电磁轴承转子位移测量方法、装置以及电磁轴承系统

1.本发明涉及自动化控制技术领域，尤其涉及一种电磁轴承转子位移测量方法、装置以及电磁轴承系统。


背景技术：

2.电气跳动是一种由转轴类被测物体材料表面的非均匀电导率/电阻率/磁导率所导致的接近探头传感器系统输出信号的误差源。不均匀性可能是由划痕、生锈、刻痕或模板标记等造成的。电气跳动是不属于真实间隙变化而引起的传感器输出信号变化，也就是材料的不均匀物理性质导致了转子上的被测体的各向异性，从而在位移传感器输出信号中产生了非线性特征。
3.电磁轴承
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转子系统是一种以电磁铁和转子为主的机械机构，当转子转动时，位移传感器实时测量转子的位移，如果转子被测表面存在一定程度的非线性或高频噪声，则会出现以上所述的电气跳动问题，从而降低转子运行过程的稳定性。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明提供一种电磁轴承转子位移测量方法、装置以及电磁轴承系统。
5.本发明提供一种电磁轴承转子位移测量方法，包括接收位移传感器获取的转子在预设旋转角度内的径向位移信号；对所述预设旋转角度内的所述径向位移信号进行平均化处理，得到处理后位移信号，以供控制器基于所述处理后位移信号生成电磁力控制信号，所述电磁力控制信号用于在电磁铁中生成电磁力以对所述转子进行主动电磁力控制。
6.根据本发明提供的一种电磁轴承转子位移测量方法，所述对所述预设旋转角度内的所述径向位移信号进行平均化处理，得到处理后位移信号，具体包括：对所述预设旋转角度内的径向位移信号进行采样，获取预设数量的离散位移信号；对所述预设数量的离散位移信号进行平均处理，得到所述处理后位移信号。
7.根据本发明提供的一种电磁轴承转子位移测量方法，所述预设旋转角度小于预设角度阈值。
8.根据本发明提供的一种电磁轴承转子位移测量方法，所述预设角度阈值为30度。
9.根据本发明提供的一种电磁轴承转子位移测量方法，所述位移传感器包括电感式传感器。
10.本发明还提供一种电磁轴承转子位移测量装置，包括：接收模块，用于：接收位移传感器获取的转子在预设旋转角度内的径向位移信号；处理模块，用于：对所述预设旋转角度内的所述径向位移信号进行平均化处理，得到处理后位移信号，以供控制器基于所述处理后位移信号生成电磁力控制信号，所述电磁力控制信号用于在电磁铁中生成电磁力以对所述转子进行主动电磁力控制。
11.本发明还提供一种电磁轴承系统，包括位移传感器、控制器、功率放大器、电磁铁、
转子以及电磁轴承转子位移测量装置；其中：所述位移传感器用于测量所述转子的径向位移信号；所述电磁轴承转子位移测量装置用于对预设旋转角度内的所述径向位移信号进行平均化处理，得到处理后位移信号；所述控制器用于基于所述处理后位移信号生成电磁力控制信号；所述功率放大器用于对所述电磁力控制信号进行功率放大后在所述电磁铁中产生电磁力，以对所述转子进行主动电磁力控制。
12.本发明还提供一种电磁轴承系统，包括位移传感器、控制器、功率放大器、电磁铁及转子，所述位移传感器包括多个测量探头，所述多个测量探头用于测量所述转子的径向位移，且所述多个测量探头分布于预设角度范围内；所述控制器用于基于所述位移传感器输出的位移信号生成电磁力控制信号；所述功率放大器用于对所述电磁力控制信号进行功率放大后在所述电磁铁中产生电磁力，以对所述转子进行主动电磁力控制。
13.本发明提供的电磁轴承转子位移测量方法、装置以及电磁轴承系统，通过对电磁轴承转子在一定旋转角度范围内的径向位移的平均化处理，使控制器基于处理后的位移信号发出电磁力控制信号，有效降低了因为电气跳动所引起的转子的振动，确保了转子运行过程的稳定，提高转子运行性能。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1是本发明提供的电磁轴承转子位移测量方法的流程示意图；
16.图2是本发明提供的电磁轴承转子位移测量装置的结构示意图；
17.图3是本发明提供的电磁轴承系统的结构示意图之一；
18.图4是本发明提供的电磁轴承系统的结构示意图之二。
具体实施方式
19.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.图1是本发明提供的电磁轴承转子位移测量方法的流程示意图，如图1所示，所述方法包括：
21.s110，接收位移传感器获取的转子在预设旋转角度内的径向位移信号；
22.s120，对所述预设旋转角度内的所述径向位移信号进行平均化处理，得到处理后位移信号，以供控制器基于所述处理后位移信号生成电磁力控制信号，所述电磁力控制信号用于在电磁铁中生成电磁力以对所述转子进行主动电磁力控制。
