磁軸承轉(zhuǎn)子位移自檢測(cè)技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)綜述*

王 毅，鞠金濤，包西平

（1.徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇徐州 221005;2.常州工學(xué)院，江蘇常州 231000）

0 引言

磁懸浮軸承有著無(wú)磨損與摩擦、無(wú)需潤(rùn)滑與密封、損耗少與壽命長(zhǎng)，成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，在低速潔凈與高速運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合有著廣闊的應(yīng)用前景[1-3]。

磁懸浮軸承控制系統(tǒng)的重要組成部分之一就是位移檢測(cè)環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)子位移信息獲取的實(shí)時(shí)與精確性直接決定著系統(tǒng)穩(wěn)定懸浮功能是否能夠?qū)崿F(xiàn)。目前，采用位移傳感器檢測(cè)位置檢測(cè)的系統(tǒng)，存在著系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、軸向尺寸大這些缺點(diǎn)；磁軸承系統(tǒng)數(shù)學(xué)方程的高度耦合性也加大了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度；此外，傳感器昂貴的成本致使磁軸承的價(jià)格偏高，所以磁軸承在工業(yè)上的應(yīng)用被大大地限制了[4]。因此，研究磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子無(wú)位移傳感器自檢測(cè)方法，對(duì)推廣磁軸承在工業(yè)上的應(yīng)用具有重要意義。

磁軸承自檢測(cè)技術(shù)是通過(guò)對(duì)電流電壓等參數(shù)的檢測(cè)來(lái)獲知轉(zhuǎn)子位移信息的一種技術(shù)。本文在分析軸向磁軸承懸浮原理、分類及其特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，較為詳細(xì)地介紹了國(guó)內(nèi)國(guó)際上近年來(lái)主要的主動(dòng)磁軸承轉(zhuǎn)子的位移自檢測(cè)方法，最后總結(jié)了磁軸承自檢測(cè)技術(shù)存在主要的問(wèn)題并展望了未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，為進(jìn)一步的研究提供了理論基礎(chǔ)。

1 磁軸承懸浮原理、分類及其特點(diǎn)

磁軸承系統(tǒng)為例，其基本組成如圖1 所示。當(dāng)轉(zhuǎn)子處在平衡位置的時(shí)候，左右兩個(gè)線圈中只有偏置電流I，它們產(chǎn)生的控制磁通 Φz(mì)1和Φz(mì)2等值反向，因此左右兩個(gè)電磁鐵產(chǎn)生的力也等值反向，它們對(duì)轉(zhuǎn)子的力作用相互抵消，轉(zhuǎn)子在平衡位置保持穩(wěn)定懸浮[5]。假設(shè)轉(zhuǎn)子受到外界擾動(dòng)，從平衡位置處向右移動(dòng)了距離z，此時(shí)傳感器會(huì)檢測(cè)到轉(zhuǎn)子移動(dòng)的距離z 并將其傳遞給位移控制器，控制器計(jì)算后產(chǎn)生相應(yīng)的控制電流iz，于是左右兩個(gè)線圈中的電流變?yōu)镮+iz和I-iz，相應(yīng)的，左右兩邊的磁拉力的大小也發(fā)生改變，F(xiàn)z1增大，F(xiàn)z2減小，它們的合成力為F=Fz1-Fz2，方向向左，此力使轉(zhuǎn)子恢復(fù)到平衡位置。同樣的當(dāng)擾動(dòng)使轉(zhuǎn)子朝左偏離平衡位置時(shí)，磁軸承控制電流發(fā)生改變，磁軸承左右電磁鐵的拉力也隨之改變，轉(zhuǎn)子受到向右的合力，從而被拉回到原處。

