[发明专利]用于主动磁轴承的数字非线性校正器

说明书

一种主动磁轴承的数字非线性校正器(10)，其接收输入信号x(t)并且输出用于控制所述主动磁轴承的位置的输出控制信号u(t)，输入信号由ADC电路(12)数字化并且提供给加法器(16)，该数字非线性校正器包括闭环控制回路，该闭环控制回路传递中间数字序列y[kT]并且具有包括第一成比例增益电路(22)的直接支路以及包括低通滤波器(18)和死区电路(20)的串联连接的反馈支路，使得当达到所述输出控制信号的确定的上限值和下限值时，激活所述低通滤波器，当没有达到这些确定的上限值和下限值时，输出控制信号再现输入信号。

技术领域

本发明涉及一种在具有主动磁轴承(active magnetic bearing)的伺服电路中实现的校正器。

背景技术

传统上，具备至少一个电磁线圈的主动磁轴承的控制回路(PMA)包括转子组件的位置的检测器、校正网络和用于向电磁线圈供应功率的功率放大器。校正网络的输出信号驱动电磁线圈，所需的电流由各个被与PMA中的气隙磁通量的变化成比例的电流循环的功率放大器供应。

PMA使用具有成比例、积分和微分(PID)转移函数(transfer function)的校正网络。定义该功能以获得接近伺服电路的自然(本征)频率的最佳操作，也就是说，具有高增益、高刚度(stiffness)和低响应时间。

因此，定义该网络使得首先其在自然频率处出现确定的超前(lead)相位以使系统减幅(damp)，并且其次校正网络的积分作用(integral action)的截止频率尽可能地接近自然频率以获得高刚度。

这种校正是令人满意的，只要可以由在伺服电路的自然频率处可移动块(movablemass)的振荡的最大幅度定义的PMA中的振荡的幅度维持在线性范围中。

伺服电路的自然频率和刚度越高，该线性范围越减少。该限制首先是由于取决于PMA的轴承表面和电磁材料的饱和电磁感应的电磁铁的最大力，以及其次是由于基于电源电压和最大电流输出的功率放大器的最大功率。

在线性范围之外，例如在存在由大于磁轴承的负载能力的干扰力引起的大幅度振荡时，电磁铁的力或放大器的功率的饱和使得伺服电路的增益和自然频率减小，以及具有减少或消除由校正网络的微分作用提供的相位提前的效应的相位滞后。这导致不稳定性，其结果对PMA是尤其有害的(该效应被称为“手提钻(jackhammer)”)。

用于弥补该不稳定性的已知解决方案被FR2706549公开，并且包括提供仅在其线性范围之外的操作期间调整作为振荡的幅度的函数的成比例的增益并且提供互补相位提前的校正网络。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺点并且提出一种减少伺服电路的刚度和自然频率并且放大相位提前的数字非线性校正器。

根据本发明，提供一种主动磁轴承的数字非线性校正器，其接收输入信号x(t)并且输出用于控制所述主动磁轴承的位置的输出控制信号u(t)，输入信号由ADC电路数字化并且提供给加法器，其特征在于，该数字非线性校正器包括闭环控制回路(closed controlloop)，该闭环控制回路传递中间数字序列y[kT]并且具有包括第一成比例增益电路的直接支路以及包括低通滤波器和死区电路的串联连接的反馈支路，使得当达到所述输出控制信号的确定的上限值和下限值时，激活(activate)所述低通滤波器，当没有达到这些确定的上限值和下限值时，输出控制信号再现输入信号。

利用该配置，在线性范围内，输出等于输入，并且在线性范围外，闭环回路转移函数对应于相位超前转移函数。

根据本发明的另一特征，所述加法器的输出提供从其传递控制所述主动磁轴承的位置的所述输出控制信号的最终数字序列u[kT]。

优选地，所述低通滤波器具有确定的截止频率，以创建足够的相位超前，从而避免主动磁轴承的不稳定性。