[发明专利]一种磁悬浮平面电机动子悬浮高度测量系统及方法

权利要求书

1.一种磁悬浮平面电机动子悬浮高度测量系统，其特征在于，所述测量系统包括八个Z向电涡流传感器，即：Z向一号电涡流传感器(1)、Z向二号电涡流传感器(2)、Z向三号电涡流传感器(3)、Z向四号电涡流传感器(4)、Z向五号电涡流传感器(5)、Z向六号电涡流传感器(6)、Z向七号电涡流传感器(7)和Z向八号电涡流传感器(8)；两个Y向电涡流传感器，即：Y向一号电涡流传感器(9)和Y向二号电涡流传感器(10)；一个X向容栅尺(11)和一个Y向光栅尺(12)；

建立平面电机定子上的固定坐标系O-XYZ以及平面电机动子上的随动坐标系O_s-X_sY_sZ_s，固定坐标系O-XYZ中X轴和Y轴在定子(13)上表面分别沿着平行和垂直线缆(17)延伸的方向，Z轴垂直于定子(13)上表面向上，原点O位于定子上表面X方向和Y方向的坐标均最小的散热孔(15)中心，初始状态下动子未悬浮时两个坐标系完全重合；

所述八个Z向电涡流传感器均安装于磁浮平面电机动子(14)下表面，靶面均为磁悬浮平面电机定子(13)上表面，其中Z向一号电涡流传感器(1)、Z向二号电涡流传感器(2)、Z向三号电涡流传感器(3)和Z向四号电涡流传感器(4)安装于与平面电机动子随动坐标系O_s-X_sY_sZ_s中Y_s轴平行的一条直线上，Z向五号电涡流传感器(5)、Z向六号电涡流传感器(6)、Z向七号电涡流传感器(7)和Z向八号电涡流传感器(8)安装于与平面电机动子随动坐标系O_s-X_sY_sZ_s中Y_s轴平行的另一条直线上；

所述八个Z向电涡流传感器分为四组，依次是Z向一号电涡流传感器(1)和Z向二号电涡流传感器(2)为第一组、Z向三号电涡流传感器(3)和Z向四号电涡流传感器(4)为第二组、Z向五号电涡流传感器(5)和Z向六号电涡流传感器(6)为第三组、Z向七号电涡流传感器(7)和Z向八号电涡流传感器(8)为第四组，每组的两个Z向电涡流传感器安装于相邻的位置，各组中两个电涡流传感器的间距相同，且需要小于平面电机定子(13)上表面磁钢阵列Y方向的极距PY减去两倍平面电机定子散热孔(15)直径再减去两倍Z向电涡流传感器靶区直径；

所述Y向一号电涡流传感器(9)和Y向二号电涡流传感器(10)均安装于磁悬浮平面电机动子(14)侧面，靶面均为线缆台(18)侧面，测量平面电机动子相对于线缆台在Y方向的运动；

所述X向容栅尺(11)的读数头安装于动子(14)侧面，标尺贴于线缆台(18)上靠近动子的侧面上，用于测量平面电机动子X方向的运动；

所述Y向光栅尺(12)的读数头安装于线缆台(18)上，标尺贴于平面电机定子(13)侧面，用于测量平面电机动子(14)的Y方向的运动。

2.一种采用如权利要求1所述系统的磁悬浮平面电机动子悬浮高度的测量方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)将Y向一号电涡流传感器(9)和Y向二号电涡流传感器(10)当前伺服周期内的读数求平均，再加上Y向光栅尺(12)当前伺服周期内的读数，得到平面电机动子在固定坐标系O-XYZ中Y方向的位移，记为y₀；将X向容栅尺(11)当前伺服周期内的读数作为平面电机动子在固定坐标系O-XYZ中X方向的位移，记为x₀；根据八个Z向电涡流传感器在平面电机动子上的安装位置，确定八个Z向电涡流传感器在随动坐标系O_s-X_sY_sZ_s中的X_s方向和Y_s方向的坐标，依次为Z向一号电涡流传感器的坐标为(p₁,q₁)、Z向二号电涡流传感器的坐标为(p₂,q₂)、Z向三号电涡流传感器的坐标为(p₃,q₃)、Z向四号电涡流传感器的坐标为(p₄,q₄)、Z向五号电涡流传感器的坐标为(p₅,q₅)、Z向六号电涡流传感器的坐标为(p₆,q₆)、Z向七号电涡流传感器的坐标为(p₇,q₇)和Z向八号电涡流传感器的坐标为(p₈,q₈)；

