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专利号: 2019112820184
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种单自由度磁液双悬浮轴承控制方法,其特征在于:包括控制器(5)、差动式功率放大模块(6)、单自由度磁液双悬浮轴承本体(4)、差动式压力传感器(7)、静压转换模块(8)及磁液比例模块(9)依次连接构成闭环控制系统;

变量泵(1),溢流阀(2),比例调速阀(3)及单自由度磁液双悬浮轴承本体(4)连接构成静压支撑系统,比例调速阀(3)设定初始电压实现恒流量静压支撑系统;

所述差动式位置传感器(10)用于检测转子的偏移量差值;

所述差动式压力传感器(7)分别检测单自由度磁液双悬浮轴承本体(4)的上、下两个支承腔的压力差值;

所述静压转换模块(8)将上、下支承腔压力差转换为静压力差值输出,电磁转换模块(11)将控制电流及转子偏移量差值转换为电磁力输出,磁液比例模块(9)将电磁力与静压力的比值输出;

所述控制器(5)输出控制电流经过差动式功率放大模块(6)输出电磁线圈承载范围内的驱动电流,从而控制电磁力,形成力反馈闭环控制系统。

2.根据权利要求1所述的一种单自由度磁液双悬浮轴承控制方法,其特征在于:控制方法包括以下步骤,(1)、初始状态时,无外干扰作用下,此时可以认为上、下两个支承腔压力相等,P1=P2,此时差动式压力传感器(7)输出压力差值为0,上、下两个线圈的电流相等为初始电流i0;

上、下电磁线圈的电流相等,及上、下电磁支承力相等,且上支承腔、下支承腔的流量以及液阻相等,所以上、下静压支承力相等;

转子平衡,上、下支承腔的压力相等,流经上、下支承腔流量相等,即:根据Navier-Stokes方程,可得到上、下支承腔的静压支承力f液,1,0、f液,2,0为:式中,θ-支承腔中心线与转轴中心线夹角;

p1,0-初始上支承腔1的压力,MPa;

p2,0-初始下支承腔2的压力,MPa;

Ae-支承腔承载面积,m2。

f液合=f液,1,0-f液,2,0

根据麦克斯韦吸引力公式,得到上支承单元1、下支承单元2的电磁悬浮支承力f电,1,0、f电,2,0为:式中,k-电磁常数,

h0-初始的液膜厚度,m;

i0-电磁线圈初始偏置电流,A;

l-电磁铁的镀锌层厚度,m;

μ0-空气磁导率,H/m;

N-电磁线圈匝数,无量纲;

A-铁芯面积,m2。

f电合=f电,1,0-f电,1,0

此时,f电合/f液合=磁液比例系数;

(2)、当在外负载的作用下,转子偏离基准位置时,上、下两个支承腔的压力发生改变即P1≠P2,此时,因为支承腔压力发生变化,差动式压力传感器(7)检测到压力差值△P,经过静压转换模块(8),输出静压支撑合力,位移传感器检测到转子偏移量,磁力转换模块输出电磁合力,磁液比例模块输出电磁力与静压力比值与比例基准相比较,控制器(5)及功率放大电路输出电磁线圈承载范围内的驱动电流,此时上、下两个线圈的电流I1、I2发生改变,上、下磁极的电磁悬浮支承力分别为F电1、F电2,最后通过闭环控制使f电合/f液合=磁液比例系数,从而使得产生电磁合力与静压支承合力按给定比例共同平衡外负载F。

3.根据权利要求2所述的一种单自由度磁液双悬浮轴承控制方法,其特征在于:步骤(2)中控制计算过程如下,通过上、下电磁线圈电流分别为(i0+ic)、(i0-ic),因此上支承单元1、下支承单元2的电磁支承力分别为:式中,ic-转子位移引起控制电流,A;

f电,合=f电,1-f电,2

静压控制系统中保持恒流量,静压支承合力f液,合=ΔP·Ae,Ae为有效面积;

通过力反馈调节使f电合/f液合=磁液比例系数从而实现电磁支承力与静压支承力按比例共同补偿外负载f外。