[发明专利]磁悬浮轴系跌落轨迹识别与重新悬浮的控制方法及装置

说明书

本发明公开了属于磁悬浮轴承技术领域的一种磁悬浮轴系跌落轨迹识别与重新悬浮的控制方法及装置，包括以下步骤：计算轴系位移信号的采样周期；监测轴系的悬浮状态；获取轴系的离散时域位移信号；通过希尔伯特变换获得瞬时频率谱信号；将采样周期内的轴系径向位移信号的期望值和轴系位移的瞬时频率的期望值分别与阈值进行比较，确定轴系的轨迹响应，继而提出相应的控制策略。当发生全周摩擦时，能有效降低轴系涡动频率，降低磁悬浮轴承的损伤，并且实现轴系的重新悬浮，当发生高频摆动时，能降低轴系振动能量，对轴系起到有效的保护作用。该方法仅使用轴系的位移信号判断轴系运动的轨迹响应，该信号容易获取，实时性与简单便捷并存。

技术领域

本发明属于磁悬浮轴承技术领域，具体涉及一种磁悬浮轴系跌落轨迹识别与重新悬浮的控制方法及装置。

背景技术

磁悬浮轴承在旋转机械领域的应用逐年增加。磁悬浮轴承可提供非接触式支撑，尤其适合在高转速、低损耗、低噪音的场合使用，而且磁悬浮轴承的刚度、阻尼可调节。当磁悬浮轴系发生高速跌落时，轴系与保护轴承之间将发生剧烈地碰撞和摩擦，对轴系和保护轴承都造成较大损害。ISO 14839中定义了磁悬浮轴系跌落后的三种典型的轨迹响应，包括：钟摆振动、混合摩擦和弹跳以及全周摩擦。

中国申请号“201610982431”的发明专利提供了一种磁悬浮轴承轴系跌落轨迹响应识别方法，提出通过轴系的径向位移以及快速傅里叶变换所得重心坐标值定量识别这三种轨迹响应。

中国申请号“201610861858”的发明专利提供了基于希尔伯特变换的磁悬浮轴承轴系跌落轨迹响应识别方法及装置，提出使用通过希尔伯特变换所得瞬时频率的方差和期望定量识别这三种轨迹响应。

以上两篇文章提出了两种如何识别三种典型轨迹响应的方法，并未解决磁悬浮轴承轴系跌落后如何实现快速重新悬浮来减少对轴系和保护轴承造成损害的关键问题。为克服上述现有技术的缺点，本发明提出了一种磁悬浮轴系跌落轨迹识别与重新悬浮的控制方法及装置，通过监测轴系的径向位移以及通过希尔伯特变换所得瞬时频率的期望进行轨迹响应的识别，并在此基础之上针对不同轨迹响应类型，提出了不同的磁悬浮轴承的控制策略。当轴系发生全周摩擦时，该控制策略能实现轴系的快速重新悬浮，从而有效地降低轴系涡动频率，减少磁悬浮轴承的损伤。本方法计算简单便捷，可实施性好。

发明内容

本发明的目的是提出一种磁悬浮轴系跌落轨迹识别与重新悬浮的控制方法及装置，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1、计算轴系位移信号的采样周期；

步骤2、设定阈值α、ε₁、ε₂、自由跌落时的钟摆频率β、轴心运动速度阈值v₁和保护轴承气隙s；

步骤3、监测磁悬浮轴系的悬浮状态；

步骤4、截取采样周期内轴系的位移信号，并计算该采样周期内轴系径向位移的期望值；

步骤5、将轴系在采样周期内的径向位移期望值与阈值s+ε₁进行比较，判断轴系的轨迹响应类型是否为混合摩擦和弹跳；

步骤6、计算该采样周期内轴系沿X轴方向位移的瞬时频率，并求解其期望值；

步骤7、计算采样周期内轴系位移信号的瞬时频率后，进一步求解瞬时频率的期望值并与阈值β+ε₂进行比较，再次判断轴系的轨迹响应类型是钟摆振动还是全周摩擦；

步骤8、针对不同的轨迹响应类型，采取相应的控制方法令轴系重新悬浮。

所述步骤1采样周期T的计算公式为：

其中，f_P为采样频率，s为轴系与保护轴承内圈的间隙，g为重力加速度；