[发明专利]一种磁悬浮电主轴的实时控制系统及磁悬浮电主轴系统

说明书

本发明公开了一种磁悬浮电主轴的实时控制系统及磁悬浮电主轴系统，包括：上位调试机和控制电路；控制电路包括控制器、电流驱动模块、电流传感器以及采样模块；电流传感器的输入端用于采集磁悬浮电主轴的线圈电流；采样模块的第一输入端连接至电流传感器的输出端，第二输入端用于采集磁悬浮电主轴的位置信号；控制器的输入端连接至采样模块的输出端，参数输入端连接至上位调试机的参数输出端，状态输出端连接至上位调试机的状态输入端；电流驱动模块的输入端连接至控制器的输出端，输出端用于驱动磁悬浮电主轴的线圈。本发明能够提高控制的实时性和可靠性，并实现控制系统内部参数的在线测试与调节，同时保证成本不会过高。

技术领域

本发明属于磁悬浮轴承控制技术及机床加工主轴领域，更具体地，涉及一种磁悬浮电主轴的实时控制系统及磁悬浮电主轴系统。

背景技术

磁悬浮轴承是利用可控电磁力作用将转子或轴稳定悬浮于空间的一种新型高性能轴承，与传统轴承相比，磁悬浮轴承相对运动表面之间没有接触，转子能够运行到很高的转速，同时具有无摩擦、无需润滑、功耗低、清洁无污染等优点，因此广泛的应用于机械工业领域，如各类机床、涡轮分子泵、高速离心机、涡轮发电机等各种高速旋转机械。

磁悬浮电主轴是一个应用了磁悬浮轴承的复杂的机电一体化系统，磁悬浮电主轴的结构主要分为机械结构和电路结构两大部分，在使用磁悬浮电主轴时，为保证稳定运行，需要根据轴承的悬浮状态不断地调节磁场力的大小，因此需要实时对系统状态进行监控和调节控制参数。磁悬浮电主轴对控制系统的实时性和可靠性要求较高。由于磁悬浮电主轴结构的复杂性，现有技术中对磁悬浮电主轴状态的实时监控、参数的调节效率比较低，而且控制效果不佳。当前的市面上实时仿真控制系统能提高效率，但这些设备的价格昂贵，使用这些设备作为磁悬浮电主轴的控制系统成本较高。此外，现有的磁悬浮电主轴的控制系统中，都无法实现控制系统内部参数的在线测试与调节。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种磁悬浮电主轴的实时控制系统及磁悬浮电主轴系统，其目的在于，提高对磁悬浮电主轴状态监测与控制的实时性和可靠性，并实现控制系统内部参数的在线测试与调节，同时保证成本不会过高。

为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种磁悬浮电主轴的实时控制系统，用于实现对磁悬浮电主轴状态的实时监测与控制，包括：上位调试机和控制电路；

控制电路包括控制器、电流驱动模块、电流传感器以及采样模块；

电流传感器的输入端与磁悬浮电主轴的线圈相连，电流传感器用于采集磁悬浮电主轴中线圈的电流信号；

采样模块的第一输入端连接至电流传感器的输出端，采样模块的第二输入端与磁悬浮电主轴的位移传感器相连，采样模块用于对磁悬浮电主轴的电流信号及位置信号进行采样并转换为数字信号；

控制器的输入端连接至采样模块的输出端，用于根据采样得到的位置信号和给定的位置信号得到电流控制信号，并根据采样得到的电流信号和电流控制信号得到电流驱动模块的PWM信号；

电流驱动模块的输入端连接至控制器的输出端，电流驱动模块的输出端用于驱动磁悬浮电主轴的线圈，电流驱动模块用于根据PWM信号产生控制电流，并将控制电流输入磁悬浮电主轴的线圈，以使得线圈产生可控的电流及磁力，从而调整主轴转子在气隙中的位置；

控制器的参数输入端连接至上位调试机的参数输出端，控制器的状态输出端连接至上位调试机的状态输入端，控制器还用于接收上位调试机下发的控制参数以实现控制系统内部参数的在线测试与调节，以及将所采集到的磁悬浮电主轴的状态信息上传至上位调试机，以由上位调试机对磁悬浮电主轴的状态信息进行可视化显示。