[发明专利]一种基于双电平功放永磁偏置混合磁轴承控制系统及无位移传感器检测方法

权利要求书

1.一种基于双电平功放永磁偏置混合磁轴承的无位移传感器检测方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

(1)永磁偏置磁轴承的线圈连接：在同一自由度上，把永磁偏置磁轴承上下线圈进行串联连接，并且引出串联后上下线圈的中点电压；

(2)位移解算核心公式推导：推导出上下线圈电压差与转子位移关系，通过电路的连接关系推导出上下线圈电压差与线圈中点电压的关系，利用一个自由度的中点电压进行解算，得到两个自由度的位移；

(3)设计桥式检测电路：生成含有位移信息的被解调信号；

(4)解调控制信号生成：通过数字控制器生成两自由度相位正交的PWM；

(5)设计信号解调电路：根据X向和Y向线圈端电压u_x、u_y的状态，设计逻辑状态检测电路实现对解调方程式的求解；

(6)设计低通滤波器电路，滤除位移信号中的开关噪声以及其他高频干扰。

2.根据权利要求1所述的一种基于双电平功放永磁偏置混合磁轴承的无位移传感器检测方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，上下线圈电压差与转子位移的关系为：

其中：v_x是X向上下线圈的电压差，v_y是Y向上下线圈的电压差，u_x是X向线圈的端电压，u_y是Y向线圈的端电压，g是转子在平衡位置时候的气隙，x是转子沿X向的位移，y是转子沿Y向的位移；

通过一个自由度的中点电压解算出两个自由度的转子位移，利用X向的中点电压进行解算，X向上下线圈的电压差与线圈中点电压的关系为

其中V_XL是X向中点电压，v_x+是X向上线圈的电压，v_x-是X向下线圈的电压。

3.根据权利要求1所述的一种基于双电平功放永磁偏置混合磁轴承的无位移传感器检测方法，其特征在于，所述的步骤(3)中，在上下串联的磁轴承线圈中并联两个等阻值电阻，生成含有位移信息的被解调信号是由两个等阻值电阻的中点电压V_XR与X向线圈的中点电压V_XL之差，通过求差电路生成被检测信号：。

4.根据权利要求1所述的一种基于双电平功放永磁偏置混合磁轴承的无位移传感器检测方法，其特征在于，所述的步骤(4)中，利用数字控制器DSP的PWM模块，生成X，Y两自由度相位正交的PWM，分别为PWM_X，PWM_Y，PWM_X控制X方向的线圈端电压u_x的状态，PWM_Y控制Y方向的线圈端电压u_y的状态，设定线圈电压高电平为1，低电平为0，在一个控制周期中保证线圈端电压u_x和u_y出现00，01，10，11四种组合状态，从而在一个控制周期中X方向的被检测信号v与转子位移关系式至少有两种不相关的检测状态。

5.根据权利要求1所述的一种基于双电平功放永磁偏置混合磁轴承的无位移传感器检测方法，其特征在于，所述的步骤(5)中，设计信号解调电路对被检测信号v进行解调，信号解调电路是由模拟多路复用器，采样保持电路、数字逻辑电路以及和差运算电路组成，由DSP生成的PWM_X，PWM_Y来控制模拟多路复用器，对v的状态进行选择，是输出v或者-v，此时输出的v或者-v经过采样保持电路在不同的解调控制信号PWM_X和PWM_Y状态下得到位移信号的和差信号x+y，x-y，通过由运算放大器构成的和差运算电路的数学运算解算出x和y位移信号。

6.根据权利要求1所述的一种基于双电平功放永磁偏置混合磁轴承的无位移传感器检测方法，其特征在于，所述的步骤(6)中，低通滤波器电路为由运算放大器构成的有源低通二阶滤波器。