23.径向位移指的是转子圆周最外侧边缘与位移传感器探头之间的距离，在电磁轴承转子运行过程中，该距离会有所变化，而位移传感器可以感知该距离大小的变化，并将该距离的变化转化为电信号进行输出。
24.当接收到位移传感器输出的径向位移信号后，对预设旋转角度内的径向位移信号进行平均化处理，得到处理后位移信号。对径向位移信号进行平均化处理的目的是均衡各个测量部位的径向位移信号，得到一个处理后位移信号。可以采用可行的数学统计的手段进行上述平均化处理的过程，比如可以求取预设旋转角度内的径向位移信号对应的曲线的平均值。得到的处理后位移信号可以弱化个别点因为划痕、生锈等原因造成的位移变化，避免因为非真实位移变化引起的转子位置控制，提高转子运行的稳定性。
25.控制器基于平均化处理后得到的位移信号生成电磁力控制信号，该电磁力控制信号作用于电磁铁，产生电磁力，从而最终实现对转子的电磁力控制。
26.本发明提供的电磁轴承转子位移测量方法，通过对电磁轴承转子在一定旋转角度范围内的径向位移的平均化处理，使控制器基于处理后的位移信号发出电磁力控制信号，有效降低了因为电气跳动所引起的转子的振动，确保了转子运行过程的稳定，提高转子运行性能。
27.根据本发明提供的一种电磁轴承转子位移测量方法，所述对所述预设旋转角度内的所述径向位移信号进行平均化处理，得到处理后位移信号，具体包括：对所述预设旋转角度内的径向位移信号进行采样，获取预设数量的离散位移信号；对所述预设数量的离散位移信号进行平均处理，得到所述处理后位移信号。
28.将在预设旋转角度内得到的径向位移信号进行采样，在采样过程中，其采样依据可以是旋转角度的大小，例如预设旋转角度为20度，令每隔10度采样一次，那么在该过程中共采样3个，假设测得的径向位移分别为5mm、6mm、7mm，那么基于以上数据经过平均后得到的位移信号为：(5+6+7)/3＝6mm，即在转子转过20度时处理后位移信号为6mm。
29.本发明提供的电磁轴承转子位移测量方法，通过对转子径向位移先离散采样再平均的做法，最终得到了平均化处理的位移信号，然后再基于该平均化处理后的位移信号生成电磁力控制信号，有效减小了因为电气跳动带来的不利影响。
30.根据本发明提供的一种电磁轴承转子位移测量方法，所述预设旋转角度小于预设角度阈值。
31.预设旋转角度阈值是在大量实验基础上得到一个最优值，基于该最优值获得一个最佳转子旋转角度区间，在该区间内，可以确保电磁铁对转子运行过程的实时精准控制，也可以有效减弱电气跳动现象。
32.本发明提供的电磁轴承转子位移测量方法，通过将转子旋转角度锁定在预设角度阈值区间内，同时确保了对转子运行过程的精准控制和有效减弱电气跳动现象。
33.根据本发明提供的一种电磁轴承转子位移测量方法，所述预设角度阈值为30度。
34.在电磁轴承
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转子系统中，转子高速运转，而为了确保电磁铁对转子运转过程的良好控制，电磁铁需要对转子快速有效的作出反应，一旦检测到转子的径向位移发生改变，就需要借助于电磁铁发出的电磁力对转子进行及时的纠偏。而在该过程中，如果预设角度设置过大，则会出现电磁铁对转子控制延后的问题，如果预设角度设置过小，又不能做到有效减弱电气跳动现象，所以在本发明中将预设角度阈值设置为30度。
35.本发明提供的电磁轴承转子位移测量方法，通过将预设角度阈值设置为30度，实现了在确保电磁铁可以及时对转子进行控制的前提下，有效减弱了电气跳动现象。
36.根据本发明提供的一种电磁轴承转子位移测量方法，所述位移传感器包括电感式
传感器。
37.电磁轴承系统中应用较为广泛的三种电感式传感器，均利用了通电线圈的自感或者互感原理进行相关的测量：电涡流传感器单电感线圈的单探头，通过线圈的自感进行测量；变磁阻式传感器同样通过自感进行测量，但其一般具有一个以上的线圈。对于电磁轴承
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转子系统，需要在复杂环境中提供精确的位移测量，电涡流传感器和变磁阻式传感器以其更为简单的结构和测量要求在磁轴承中应用更为广泛。
38.本发明提供的电磁轴承转子位移测量方法，通过利用电感式传感器作为位移传感器，确保了电磁轴承
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转子系统可以在复杂环境中提供精确测量，最终实现电磁铁对转子运行过程的精准控制。
39.图2是本发明提供的电磁轴承转子位移测量装置的结构示意图，如图2所示，所述装置200包括接收模块210和处理模块220，其中：
40.接收模块210，用于：接收位移传感器获取的转子在预设旋转角度内的径向位移信号；
41.处理模块220，用于：对所述预设旋转角度内的所述径向位移信号进行平均化处理，得到处理后位移信号，以供控制器基于所述处理后位移信号生成电磁力控制信号，所述电磁力控制信号用于在电磁铁中生成电磁力以对所述转子进行主动电磁力控制。
