[发明专利]一种非线性功率放大器

说明书

技术领域

本发明属于功率放大器技术领域，尤其涉及一种非线性功率放大器。 

背景技术

磁悬浮技术在今天受到了科技界与工业界越来越多的关注。由于磁悬浮能够使转轴不接触任何外界的元件旋转，因此具有机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染等优点，特别适用高速、真空、超净等特殊环境.可广泛用于机械加工、涡轮机械、航空航天、真空技术、转子动力学特性辨识与测试等领域，被公认为极有前途的新型轴承。 

磁悬浮轴承按悬浮方式可分为主动式和被动式。在磁悬浮领域中，应用最广泛的就是主动式磁悬浮。与主动磁悬浮轴承相比，被动磁悬浮系统虽具有系统设计简单，并在无控制环节的情况下即可稳定的优点，但是它不能产生阻尼，亦即缺少像机械阻尼或像主动轴承那样的附加手段，因此这个系统的稳定域是很小的，外界干扰的小变化也会使它趋于不稳定。 

所谓主动式磁悬浮系统就是通过不断的调节定子电磁铁对转子的电磁吸力使转子维持一个动态的平衡。一个简单的主动型磁悬浮轴承的组成部分及其功能如图1所示。其中包含涡流传感器，用于测出转子偏离参考点的位置；控制器，通过微处理器将涡流传感器检测的位移变换成控制信号；数字化非线性功率放大器，通过功率放大器将控制信号转换成控制电流，控制电流使执行磁铁产生磁力从而使转子维持其悬浮位置不变。一个实际的转子需要多个磁铁组成，检测传感器也应该是多个。 

以磁悬浮电主轴为例，系统有4个径向自由度及1个轴向自由度。由控制器 通过功率放大器去驱动差动电磁铁线圈(图1中电磁线圈)的电流，来调整转子轴的平衡位置。高速运转时一旦转子位置改变，控制器就会通过调整相应电磁铁中的电流使转子轴保持在中间位置(如图1)。主动磁悬浮轴承是一个典型的机电一体化控制系统，其本质是强烈非线性(磁浮力正比于电流的平方、反比于偏移量的平方，电感、磁滞因素等)的，因此其控制问题变得复杂而又富有代表性。磁悬浮轴承正成为非线性控制领域中一个非常典型的对象。控制方式对磁悬浮轴承来说，如同软件技术在计算机中的地位一样，吸引了大量的注意力和耗费大部分研究工作量。 

由于磁悬浮控制系统是典型的非线性本质不稳定和参数不确定系统，这些对于提高系统的稳定性和刚度都是不利的。由图1所示，以磁悬浮电主轴为例，系统有4个径向自由度及1个轴向自由度。由控制器通过功率放大器去驱动差动电磁铁线圈(图1中电磁线圈)的电流，来调整转子轴的平衡位置。高速运转时一旦转子位置改变，控制器就会通过调整相应电磁铁中的电流使转子轴保持在中间位置(如图1)。差动电磁铁产生的电磁力如式(1)