传力块12的横向设置气隙，Y传力框14的内壁与滑动传力块12的外壁纵向相接触设置。
参见图8，其原理与X方向相同，同样可以测得Y方向的压力(FY1～FY4)，仅在方向上是正交。参见图3和图5可知，从左向右可看到Y传力框14，从右向左可看到X传力框13。
辅助支承测力组件1中的外座15通常固定安装在静止的更大的应用底座上。X传力框13与外座15之间通过安装在左右的X方向的力传感元件连接，Y传力框14与外座15之间通过在上下安装的Y方向的力传感元件连接。滑动传力块12套在X传力框13与Y传力框14之内。滑动传力块12与X传力框13只在X方向上有滑动接触，在Y方向上留有间隙可以***。滑动传力块12与Y传力框14只在Y方向上有滑动接触，在X方向上留有间隙可以***。这样，当滑动传力块12受到任意方向的径向力时，它能把该径向力分别分解到X传力框13和Y传力框14，从而实现转轴3径向力的正交分解。
辅助支承测力组件1可以达到的技术效果是：(1)在非工作状态下，对转轴3起支承作用。辅助支承测力组件1刚度远大于常用的弹性构件，避免了由于刚性不足，导致的转轴3使用中发生的轴跳问题。(2)在工作状态对转轴3起支承及约束作用，并能实时测出转轴3的径向压力。
电磁控制算法通过力反馈控制，使得电磁支承组件2正好提供维持转轴3平衡所需的径向力，从而使得辅助轴承11的外圈受到的压力为零。下面以Y方向为例来讨论控制算法。X方向与Y方向的类似，X方向上力的控制算法省略。
参见图8，转轴3在Y方向上受到4个力：(1)重力。重力是恒力，大小为mg，方向向下。(2)电磁力。电磁力由电磁支承组件2提供，是可变的，设大小为Fm，正方向向上。(3)辅助轴承11外圈对转轴3的支承力。设大小为Fs，由装置中的检测装置检测得到，正方向向上。该支承力由滑动传力块12提供，并可被力传感元件测量，可用于反馈。(4)干扰力，通常是未知量。设大小为Fd，正方向向下。当以上各力中的任意个力的大小实际为负值时，表示力的方向与所设正方向相反。
由于转轴3在径向的运动受到约束，因此，其Y方向运动的加速度为零。于是有：
Fm+Fs＝mg+Fd (1)
电磁力的公式近似为：
Fm＝Fmu-Fmd＝KFI(iu 2-id 2) (2)
其中，Fmu和iu分别是上电磁铁的吸力和上电磁铁电流，Fmd和id分别为下电磁铁的吸力和下电磁铁电流。KFI是从电流到电磁力的传递系数为其中，μ0是真空中的磁导率，A是磁极面积，N是线圈匝数，δ是电磁铁磁极和吸力盘之间的气隙的长度。
进一步，(2)式在平衡点附近线性化，可变换为：
Fm＝KFI(iu 2-id 2)
＝KFI(iu+id)(iu-id)
＝KFII(iu-id) (3)
＝KFII·i
＝KFII(i0+△i)
其中，设(iu+id)保持不变，为一个常数ic，即(iu+id)＝ic。即，当电流iu增大时，电流id就对应减小相同的值，反之亦然，即当电流iu减小时，电流id就对应增加相同的值。设系数KFII＝KFI·ic。电流i＝iu-id。设i＝i0+△i，它由两部分组成，其中，不变的静态部分为i0，该部分用于抵消重力，即有KFII·i0＝mg；△i为动态部分电流。
将(3)式代入(1)式，并注意到KFII·i0＝mg，可得：
Fs+Km·△i＝Fd (4)
其中，Km＝KFII。这里换一个符号可以简化标记。
本发明采用积分控制，也可以采用偏微分控制等方式进行控制。由于Fs是可以测量的，因此，可将控制电流△i选为Fs的积分，于是有：△i＝KCI·∫Fs·dt，其中，KCI为积分放大系数。拉普拉斯变换式为：
其中，s为拉普拉斯算子。简单起见，有关变量及其拉普拉斯变换之后的变量采用了相同的符号，根据上下文不难区分，不影响分析结果。
将(5)式代入(4)式，化简后，可得从干扰力到支撑力的闭环传递函数为：
从(6)式可知，只要Km·KCI>0，根据控制理论可知，***的极点就在复平面的左半平面，***就是稳定的。精确选取控制参数KCI，以防该数值过大导致轴跳。使得Km·KCI>>|s|，注意到|s|＝ω＝6.28×f，f为干扰力的频率，ω为角频率，那么就有Fs≈0。可见，仅需控制KCI这一个参数，即可实现对辅助轴承11外圈对转轴3的支承力Fs的控制，使其近似为0，从而实现对磁力轴承使用过程中，辅助轴承11对转轴3摩擦力等其他破坏力的控制，实现了对磁力轴承的保护。
