[发明专利]改进的主动磁轴承控制系统

说明书

一种用于控制由主动磁轴承所支承的转子(10A)的位置的控制装置，包括：轨迹规划模块(12)，用于产生请求位置、速度和加速度；观察器(20)，用于从至少转子的位置和主动磁轴承的电磁体线圈中的电流强度的测量值产生位置反馈值和速度反馈值；第一校正电路(18)，用于根据分别在请求位置和速度与位置和速度反馈值之间的差异产生第一指令信号；前馈控制器(14)，用于根据请求位置、速度和加速度的计算值产生第二指令信号；加法器(16)，用于增加第一和第二指令信号并提供第三指令信号给非线性变换电路(26)，其连接至加法器用于为电磁体产生磁通量指令信号；以及第二校正电路(28)，用于为功率放大器产生电压指令信号。

技术领域

本发明涉及磁轴承，更具体地涉及由于运动规划控制而具有改进的动态性能的轴向磁轴承。

背景技术

磁轴承用在不同的旋转机械中，比如电动机、压缩机、涡轮机等，以便通过作用于该机械的转子上的磁场来保持旋转轴的轴向和/或径向位置。

轴向磁轴承常用来抑制来自工业环境(压力波和振动)的轴向扰动，其可能对涡轮机或压缩机的转子的工况产生不想要的效果，从而限制周期、振动、不稳定性。

轴向轴承力是使用一对电磁体建立的，所述一对电磁体连接至控制电压通过控制器所适于的功率放大器(经典地，每个电磁体一个功率放大器)。然而，推力磁轴承的未分层性质(未分层轴承有助于涡流产生)限制了控制器动作。致动器的动力大大减少(轴向轴承不能抑制位于特定带宽频率之外的干扰)且铁损增加。

所以，作为已知的解决方案，可能时，改变轴向轴承设计(引入槽或使用分层设计)，以打破或至少限制涡流的产生并减少损失。基于使用特定材料的其他解决方案例如由铁磁性粉末制成的插入件也被确定。

然而，所有这些已知的解决方案不能一概而论，因为它们很昂贵并增加了磁轴承成本。此外，它们因机械限制比如例如降低机械阻力或减小可用力而不能用于每个轴承。

发明内容

本发明的目的在于通过优选使用运动规划控制(基于平坦的控制)而不改变硬件或磁轴承设计处理涡流来消除上述缺点。由于采用此解决方案，我们也使损失最小化。

为此，根据本发明的用于控制由通过功率放大器所供电的主动磁轴承所支承的转子的位置的控制装置是这样类型的，其中功率放大器的输出端连接至所述主动磁轴承的电磁体线圈，所述控制装置包括：

轨迹规划模块，用于产生请求位置、速度和加速度，

观察器，用于从至少所述转子的位置(Z(t))和所述电磁体线圈中的电流强度(I₁(t)、I₂(t))的测量产生位置反馈值和速度反馈值，

第一校正电路，其连接至轨迹规划模块以及至观察器，用于根据分别在所述请求位置和速度与所述位置和速度反馈值之间的差异产生第一指令信号

前馈控制器，其连接至轨迹规划模块，用于根据所述请求位置、速度和加速度的计算产生第二指令信号

加法器，其连接至前馈控制器以及至第一校正电路，用于增加第一和第二指令信号并提供(deliver)第三指令信号

非线性变换电路，其连接至加法器，用于从所述第三指令信号产生用于所述电磁体线圈的磁通量指令信号(Φ_1com(t)、Φ_2com(t))，以及

第二校正电路，其连接至非线性变换电路以及至观察器，用于为所述功率放大器产生电压指令信号(U_1com(t)、U_2com(t))，其根据所述磁通量指令信号与观察磁通量值)之间的差异控制在主动磁轴承的电磁体线圈中流动的电流。