[发明专利]基于力控制的磁悬浮系统及控制方法

权利要求书

1.一种基于力控制的磁悬浮系统，包括机械装置和控制系统，其特征在于：所述机械装置包括转子、电磁力发生装置和测力轴承，所述控制系统包括电压放大器、控制器和功率放大器；所述转子的两端设置有测力轴承，所述电磁力发生装置设置在转子两端的测力轴承之间；所述电压放大器的输入端与测力轴承连接，输出端与控制器的输入端连接，所述控制器的输出端与功率放大器的输入端连接，所述功率放大器的输出端与电磁力发生装置连接；其中，所述测力轴承用于检测转子作用在测力轴承上力的大小和方向，并将将检测到的力信号发送给电压放大器，所述电压放大器将接收到的力信号进行放大变换为电压信号后发送给控制器，所述控制器将电压信号转换成控制信号后发送给功率放大器，所述功率放大器将控制信号转换成控制电流信号并发送给电磁力发生装置，所述电磁力发生装置产生作用在转子上的磁控制力，所述作用在转子上的磁控制力与转子作用在测力轴承上的力方向相反、大小相等。

2.根据权利要求1所述的一种基于力控制的磁悬浮系统，其特征在于：所述电磁力发生装置包括电机和两个径向磁力轴承，所述电机通过联轴器与转子一端连接，所述两个径向磁力轴承设置在转子两端的两个测力轴承之间且分别与之对应。

3.根据权利要求1所述的一种基于力控制的磁悬浮系统，其特征在于：所述电磁力发生装置包括准悬浮电机，所述准悬浮电机设置在转子中部。

4.根据权利要求1所述的一种基于力控制的磁悬浮系统，其特征在于：所述电磁力发生装置包括电机、两个径向磁力轴承和轴向磁力轴承，所述电机通过联轴器与转子一端连接，所述两个径向磁力轴承设置在转子两端的两个测力轴承之间且分别与之对应，所述轴向磁力轴承对应设置在两个径向磁力轴承之间。

5.根据权利要求1所述的一种基于力控制的磁悬浮系统，其特征在于：所述电磁力发生装置包括准悬浮电机和轴向磁力轴承，所述准悬浮电机和轴向磁力轴承设置在转子两端的两个测力轴承之间，且所述轴向磁力轴承位于准悬浮电机的一侧。

6.根据权利要求2或3所述的一种基于力控制的磁悬浮系统，其特征在于：所述测力轴承用以测量转子作用在测力轴承上的径向力。

7.根据权利要求4或5所述的一种基于力控制的磁悬浮系统，其特征在于：所述测力轴承用以测量转子作用在测力轴承上的径向力和轴向力。

8.根据权利要求4或5所述的一种基于力控制的磁悬浮系统，其特征在于：所述轴向磁力轴承包括两个轴向定子和推力盘，所述推力盘固定在转子上，所述两个轴向定子设置在推力盘两侧。

9.根据权利要求3或5所述的一种基于力控制的磁悬浮系统，其特征在于：所述准悬浮电机包括套置在转子上的转矩线圈绕组和准悬浮线圈绕组，所述转矩线圈绕组产生实现转子旋转的电磁转矩，所述准悬浮线圈绕组产生作用在转子上的径向电磁控制力。

10.一种基于力控制的磁悬浮系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、通过测力轴承检测出转子作用在测力轴承上力的大小和方向；

B、通过电压放大器将检测到的力信号放大变换为电压信号；

C、通过控制器将电压信号转换成控制信号；

D、通过功率放大器将控制信号转换成控制电流信号，并反馈给电磁发生装置；

E、电磁发生装置产生作用在转子上的电磁控制力，所述作用在转子上的磁控制力与转子作用在测力轴承上的力方向相反、大小相等。