[发明专利]一种基于线圈纹波电流斜率估计的自传感电磁轴承

摘要

一种基于线圈纹波电流斜率估计的自传感电磁轴承，包括转子系统，转子系统由转子系统控制电路控制，转子系统由转子系统控制电路控制，转子系统控制电路接收来自纹波提取电路位移估计的信号，对转子位置进行位移估计；通过控制PWM产生模块，再经过功率放大电路实时控制磁轴承的偏置电流线圈和动态电流线圈的电流，偏置电流线圈和动态电流线圈匝数相等均匀绕线在磁轴承本体上；本发明通过纹波电流斜率检测对转子位置进行直接估计达到自传感的目的，通过差动计算提取纹波信号，采用动态电流和偏置电流分离的双线圈结构形式，提高了纹波电流的信噪比和转子位置估计的精度；时序简单，估算精度高，运算量少，可显著降低系统的成本和复杂度。

主权项

1.一种基于线圈纹波电流斜率估计的自传感电磁轴承，包括由转子(5)和与之连接的磁轴承(4)构成的转子系统，转子系统由转子系统控制电路(1)控制，其特征在于：转子系统控制电路(1)接收来自纹波提取电路(3)位移估计的信号，对转子位置进行位移估计；通过控制PWM输出信号占空比，再经过功率放大电路(2)使其实时控制磁轴承(4)的偏置电流线圈(4-1)和动态电流线圈(4-2)的电流，当偏置电流线圈(4-1)为串联线圈时，动态电流线圈(4-2)为并联线圈；当偏置电流线圈(4-1)为并联线圈时，动态电流线圈(4-2)为串联线圈，纹波提取电路(3)接收来自并联线圈的电流信号，进行求差运算电路提取出纹波电流信号；/n所述的磁轴承(4)的偏置电流线圈(4-1)和动态电流线圈(4-2)匝数相等均匀绕线在磁轴承本体(4-3)上，并将来自功率放大电路(2)输出的线圈电流通入对应线圈，产生对转子(5)的电磁力，对转子系统进行控制；/n所述的转子系统控制电路(1)包括转子位移控制器(1-1)、偏置电流控制器(1-2)、动态电流控制器(1-3)、转子位置估计器(1-4)、PWM产生模块(1-5)和AD模块(1-6)，其中转子位移控制器(1-1)用PD,PID控制算法对转子位移进行控制，偏置电流控制器(1-2)和动态电流控制器(1-3)分别用PI，PID控制算法分别对偏置电流和动态电流进行控制，转子位置估计器(1-4)对纹波提取电路(3)输出纹波电流信号的纹波斜率进行计算后通过转子位置估计算法对转子给出位置估计；PWM产生模块(1-5)输出来自偏置电流控制器(1-2)和动态电流控制器(1-3)计算得到的PWM信号，AD模块(1-6)接收偏置电流线圈(4-1)和动态电流线圈(4-2)的电流信号用于控制反馈，接收纹波提取电路(3)的输出纹波电流信号用于估计转子位置；转子位移控制器(1-1)、偏置电流控制器(1-2)、动态电流控制器(1-3)、转子位置估计器(1-4)、PWM产生模块(1-5)和AD模块(1-6)由DSP、FPGA数字电路或外接电路实现；/n所述的转子位置估计算法是一种对线圈电流中开关纹波斜率进行采样并估计的算法，以此进行计算得到转子位置，其实质为含有检测周期和控制周期的PWM时序控制方法，检测周期和控制周期时间长度相等，反复循环；在每个检测周期内，PWM占空比为0.5，在相等的上升段和下降段采用最小二乘法或梯度法辨识算法提取纹波斜率，算法输入为线圈电流的采样信号，输出为转子(5)的位移估计信号。/n