2)计算八个Z向电涡流传感器各自在固定坐标系O-XYZ中的X方向和Y方向的坐标，假定在固定坐标系O-XYZ中Z向一号电涡流传感器的坐标为(x₁,y₁)、Z向二号电涡流传感器的坐标为(x₂,y₂)、Z向三号电涡流传感器的坐标为(x₃,y₃)、Z向四号电涡流传感器的坐标为(x₄,y₄)、Z向五号电涡流传感器的坐标为(x₅,y₅)、Z向六号电涡流传感器的坐标为(x₆,y₆)、Z向七号电涡流传感器的坐标为(x₇,y₇)、Z向八号电涡流传感器的坐标为(x₈,y₈)，则其计算公式为：x_i＝p_i+x₀、y_i＝q_i+y₀，其中i＝1,2,…,8；

3)对八个Z向电涡流传感器在固定坐标系O-XYZ中的X方向和Y方向的坐标进行如下处理：X_i＝x_i％PX，Y_i＝y_i％PY，其中i＝1,2,…,8，且PX和PY分别为磁浮平面电机定子上表面磁钢阵列在X轴方向和Y轴方向的极距，所得的X_i和Y_i均为中间变量，其中i＝1,2,…,8；

4)针对第一组Z向电涡流传感器，选出序号较小的Z向电涡流传感器，即Z向一号电涡流传感器(1)，判断如下五个条件是否同时成立：(X₁-PX)²+Y₁²＞D²、(X₁-PX)²+(Y₁-PY)²＞D²和(X₁-PX/2)²+(Y₁-PY/2)²＞D²，其中D是Z向电涡流传感器靶区和散热孔的半径之和，如果同时成立则选择Z向一号电涡流传感器当前伺服周期内的读数，作为当前伺服周期中动子在第一组Z向电涡流传感器所在位置的悬浮高度；如果不同时成立，则选择Z向二号电涡流传感器当前伺服周期内的读数，作为当前伺服周期中动子在第一组Z向电涡流传感器所在位置的悬浮高度，假定当前伺服周期序号为n₀，并记此伺服周期中通过上述方法得出的第一组Z向电涡流传感器所在位置的悬浮高度为u₁(n₀)；对第二组、第三组和第四组Z向电涡流传感器做类似处理，得出当前伺服周期中动子在该组Z向电涡流传感器所在位置的悬浮高度，依次记为u₂(n₀)、u₃(n₀)和u₄(n₀)；

5)四组Z向电涡流传感器在不同伺服周期中选出的悬浮高度读数组成的四组在相应位置上动子的悬浮高度随时间变化的信号，依次为第一组Z向电涡流传感器所在位置的悬浮高度信号u₁(n)，n＝1,2,…，第二组Z向电涡流传感器所在位置的悬浮高度信号u₂(n)，n＝1,2,…，第三组Z向电涡流传感器所在位置的悬浮高度信号u₃(n)，n＝1,2,…，第四组Z向电涡流传感器所在位置的悬浮高度信号u₄(n)，n＝1,2,…，对四组信号进行低通滤波处理，依次得到y₁(n)、y₂(n)、y₃(n)和y₄(n)，n＝1,2,…；

6)对低通滤波处理后得到的四组信号求平均值，即令：

h(n)＝(y₁(n)+y₂(n)+y₃(n)+y₄(n))/4，n＝1,2,…，则h(n)为平面电机动子在定子上方的悬浮高度随时间变化的信号。