圖1 軸向主動(dòng)磁軸承控制原理圖

按照不同的標(biāo)準(zhǔn)，磁軸承可以被分為不同的種類，如表1所示。磁軸承使得傳統(tǒng)的支承型式發(fā)生了根本性的變化，主要具有以下特點(diǎn)[6-8]：（1）由于轉(zhuǎn)子不直接和定子相接觸，兩者之間有一定氣隙，因此磁軸承沒有了機(jī)械的磨損，也無(wú)需要潤(rùn)滑，具有更高的轉(zhuǎn)速，更長(zhǎng)的壽命和更低的維護(hù)成本；（2）磁軸承可以采用數(shù)字控制，電流和位移剛度強(qiáng)，阻尼調(diào)整靈活，轉(zhuǎn)子超越臨界轉(zhuǎn)速更為安全。

表1 磁軸承分類表

2 磁軸承自檢測(cè)方法

現(xiàn)在主要有兩種主動(dòng)磁軸承自檢測(cè)技術(shù)，第一種根據(jù)現(xiàn)代控制理論的觀點(diǎn)首先構(gòu)造出磁軸承控制系統(tǒng)的狀態(tài)觀測(cè)器，再通過(guò)線圈電流來(lái)對(duì)轉(zhuǎn)子位移進(jìn)行估算，這就是狀態(tài)估計(jì)法。第二種方法是在線性假設(shè)的前提下，根據(jù)定子線圈的電感量與磁軸承轉(zhuǎn)子的位移量之間為倒數(shù)關(guān)系，轉(zhuǎn)子的位移量通過(guò)對(duì)線圈電感值的檢測(cè)來(lái)獲得，稱之為調(diào)制法（也稱其為參數(shù)估計(jì)法），根據(jù)電感值獲得方法的不同，此種方法又可分為3種：高頻信號(hào)注入法，差動(dòng)變壓器檢測(cè)法，PWM載波頻率分析法[9]。

2.1 狀態(tài)估計(jì)法

D.Vischer 在20 世紀(jì)80 年代提出了此方法，在此種方法中，磁軸承為一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，轉(zhuǎn)子的位移量作為磁軸承控制系統(tǒng)中的一個(gè)狀態(tài)變量，最后依據(jù)線性系統(tǒng)控制理論來(lái)構(gòu)造狀態(tài)觀測(cè)器，估計(jì)轉(zhuǎn)子位移[10]。

對(duì)于圖2 所示的單自由度直流主動(dòng)磁軸承，其在平衡位置附近的運(yùn)動(dòng)方程為[11]：

式中：Ks為作用力比位移系數(shù)；Ki為作用力比電流系數(shù)。

圖2 單自由度磁軸承結(jié)構(gòu)

uc（控制電壓），u0（偏置電壓）組成線圈電壓u，兩線圈的控制電壓可通過(guò)濾波器得到：

若選取狀態(tài)向量 x=[xx˙i]T，那么由式 （1） 與式 （2） 即可求得單自由度的磁懸浮軸承控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)方程：

故可得到主動(dòng)磁軸承的單自由度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖3所示，可以證得，若定子電流i是已知量，上面所述的系統(tǒng)就是可觀的，使用系統(tǒng)輸出i來(lái)進(jìn)行線性狀態(tài)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)，即可求得轉(zhuǎn)子位移量x。

圖3 單自由度磁軸承系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型

狀態(tài)估計(jì)法的優(yōu)點(diǎn)是：無(wú)需另外注入信號(hào)以及信號(hào)處理；動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性好；靜載荷能力更大；放大器相對(duì)而言結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，而且功率損耗低。狀態(tài)估計(jì)法的不足之處有：環(huán)境因素較小的變化，就對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響，即系統(tǒng)魯棒性較差；存在干擾的情況下，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的時(shí)候會(huì)存在估計(jì)誤差；估計(jì)的精確性也會(huì)受到定子線圈上的電壓的影響[12]；另外對(duì)高頻系統(tǒng)進(jìn)行建模時(shí)，需要在考慮環(huán)境變化的情況下建立的精確的數(shù)學(xué)模型才是能觀的，上述的這些缺點(diǎn)使?fàn)顟B(tài)估計(jì)法的在實(shí)際中的應(yīng)用被限制了。

