[发明专利]主动径向磁轴承用位移传感器容错控制系统及控制方法

说明书

本发明揭示了一种主动径向磁轴承用位移传感器容错控制系统及控制方法，与主动径向磁悬浮轴承相适配，系统包括位移反馈部分、故障诊断电路、容错控制模块以及反馈执行部分；位移反馈部分以非对称的形式固定设置于主动径向磁悬浮轴承转子外围，位移反馈部分的输出分别与故障诊断电路及容错控制模块二者的输入电性连接，故障诊断电路的输出与容错控制模块的输入电性连接，容错控制模块的输出与反馈执行部分的输入电性连接，反馈执行部分的输出与主动径向磁悬浮轴承中的电磁线圈电性连接。本发明大幅减少了位移传感器的数量，增加了可进行容错控制的故障种类，保证了位移反馈部分能够在故障前后具有相同的灵敏度和测量精度。

技术领域

本发明为一种控制系统及其相对应的控制方法，具体涉及一种针对主动径向磁悬浮轴承的轴承内位移传感器容错控制系统及基于该系统的位移传感器容错控制方法，属于磁悬浮轴承技术领域。

背景技术

磁悬浮轴承(Magnetic Bearing) 是一种利用磁力作用将转子悬浮于空中、使转子与定子互不接触的新型轴承。其基本的工作原理是通过位移传感检测转子的位移，将位移信息传输到控制器，控制器进行计算并输出控制信号，通过功率放大器对控制信号进行放大成电磁线圈的控制电流，从而产生相应的电磁力保证转子的稳定悬浮。与传统轴承相比，磁悬浮轴承能够在没有物理接触的情况下实现转子的悬浮转动，而且还能够有效抑制转子的振动。近年来，磁悬浮轴承凭借其自身特点，被广泛应用在高速机床、航空航天和医疗器械等运行环境特殊的场景中。

尽管磁悬浮轴承在应用层面的优点众多，但阻碍其被广泛应用的一个显著障碍是这类轴承极易发生故障。一旦磁悬浮轴承系统中的位移传感器出现故障，会使得整个磁悬浮轴承系统失去位移反馈。具体而言，当位移传感器发生故障时，会导致转子在零转速时无法正常悬浮或者在高转速时失控，严重时还可能会导致安全事故的出现。因此，也有部分业内人士开始构思、设计出一些具有位移传感器容错控制能力的磁悬浮轴承系统。

出于减小设备体积、降低制造成本的考虑，同时也为了克服位移传感器容易发生故障的缺陷，目前，一种基于电磁线圈电流特性的位移自传感技术被应用于磁悬浮轴承系统的反馈控制中。位移自传感技术可以通过电磁线圈注入高频信号，提取线圈两端与转子位置有关的电压信号、实现位置自传感，也可以通过分析线圈中电流纹波特性获得脉宽不变的位移估计信号。但是通过实际应用，技术人员发现，位移自传感技术需要用到较多的滤波器电路，这会引起额外的相移、影响系统的稳定性。另外这种位移自传感技术的测量精度低、鲁棒性差，易受参数变化影响，在高频时位移估计误差较大，难以实现稳定反馈，因此这一技术很难从根本上提升磁悬浮轴承系统的可靠性。

综上所述，如何寻找、设计出一种全新的、针对主动径向磁悬浮轴承的位移传感器容错控制系统及基于该系统的位移传感器容错控制方法，克服上述现有技术所存在的诸多缺陷，也就成为了本领域内技术人员所期望解决的一项技术问题。

发明内容

鉴于现有技术存在上述缺陷，本发明的目的是提出一种针对主动径向磁悬浮轴承的轴承内位移传感器容错控制系统及基于该系统的位移传感器容错控制方法，具体如下。

一种主动径向磁轴承用位移传感器容错控制系统，与主动径向磁悬浮轴承相适配，包括位移反馈部分、故障诊断电路、容错控制模块以及反馈执行部分；

所述位移反馈部分以非对称的形式固定设置于所述主动径向磁悬浮轴承转子外围，所述位移反馈部分的信号输出分别与所述故障诊断电路及所述容错控制模块二者的信号输入电性连接，所述故障诊断电路的信号输出与所述容错控制模块的信号输入电性连接，所述容错控制模块的信号输出与所述反馈执行部分的信号输入电性连接，所述反馈执行部分的信号输出与所述主动径向磁悬浮轴承中的电磁线圈电性连接。

优选地，所述位移反馈部分包括主位移传感组件及冗余位移传感组件；