[发明专利]检控转子固连式磁悬浮旋转关节在线动平衡系统及方法

说明书

本发明涉及一种检控转子固连式磁悬浮旋转关节在线动平衡系统，包括：转子系统单元、磁悬浮控制单元、整周期旋转控制单元、恒值电流提取单元和校正质量解算单元；其中，磁悬浮控制单元悬浮转子系统，整周期旋转控制单元控制磁悬浮转子系统绕其几何轴稳定旋转。恒值电流提取单元从磁悬浮控制单元所获取的绕组电流中提取恒值电流成分。校正质量解算单元根据提取恒值电流成分解算平衡转子所需校正质量。

技术领域

本发明涉及一种检控转子固连式磁悬浮旋转关节在线动平衡系统及方法，适用于对传感器和磁轴承均在转子上的磁悬浮系统进行在线动平衡。

背景技术

磁悬浮轴承支承相对于传统机械轴承支承具有无接触、无磨损、振动小、可主动控制等特点，在磁悬浮飞轮、磁悬浮控制力矩陀螺和磁悬浮旋转关节等航天精密机电产品中有广阔的应用前景。

磁悬浮旋转关节旋转部分为非旋转体，并且上面安装有多种单机设备，其质量分布无法精确估计和测量。同时，虽然磁悬浮旋转关节旋转转速低，但转子部分质量及转动惯量都极大，以上均会导致磁悬浮旋转关节具有较大的残余不平衡。而为提高磁轴承线性度和去除位移负刚度，磁悬浮旋转关节采用洛伦兹力式磁轴承，其承载力较小。残余不平衡量影响关节悬浮控制精度，无法达到磁悬浮旋转关节悬浮控制精度。较大的残余不平衡甚至会超过磁轴承的最大承载力，导致出现转子碰到保护轴承的现象。因此，必须对磁悬浮旋转关节旋转部分进行高精度动平衡。

现有动平衡方法主要是影响因素法，振形平衡法(或称模态平衡法)及联合平衡法。这些方法均需要多次启车试重，难以适用在轨应用工况。且现有平衡方法多使用振动传感器测量不平衡量，而磁悬浮旋转关节转速极低，振动极小，影响平衡精度。虽然也可以使用转子旋转轴偏离几何轴的大小去估计转子不平衡(转子几何轴与惯性主轴的偏移量)，但其要求支撑是线性的，而磁悬浮转子偏移磁轴承磁中心较大时的磁悬浮支撑是非线性的，亦影响平衡精度。

综上所述，磁悬浮旋转关节不平衡量较大，严重影响系统控制精度，现有动平衡方法在旋转关节这种低转速旋转体上应用时，具有精度低、效率低的问题。因此需要寻找一种高效、高精度动平衡方法。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种检控转子固连式磁悬浮旋转关节在线动平衡系统，可对传感器和磁轴承均在转子上的磁悬浮系统进行在线动平衡，可显著提高磁悬浮转子的动平衡效率和动平衡精度。

本发明所采用的技术方案是：

一种检控转子固连式磁悬浮旋转关节在线动平衡系统，包括：转子系统单元、磁悬浮控制单元、整周期旋转控制单元、恒值电流提取单元和校正质量解算单元；

其中，磁悬浮控制单元控制转子系统单元中的转子悬浮并获取转子的绕组电流，整周期旋转控制单元控制转子系统单元中转子绕其几何轴稳定旋转；恒值电流提取单元在整周期旋转控制单元的控制下，从磁悬浮控制单元所获取的绕组电流中提取恒值电流成分，校正质量解算单元根据恒值电流成分解算平衡转子所需校正质量。

进一步的，所述磁悬浮控制单元包含：位移传感器、磁轴承控制器以及功放；磁轴承控制器接收整周期旋转控制单元发送的起浮指令后开始工作，位移传感器检测磁悬浮转子的位置信号与参考位置做差，得到控制误差，送入磁轴承控制器中，磁轴承控制器计算得到的控制量送入功放进行功率放大，给转子系统单元中的磁轴承Au绕组、Av绕组、Bu绕组、Bv绕组提供电流；

转子系统单元的磁轴承A和磁轴承B产生电磁力施加于转子，使转子悬浮到参考位置；功放采集磁轴承Au绕组电流i_au、Av绕组电流i_av、Bu绕组电流i_bu、Bv绕组电流i_bv传送给恒值电流提取单元。

进一步的，磁轴承控制器计算得到控制量，具体通过如下步骤实现：

(1)首先对控制误差进行积分处理得到积分控制量，用以消除静差；