采用这种控制方法，达到了有未知干扰力存在的情况下，仅需调整KCI即可使得Fs≈0。辅助轴承11对转轴3的支承力近似为零的效果。KCI作为一个放大器增益，可以在控制器上增设该部件实现对其的调整，具体调整方式不累述。
在数字控制***中，该控制算法可由软件实现；在模拟控制***中，该控制算法可由电路实现。核心算法的软件实现的方法和步骤为：第1步，根据测力传感器信号测量得到力Fs，它是一个有正负号的量；第2步，将Fs乘以一个积分系数KCI，然后除以采用控制周期Ts，变为累加量；第3步，将该累加量累加到当前的控制电流△i上，用于调整电磁铁的电流，核心算法即告完成。如果用电路实现，可用一个运算放大器如图10实现，图中，R为电阻，C为电容。该电路的传递函数为将该式与(5)式比较可知，只需选取并再加一级反相器，就实现了式(5)所需的算法。
参见图1和9，电磁支承组件2包括套设于转轴3侧壁上的吸力盘21、与吸力盘21正对设置的电磁铁定子铁芯22和绕设于电磁铁定子铁芯22外壁上的电磁线圈23。吸力盘21与电磁铁定子铁芯22间隔设置。通过控制通过电磁线圈23的电流大小即可实现对电磁线圈23产生磁力大小的控制。从而实现对转轴3径向受力进行控制。套设于转轴3上的吸力盘21为由硅钢片叠压而成，固定安装在转轴3上。电磁铁定子由定子铁芯和电磁线圈23组成。定子铁芯可以是硅钢片，也可是其他铁磁性软磁材料。电磁线圈23安装在定子铁芯的磁极上。电磁线圈23由电磁控制器24供电。
电磁控制器24可用来接收来自第一X向力传感器131、第二X向力传感器132、第三X向力传感器133、第四X向力传感器134、第一Y向力传感器141、第二Y向力传感器142、第三Y向力传感器143和第四Y向力传感器144的信号，按照电磁控制算法运算之后，生成电流指令，经功率放大后，驱动电磁线圈23。
参见图9，为了增加控制的稳定性，可以采用间隙传感器来测量定转子之间的间隙，给悬浮控制器提供辅助信息。吸力盘21为圆盘，但在极低转速场合，也可由普通铁磁性软磁材料制造。径向电磁铁组件包括但不限于常用的8极结构，仅需保证能在X方向和Y方向提供可控的电磁力即可。电磁控制器24接收的信号来源，包括但不限于力传感元件。电磁控制器24给电磁线圈23提供可控电流，从而控制其电磁力的大小。在电磁控制算法的配合下，使得辅助轴承11不承受来自转轴3的径向压力。
电磁支承组件2可达到技术效果是：(1)能够产生足够的电磁力，可以抵偿转轴3及安装在其上的其它部件的重力。(2)当磁力轴承用于支承电机的转子时，由于安装偏差，电机的定转子之间可能存在静态未补偿的不平衡电磁力，电磁支承组件2根据前述算法控制即可实现对该不平衡力的抵偿。(3)电磁支承组件2能补偿许用频率范围内的许用干扰力。(4)同时电磁支承组件2还能保证对转轴3的稳定支承。
本发明另一方面还提供了一种如前述基于力反馈控制的磁力轴承的辅助轴承支撑力控制方法，包括以下步骤：
步骤S100：测量磁力轴承的辅助轴承所受沿其径向的力；
步骤S200：依据转轴受力平衡原则，将转轴作用于辅助轴承上的沿辅助轴承径向的力正交分解为X向力和Y向力，采用积分控制得到的公式(6)，对X向力或Y向力进行控制：
其中，Fs为辅助轴承外圈对转轴的支承力，Fd为未知干扰力，s为拉普拉斯算子，μ0是真空中的磁导率，A是磁极面积，N是线圈匝数，δ为电磁铁磁极和吸力盘之间的气隙的长度，ic＝iu+id，iu为上电磁铁电流，id下电磁铁电流，ic为一个保持不变的常值；
步骤S300：据公式(6)控制KCI，使电磁支承组件产生一个与Fs方向相反的力，作用于转轴上，使X向力或Y向力近似为0。
该控制方法仅需调整一个放大器增益即可实现对辅助轴承11支撑力的调整，提高了调整精度和准确性，避免了控制误差。该方法可以用于对辅助轴承受到的转轴作用于其径向上的力的控制，从而使得辅助轴承径向上与转轴的作用力近似为零，从而减少轴跳，延长使用寿命。该方法可以采用能获取转轴作用于辅助轴承径向的力的测力传感器实现对所需力的测量。