42.本发明提供的电磁轴承转子位移测量装置，通过对电磁轴承转子在一定旋转角度范围内的径向位移的平均化处理，使控制器基于处理后的位移信号发出电磁力控制信号，有效降低了因为电气跳动所引起的转子的振动，确保了转子运行过程的稳定，提高转子运行性能。
43.根据本发明提供的一种电磁轴承转子位移测量装置，所述处理模块220在用于对所述预设旋转角度内的所述径向位移信号进行平均化处理，得到处理后位移信号时，具体用于：对所述预设旋转角度内的径向位移信号进行采样，获取预设数量的离散位移信号；对所述预设数量的离散位移信号进行平均处理，得到所述处理后位移信号。
44.本发明提供的电磁轴承转子位移测量装置，通过对转子径向位移先离散采样再平均的做法，最终得到了平均化处理的位移信号，然后再基于该平均化处理后的位移信号生成电磁力控制信号，有效减小了因为电气跳动带来的不利影响。
45.根据本发明提供的一种电磁轴承转子位移测量装置，所述预设旋转角度小于预设角度阈值。
46.本发明提供的电磁轴承转子位移测量装置，通过将转子旋转角度锁定在预设角度阈值区间内，同时确保了对转子运行过程的精准控制和有效减弱电气跳动现象。
47.根据本发明提供的一种电磁轴承转子位移测量装置，所述预设角度阈值为30度。
48.本发明提供的电磁轴承转子位移测量装置，通过将预设角度阈值设置为30度，实现了在确保电磁铁可以及时对转子进行控制的前提下，有效减弱了电气跳动现象。
49.根据本发明提供的一种电磁轴承转子位移测量装置，所述位移传感器包括电感式传感器。
50.本发明提供的电磁轴承转子位移测量装置，通过利用电感式传感器作为位移传感器，确保了电磁轴承
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转子系统可以在复杂环境中提供精确测量，最终实现电磁铁对转子运行过程的精准控制。
51.图3是本发明提供的电磁轴承系统的结构示意图之一，如图3所示，所述电磁轴承系统包括：位移传感器、控制器、功率放大器、电磁铁、转子以及上述实施例所述的电磁轴承转子位移测量装置，其中，
52.所述位移传感器用于测量所述转子的径向位移信号；
53.所述电磁轴承转子位移测量装置用于对预设旋转角度内的所述径向位移信号进行平均化处理，得到处理后位移信号；
54.所述控制器用于基于所述处理后位移信号生成电磁力控制信号；
55.所述功率放大器用于对所述电磁力控制信号进行功率放大后在所述电磁铁中产生电磁力，以对所述转子进行主动电磁力控制。
56.需要说明的是，经由控制器发出的电磁力控制信号属于弱电信号，基于该弱电信号不能直接很好的实现对于电磁铁的控制，所以在控制器与电磁铁之间加设一个功放电路，在对控制器发出的电磁力控制信号进行放大后再对电磁铁进行控制，最终实现对于转子运行过程的有效控制。
57.本发明提供的电磁轴承系统，通过对电磁轴承转子在一定旋转角度范围内的径向位移的平均化处理，使控制器基于处理后的位移信号发出电磁力控制信号，有效降低了因为电气跳动所引起的转子的振动，确保了转子运行过程的稳定，提高转子运行性能。
58.图4是本发明提供的电磁轴承系统的结构示意图之二，如图4所示，所述电磁轴承系统包括：位移传感器、控制器、功率放大器、电磁铁及转子，其中，
59.所述位移传感器包括多个测量探头，所述多个测量探头用于测量所述转子的径向位移，且所述多个测量探头分布于预设角度范围内；
60.所述控制器用于基于所述位移传感器输出的位移信号生成电磁力控制信号；
61.所述功率放大器用于对所述电磁力控制信号进行功率放大后在所述电磁铁中产生电磁力，以对所述转子进行主动电磁力控制。
62.需要说明的是，将位移传感器设置为多探头形式，每一个探头对应采集一份位移信号，假设如图4所示，将位移传感器设置为3个探头的形式，当转子处于某个位置时，通过3个探头采集到3份位移信号，然后传感器基于上述3份位移信号得到一个总位移信号，这个总位移信号可以是3个探头采集的位移信号的平均化位移信号。由于3个探头处于预设角度范围内，也即，在某一瞬间，可以得到预设角度范围内不同位置的平均化位移信号。
63.将该总位移信号传送到控制器，控制器基于该总位移信号作出电磁力控制信号，经由功放电路放大后最终到达电磁铁，最终基于电磁铁的电磁力实现对于转子的有效控制。
64.本发明提供的电磁轴承系统，通过对电磁轴承转子在一定旋转角度范围内的径向位移的平均化处理，使控制器基于处理后的位移信号发出电磁力控制信号，有效降低了因为电气跳动所引起的转子的振动，确保了转子运行过程的稳定，提高转子运行性能。
65.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
66.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。