[发明专利]一种气体磁轴承电主轴及其控制系统

权利要求书

1.一种气体磁轴承电主轴，包括径向-轴向辅助轴承（1）、径向位移传感器（2）、径向位移传感器支架（3）、径向混合磁轴承（4）、限位套筒（5）、高速电机（6）、钢筒（7）、径向气体轴承（8）、轴向止推气体轴承（9）、径向辅助轴承（10）、转轴（11）、前端盖（12）和后端盖（13），其特征在于：径向-轴向辅助轴承（1）采用角接触球轴承；径向辅助轴承（10）采用圆柱滚子轴承；径向位移传感器（2）采用电涡流传感器，安装在径向位移传感器支架（3）上；径向混合磁轴承（4）为四磁极结构磁轴承，其偏置磁通由轴向充磁的永磁体产生，控制磁通由通有直流电流的控制线圈产生；高速电机（6）为内置变频电机；限位套筒（5）用来固定主轴中各个零件在轴向的安装位置。

2.一种如权利要求1所述气体磁轴承电主轴的控制系统，由控制器、功率放大模块、样机本体和位移检测模块组成，其特征在于，所述控制器包括基于粗集理论方法的模糊整定规则（16）在线调整下的第一PID控制器（14）、基于粗集理论方法的模糊整定规则（17）在线调整下的第二PID控制器（15）和力与电流变换（18）；所述功率放大模块包括电流跟踪型逆变器（19）；所述样机本体包括径向混合磁轴承（4）和转轴（11）前端；所述位移检测模块包括第一位移传感器（20）、第二位移传感器（21）和位移接口电路（22）；所述转轴（11）前端的径向位置通过电涡流第一位移传感器（20）、第二位移传感器（21）进行差动检测，检测出的位移信号通过所述位移接口电路（22）处理，输出调制后的位移输出信号x、y，并与给定的参考位置信号x^*、y^*进行比较，得到的偏差e_x、e_y及其变化率de_x、de_y通过基于粗集理论方法的模糊整定规则（16）在线调整下的第一PID控制器（14）和模糊整定规则（17）在线调整下的第二PID控制器（15）处理，实时调整参数K_p、K_i、K_d的大小，从而得到PID控制器输出力信号F_xx与F_yy，再经过力与电流变换（18）输出三相电流参考信号i_A^*、i_B^*、i_C^*，最后经过滞环比较环节处理，由电流跟踪型逆变器（19）输出三相电流i_A、i_B、i_C驱动所述径向混合磁轴承（4）的线圈。