本领域技术人员将清楚本发明的范围不限制于以上讨论的示例，有可能对其进行若干改变和修改，而不脱离所附权利要求书限定的本发明的范围。尽管己经在附图和说明书中详细图示和描述了本发明，但这样的说明和描述仅是说明或示意性的，而非限制性的。本发明并不限于所公开的实施例。
通过对附图，说明书和权利要求书的研究，在实施本发明时本领域技术人员可以理解和实现所公开的实施例的变形。在权利要求书中，术语“包括”不排除其他步骤或元素，而不定冠词“一个”或“一种”不排除多个。在彼此不同的从属权利要求中引用的某些措施的事实不意味着这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求书中的任何参考标记不构成对本发明的范围的限制。
Claims (7)
1.一种基于力反馈控制的磁力轴承，其特征在于，包括依序套设于转轴一端上的辅助支承测力组件和电磁支承组件，所述辅助支承测力组件中容纳设有辅助轴承和设置于所述辅助轴承外周的多个测力传感器；
所述辅助轴承套设于所述转轴上；
所述辅助支承测力组件用于测量所述转轴作用于所述辅助轴承上的沿所述辅助轴承径向的力，该力被所述辅助支承测力组件分解为正交的X向力和Y向力；
所述电磁支承组件，用于产生作用于所述转轴的电磁力；
依据所述转轴受力平衡原则，采用积分控制得到的公式(6)，以对所述X向力或所述Y向力进行控制：
<mrow>
<mfrac>
<msub>
<mi>F</mi>
<mi>s</mi>
</msub>
<msub>
<mi>F</mi>
<mi>d</mi>
</msub>
</mfrac>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mi>s</mi>
<mrow>
<mi>s</mi>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>K</mi>
<mi>m</mi>
</msub>
<mo>&CenterDot;</mo>
<msub>
<mi>K</mi>
<mrow>
<mi>C</mi>
<mi>I</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>6</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中，Fs为辅助轴承外圈对转轴的支承力，Fd为未知干扰力，s为拉普拉斯算子，μ0是真空中的磁导率，A是磁极面积，N是线圈匝数，δ为电磁铁磁极和吸力盘之间的气隙的长度，ic＝iu+id，iu为上电磁铁电流，id为下电磁铁电流，ic为一个保持不变的常值；
据所述公式(6)控制KCI，使所述电磁支承组件产生一个与所述Fs方向相反的力，作用于所述转轴上，使所述X向力或所述Y向力近似为0。
2.根据权利要求1所述的基于力反馈控制的磁力轴承，其特征在于，所述辅助支承测力组件还包括套设于所述辅助轴承外壁上的滑动传力块、用于测量所述滑动传力块横向力的X传力框、外座和用于测量所述滑动传力块纵向力的Y传力框，所述X传力框和所述Y传力框容纳于所述外座内，所述X传力框和所述Y传力框并排套设于所述滑动传力块的外壁上。
3.根据权利要求2所述的基于力反馈控制的磁力轴承，其特征在于，所述X传力框的横向上设置有多个与所述外座和所述X传力框测力连接的测力传感器；
所述Y传力框的纵向上设置多个与所述外座和所述Y传力框测力连接的测力传感器。
4.根据权利要求3所述的基于力反馈控制的磁力轴承，其特征在于，
所述X传力框的内壁与所述滑动传力块之间在其纵向上设有间隙；
所述Y传力框的内壁与所述滑动传力块之间在其横向上设有间隙。
5.根据权利要求4所述的基于力反馈控制的磁力轴承，其特征在于，所述电磁支承组件包括套设于所述转轴上的吸力盘、与所述吸力盘正对设置的电磁铁定子铁芯和绕设于所述电磁铁定子铁芯外壁上的电磁线圈，所述吸力盘与所述电磁铁定子铁芯间隔设置。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的基于力反馈控制的磁力轴承，其特征在于，还包括用于驱动所述转轴的电机组件，所述电机组件包括套设于所述转轴上的电机转子和与所述电机转子正对设置的电机定子组件，所述电机定子组件带动所述电机转子转动。
