[发明专利]一种智能化磁悬浮电主轴的控制方法及其装置

权利要求书

1.一种智能化磁悬浮电主轴的控制方法，包括控制器和位移信号转换电路、非线性功率放大器和外部电路模块；其特征在于，所述非线性功率放大器包括数字化曲线簇跟踪模块、非线性数字化补偿模块、输出信号转换器模块、输出电路模块、非线性补偿数据库模块、补偿参数确定模块、材料参数模块、输入接口模块和位置信号模块，所述外部电路模块包括转轴、电机定子和用于检测转轴位移的传感器模块，所述电机定子包括差动式电磁线圈，所述差动式电磁线圈包括上线圈和下线圈；所述控制器的输入信号来自位移信号转换电路的输出，所述控制器的输出端连接所述非线性功率放大器的输入端，所述位移信号转换电路的输入端连接所述传感器模块的输出端；

所述数字化曲线簇跟踪模块的输入端连接所述传感器模块的输出端，所述数字化曲线簇跟踪模块的输出端连接非线性数字化补偿模块的输入端，

所述非线性数字化补偿模块的输出端连接所述输出信号转换器模块的输入端，所述输出信号转换器模块的上路输出端、下路输出端均连接所述输出电路模块的输入端，所述输出电路模块的输出端分别连接所述上线圈、所述下线圈，

所述差动式电磁线圈的反馈信号分别连接所述输出信号转换器模块的输入端和所述补偿参数确定模块的输入端，所述传感器模块的输出端分别连接所述位置信号模块的输入端和所述数字化曲线簇跟踪模块的输入端，

所述位置信号模块的输出端连接所述输入接口模块的输入端，所述输入接口模块的输出端、所述材料参数模块的输出端分别连接所述补偿参数确定模块的输入端，所述补偿参数确定模块的输出端连接所述非线性补偿数据库模块的输入端，所述非线性补偿数据库模块的输出端连接所述非线性数字化补偿模块的输入端；

所述位置信号模块对所述传感器模块检测的位置信号进行模数转换，然后将位置信号传递给所述输入接口模块，所述输入接口模块将位置信号传送给所述补偿参数确定模块；

所述材料参数模块为所述补偿参数确定模块提供材料参数；

所述数字化曲线簇跟踪模块跟踪来自所述差动式电磁线圈的瞬时电流，所述数字化曲线簇跟踪模块存储电流的动态记忆、数字化B-H曲线簇和转轴的间隙变化值，通过瞬时电流、电流的动态记忆和转轴的间隙变化值确定所述差动式电磁线圈的导磁率在数字化B-H曲线簇中动态工作点的转折处特征和过零点特征，所述数字化曲线簇跟踪模块记忆电流变化量并跟踪外部电路模块中的B-H值与数字化B-H曲线簇之间误差，然后根据材料参数纠正现有的瞬时电流误差；

所述非线性数字化补偿模块根据所述差动式电磁线圈的瞬时电流和所述传感器模块的位移信号建立数据库，依据数字化B-H曲线簇中呈现的非线性规律，通过所述差动式电磁线圈的瞬时电流、材料参数、所述转轴的位置增量变化以及磁力公式与磁性材料的磁导率、电流、线圈匝数等之间的关系进行反向推导差动电磁铁线圈中的瞬时电流补偿量，使得非线性系统等效为线性系统，列出相应的数据查询表；

所述输出信号转换器模块根据来自所述非线性数字化补偿模块的补偿量调节所述差动式电磁线圈的电流值，所述输出信号转换器模块每隔一个周期时间S实时检测来自所述差动式电磁线圈的瞬时电流、所述转轴的位置变化量；

所述输出电路模块输出经过所述输出信号转换器模块处理后的电流值给外部电路模块；

所述补偿参数确定模块根据所述材料参数模块提供的材料参数、来自所述差动式电磁线圈的瞬时电流信号和来自所述输入接口模块的位置信号确定补偿参数；

所述外部电路模块用于实现转轴的悬浮；

所述非线性补偿数据库模块根据所述差动式电磁线圈电磁力在数字化B-H曲线呈现的特征得到相应的补偿数据并进行存储，将补偿数据提供给所述非线性数字化补偿模块。

2.根据权利要求1所述的一种智能化磁悬浮电主轴的控制方法，其特征在于，所述材料参数模块为所述补偿参数确定模块提供的所述材料参数包括差动式电磁线圈中铁芯材料的材质、长度和直径；所述周期时间S=2~3ns。

3.根据权利要求1所述的一种智能化磁悬浮电主轴的控制方法，其特征在于，所述控制器的控制算法采用自适应滑模控制算法，所述控制器型号为DSPTMS320F28335，所述位置信号模块包括DSP高度处理器。