[发明专利]一种动压气浮轴承在轨摩擦力矩测试方法

说明书

本发明涉及一种动压气浮轴承在轨摩擦力矩测试方法，属于惯性仪表参数测量领域，该动压气浮轴承摩擦力矩测试方法应用于采用动压气浮轴承的永磁同步电机的控制规律设计中，是对永磁同步电机中动压气浮轴承摩擦力矩的一种测试方法。本发明方法包括如下步骤：(1)建立动压气浮轴承摩擦力矩假设模型；(2)制定动压气浮轴承摩擦力矩测试实验流程和数据采集方式；(3)根据实验过程数据对摩擦力矩模型进行辨识；(4)确定最终的摩擦力矩模型及参数；(5)采用确定的摩擦力矩模型与实验测试数据进行逆向验证、比对。

技术领域

本发明涉及一种动压气浮轴承在轨摩擦力矩测试方法，属于惯性仪表参数测量领域。

背景技术

动压气浮轴承是指以无源气体形成自润滑气膜的轴承，该气膜通过轴承匹配表面的切向相对运动，在轴承间隙内产生一定的压力来支持负载，由于轴承高速旋转时没有机械接触，因此实现了连续运行的长寿命，同时也大大降低了轴承的噪声水平。基于以上两点，有长寿命、低噪声要求的机械陀螺中永磁同步电机轴承都趋向于采用动压气浮轴承。机械陀螺中的电机采用基于动压气浮轴承的永磁同步电机，在陀螺本体结构中永磁同步电机位于浮子中心，其控制信号通过导电游丝传输，为了减少游丝数量，同时不增加额外的陀螺本体尺寸，机械陀螺永磁同步电机未安装转速测量传感器，机械陀螺自身不能提供电机动压气浮轴承的转速信息。为了获取电机动压气浮轴承的转速信息，需要利用电机本身的某些电气参数作为电机动压气浮轴承的转速信息。

目前应用较为成熟的电机动压气浮轴承的转速信息测量方法是基于电机三相绕组的反电动势的过零检测方法。虽然基于电机三相绕组的反电动势过零检测法方法简单，但是缺点是电机在转速较低或者静止时无法正确得到反电动势信号，无法获知电机动压气浮轴承的转速信息。因此，采用反电动势过零检测法的无位置电机控制方法需要设计专用的电机启动策略，当电机转子转速较高时，绕组反电势信号稳定建立时，再采用反电势过零检测方法提供电机动压气浮轴承的转速信息信息用于电机的闭环控制。

因为永磁同步电机在转速较低或静止时，无法获知电机动压气浮轴承的转速信息，所以永磁同步电机的启动策略需要采取无转子位置信息的开环启动策略。根据电机转子的动力学方程可知，电机的开环启动策略需要根据电机动压气浮轴承的摩擦力矩规律进行设计。因此获取机械陀螺的动压气浮轴承摩擦力矩是永磁同步电机开环启动策略设计的基础。本方法设计一种动压气浮轴承摩擦力矩的测量方法，无需要采取额外的专用测量设备，通过在轨永磁同步电机的关机滑行实验数据，采用数值计算方法和参数辨识方法，得到机械陀螺动压气浮轴承的摩擦力矩数学模型，为永磁同步电机的开环启动策略设计提供理论支撑。

发明内容

本发明的技术解决的问题：克服现有技术的不足，本发明提供了一种动压气浮轴承在轨摩擦力矩测试方法，为动压气浮轴承的摩擦力矩尚提供解析的摩擦力矩数学模型，动压气浮轴承的摩擦力矩测量需要通过专用测试设备，该方法无需专用测试设备，通过实验数据处理，可以得到准确的动压气浮轴承摩擦力矩的数学模型；该方法实现简单，模型准确。

本发明所采用的技术方案是：一种动压气浮轴承在轨摩擦力矩测试方法，包括步骤如下：

(1)建立动压气浮轴承转速ω与动压气浮轴承的摩擦力矩M的数学模型M(ω)＝α_nωⁿ+α_n-1ω^n-1+……+α₁ω,n＝1,2,……,10；

(2)根据动压气浮轴承的永磁同步电机的动力学方程和步骤(1)中建立的数学模型，制定摩擦力矩测试实验流程和数据采集方式；

摩擦力矩测试实验流程为：开启永磁同步电机，永磁同步电机运行经过设定的时间段后，关闭永磁同步电机，再经过设定的时间段后再开启永磁同步电机；重复进行上述实验流程若干次；

数据采集方式为：在设定的采用周期内，对永磁同步电机关闭后的永磁同步电机转速进行采集；