7.一种如权利要求1～6中任一项所述基于力反馈控制的磁力轴承的辅助轴承支撑力控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S100：测量所述磁力轴承的辅助轴承所受沿其径向的力；
步骤S200：依据所述转轴受力平衡原则，将所述转轴作用于所述辅助轴承上的沿所述辅助轴承径向的力正交分解为X向力和Y向力，采用积分控制得到的公式(6)，对所述X向力或所述Y向力进行控制：
<mrow>
<mfrac>
<msub>
<mi>F</mi>
<mi>s</mi>
</msub>
<msub>
<mi>F</mi>
<mi>d</mi>
</msub>
</mfrac>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mi>s</mi>
<mrow>
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其中，Fs为辅助轴承外圈对转轴的支承力，Fd为未知干扰力，s为拉普拉斯算子，μ0是真空中的磁导率，A是磁极面积，N是线圈匝数，δ为电磁铁磁极和吸力盘之间的气隙的长度，ic＝iu+id，iu为上电磁铁电流，id下电磁铁电流，ic为一个保持不变的常值；
步骤S300：据所述公式(6)控制KCI，使所述电磁支承组件产生一个与所述Fs方向相反的力，作用于所述转轴上，使所述X向力或Y向力近似为0。
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| EP0157693A1 (fr) * | 1984-03-26 | 1985-10-09 | SOCIETE EUROPEENNE DE PROPULSION (S.E.P.) Société Anonyme dite: | Procédé et dispositif de réduction des vibrations des machines tournantes equipées d'une suspension magnétique active |
| JPS61211522A (ja) * | 1985-03-15 | 1986-09-19 | Koyo Seiko Co Ltd | 全方位型磁気軸受制御装置 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0157693A1 (fr) * | 1984-03-26 | 1985-10-09 | SOCIETE EUROPEENNE DE PROPULSION (S.E.P.) Société Anonyme dite: | Procédé et dispositif de réduction des vibrations des machines tournantes equipées d'une suspension magnétique active |
| JPS61211522A (ja) * | 1985-03-15 | 1986-09-19 | Koyo Seiko Co Ltd | 全方位型磁気軸受制御装置 |
| CN101908850A (zh) * | 2010-08-06 | 2010-12-08 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 磁悬浮轴承通用控制器 |
| CN101931371A (zh) * | 2010-08-06 | 2010-12-29 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 磁悬浮轴承控制功放一体化*** |
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