[发明专利]磁悬浮轴系跌落轨迹识别与重新悬浮的控制方法及装置

权利要求书

1.一种磁悬浮轴系跌落轨迹识别与重新悬浮的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、计算轴系位移信号的采样周期；

步骤2、设定阈值α、ε₁、ε₂、自由跌落时的钟摆频率β、轴心运动速度阈值v₁和保护轴承气隙s；

步骤3、监测磁悬浮轴系的悬浮状态；

步骤4、截取采样周期内轴系的位移信号，并计算该采样周期内轴系径向位移的期望值；

步骤5、将轴系在采样周期内的径向位移期望值与阈值s+ε₁进行比较，判断轴系的轨迹响应类型是否为混合摩擦和弹跳；

步骤6、计算该采样周期内轴系沿X轴方向位移的瞬时频率，并求解其期望值；

步骤7、计算采样周期内轴系位移信号的瞬时频率后，进一步求解瞬时频率的期望值并与阈值β+ε₂进行比较，再次判断轴系的轨迹响应类型是钟摆振动还是全周摩擦；

步骤8、针对不同的轨迹响应类型，采取相应的控制方法令轴系重新悬浮；

所述步骤7中通过将瞬时频率的期望值与阈值β+ε₂比较，判断轴系的轨迹响应类型是自由跌落时的钟摆振动还是全周摩擦及高频摆动，判别公式为：

其中，E_f为采样周期内轴系运动瞬时频率的期望值，f_inst(i)为该采样周期第i个采样点的瞬时频率，β为自由跌落时的钟摆频率，ε₂为阈值；

所述步骤8中令轴系重新悬浮的控制方法，当轴系的轨迹响应为全周摩擦或者高频摆动时，磁轴承控制器的输出控制指令I_c是由悬浮指令I_s和涡动或摆动的阻尼指令I_d加权求和得到的；

其中，悬浮指令由原控制算法求解得到，涡动或摆动的阻尼指令I_d＝[I_dx I_dy]，计算步骤如下：

其中，I_dx和I_dy分别是沿X和Y轴方向的涡动阻尼指令，ω是涡动频率，当涡动为顺时针时取正值，逆时针时取负值；I_cmax是最大控制电流；

所述的加权系数在涡动频率不高于阈值ω₀时，正比于涡动频率；当涡动频率高于阈值ω₀时，加权系数始终为1；加权系数ψ与涡动频率ω之间的判别式为：

控制器输出的控制指令I_c＝[I_cx I_cy]通过方程(0.14)计算得到：

其中，x_r和y_r分别是为轴系沿X和Y轴方向上位移，I_cx和I_cy分别是输出控制指令沿X和Y轴方向的分量；I_sx和I_sy分别是悬浮指令沿X和Y方向的分量；

其中，轴系轨迹响应类型被判定为混合摩擦和弹跳或者自由跌落时的钟摆振动时，控制器仍采用原悬浮状态时的控制算法。

2.根据权利要求1所述的一种磁悬浮轴系跌落轨迹识别与重新悬浮的控制方法，其特征在于，所述步骤1采样周期T的计算公式为：

其中，f_P为采样频率，s为轴系与保护轴承内圈的间隙，g为重力加速度；

T＝n·Δt (0.7)

其中，n是一个采样周期内的采样点数，Δt是相邻采样点之间的时间间隔。

3.根据权利要求1所述的一种磁悬浮轴系跌落轨迹识别与重新悬浮的控制方法，其特征在于，所述步骤3的轴系悬浮状态的判断条件为：

其中，x_r和y_r分别是为轴系沿X和Y轴方向上位移，X和Y轴方向是笛卡尔坐标系中相互垂直的两个坐标轴的方向，α为阈值；

其中当轴系被判定为跌落状态时，则开始进行采样，并截取本采样周期内轴系的径向位移。