[发明专利]磁悬浮控制器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁悬浮控制器及其控制方法，尤其是涉及一种可以避免铁芯涡电流效应的磁悬浮控制器及其控制方法，涉及磁力驱动及磁悬浮技术领域，尤其涉及使用导电软磁材料的应用领域。

背景技术

大多数磁力驱动器，如磁悬浮，通常都是通过电流来产生相应的磁场，进而产生力。目前，为了增强磁场，一般使用软磁材料。大多数高磁导率、高饱和磁感应强度的软磁材料为铁磁材料，其具有一定的导电性。然而，当这种材料中磁场变化时，一般都会引起涡电流。根据楞次定律，引起的涡电流产生的磁通总是抵抗原磁通的变化。这样，会导致磁力的变化落后于电流的变化，表现为相位的滞后(最高可达46度)和幅度的衰减(在46度处衰减到原来的1/10)。从而造成不可避免的系统响应滞后，在包含此类部件的系统中有很大危害，例如在磁悬浮系统中，这种滞后会导致磁悬浮系统无法稳定。磁悬浮系统是本身为-180度的二阶不稳定系统。磁悬浮系统的控制传统上采用比例-微分控制器。比例-微分控制器最大提供90度(实际上只能到60度)的相位超前，这样实际上最大只能获得30度的相位裕度。如果涡电流滞后46度，则最大获得的相位裕度是-16度，根据控制理论，系统不可能稳定。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明解决的技术问题是提供一种可以避免铁芯涡电流效应的磁悬浮控制器及其控制方法，该控制器区别于传统的使用比例-微分控制，是通过使用磁悬浮补偿与涡电流补偿两个环节同时作用，完成磁悬浮的控制，使磁悬浮的相位裕度满足需求。

本发明的目的通过提供以下技术方案实现：

一种磁悬浮控制器，其中，所述磁悬浮控制器包括一系统输入端、一电性连接所述系统输入端的减法器、一电性连接所述减法器的控制器、一电性连接所述控制器的驱动悬浮系统，以及一电性连接所述驱动悬浮系统和所述减法器之间的传感器，所述控制器包括涡电流补偿环节和磁悬浮补偿环节。

进一步地，所述磁悬浮系统包含磁悬浮动力学环节与磁悬浮涡电流环节。

涡电流补偿环节补偿磁悬浮涡电流环节，而该磁悬浮补偿环节磁悬浮动力学环节。

涡电流补偿和磁悬浮补偿分别有极点Nω_s，ω_s是系统闭环的极点。

所述N＝12.4。

本发明还揭示了一种磁悬浮控制器的控制方法，其中，包括以下步骤：

第一步、所述系统输入端输入控制信号至减法器；

第二步、所述控制信号通过减法器与传感器输出信号做差后，将结果送入控制器；

第三步、所述控制器对所述结果进行控制，并输出为驱动信号；

第四步、所述驱动信号驱动磁悬浮系统，并通过所述驱动磁悬浮系统输出其位置信号至传感器；

第五步、所述传感器将所述位置信号转换为传感器输出信号，并送入所述减法器形成闭环控制。

进一步地，所述减法器接收所述控制信号和所述输出信号并计算后输出至所述控制器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：大大改善了磁悬浮系统的性能，使可靠稳定的控制得以实现。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明最佳实施方式磁悬浮控制器的系统示意图。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的最佳实施方式。

如图1所示，在本发明最佳实施方式中，该可以避免铁芯涡电流效应的磁悬浮控制器包括一系统输入端1、一电性连接所述系统输入端1的减法器2、一电性连接所述减法器2的控制器3、一电性连接所述控制器3的驱动悬浮系统6，以及一电性连接所述驱动悬浮系统6和所述减法器2之间的传感器9。

其中，所述系统输入端1可输入控制信号，该控制信号通过减法器2与传感器输出信号12做差，并结果送入控制器3后，经过所述控制器3对该结果进行控制后，输出为驱动信号10，该驱动信号10即可驱动磁悬浮系统6，该驱动磁悬浮系统6可输出其位置信号11至传感器9中，并经由传感器9将所述位置信号11转换为传感器输出信号12并送入减法器2形成闭环控制。其中，所述磁悬浮系统6包含磁悬浮动力学环节8与磁悬浮涡电流环节7；所述控制器3包含涡电流补偿环节4和磁悬浮补偿环节5。该涡电流补偿环节4补偿磁悬浮涡电流环节7，而该磁悬浮补偿环节5磁悬浮动力学环节8。

值得一提的是：涡电流补偿4和磁悬浮补偿5分别有极点Nω_s，取N＝12.4可以兼顾相位裕度与控制性能的要求。

尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施方式，但是本领域的普通技术人员将意识到，在不脱离由所附的权利要求书公开的本发明的范围和精神的情况下，各种改进、增加以及取代是可能的。