2.2 PWM載波法

Y.Okada 等[13]提出了PWM 載波法。近年以來(lái)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)證實(shí)在三相的功率逆變器的硬件平臺(tái)上，PWM載波法有效地使磁軸承控制系統(tǒng)的體積得到減小，同時(shí)可提高系統(tǒng)的可靠性與降低成本[14-15]。該方法的基本思想是：一個(gè)穩(wěn)定的高頻開關(guān)紋波會(huì)出現(xiàn)在功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的磁軸承線圈中，紋波的幅值是轉(zhuǎn)子位移量函數(shù)的變量，轉(zhuǎn)子的位移量通過(guò)處理后的紋波可得到[16]?；赑WM功率驅(qū)動(dòng)器的單自由度磁軸承的結(jié)構(gòu)中，開關(guān)S1、S2的動(dòng)作保持一樣，開關(guān)S3與S4動(dòng)作一致，與S1和S2為一對(duì)互補(bǔ)開關(guān)，即開關(guān)動(dòng)作狀態(tài)相反。電源Vb的作用是為磁軸承提供偏置電流Ib，線圈1 和線圈2 中的電流 i1和 i2可表示為[15]：

式中：ir1與ir2為紋波電流，它們的產(chǎn)生與PWM 功率驅(qū)動(dòng)器硬件相關(guān)；ic為控制電流；Ib為偏置電流。

由于繞組電感L1和L2控制紋波電流ir1、ir2的幅值的大小，而氣隙長(zhǎng)度又控制繞組的電感的大小，所以轉(zhuǎn)子位移量等信息隱含在了ir1與ir2中。圖4 所示為自檢測(cè)磁軸承PWM 載波分析法原理圖，在滿足ωL1＞＞r，ωL2＞＞r 的前提下，載波信號(hào)設(shè)為u=Esinωt，與高頻信號(hào)注入法過(guò)程一樣，左右兩線圈上檢測(cè)到的電流信號(hào)首先通過(guò)帶通濾波器，電流高頻信號(hào)那么將被提取出來(lái)，將其差分相減后再解調(diào)與濾波，最終可以得到一個(gè)直流電壓v0[15]，轉(zhuǎn)子位移信號(hào)的與該電壓成正比：

圖4 自檢測(cè)磁軸承的PWM載波分析法原理圖

主動(dòng)磁軸承與混合磁軸承的轉(zhuǎn)子位移檢測(cè)均可使用此方法，中大功率的系統(tǒng)此法也適用，且不需要增加任何額外的硬件；由磁軸承控制系統(tǒng)定子電流中得到的電感參數(shù)由轉(zhuǎn)子的位移量和功率開關(guān)的占空比所決定，所以在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，還要將占空比的影響計(jì)算在內(nèi)，但是實(shí)際工況中為了磁力的實(shí)時(shí)控制，功率開關(guān)的占空比不是固定的50%，這樣必然會(huì)影響到轉(zhuǎn)子的位移量的估算的精確性。且軸承線圈性質(zhì)呈現(xiàn)高度的非線性，其本身電流會(huì)影響到電感；當(dāng)功率驅(qū)動(dòng)器的功率較低時(shí)，功率驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的噪聲會(huì)限制此種方法在高精高速場(chǎng)合的應(yīng)用[17]。

2.3 高頻信號(hào)注入法

20 世紀(jì)末，K.K.Sivadasan 等[18-19]提出用于磁軸承自檢測(cè)的高頻信號(hào)注入法方法，此種方法的基本思想為將高頻小信號(hào)作為測(cè)試信號(hào)，加載至功率驅(qū)動(dòng)器的輸入中，線圈中會(huì)有微小高頻電流分量的產(chǎn)生，系統(tǒng)的穩(wěn)定性，動(dòng)靜態(tài)性能不會(huì)受到此電流的影響，高頻電流幅值與線圈的電感的大小為反比關(guān)系，獲取該信號(hào)后，首先利用帶通濾波器進(jìn)行濾波，然后解調(diào)，再使用低通濾波器與整流等環(huán)節(jié)得到轉(zhuǎn)子的位移量，轉(zhuǎn)子的位移量傳送至控制器中，對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行實(shí)時(shí)控制調(diào)節(jié)，使其可在平衡的位置穩(wěn)定地懸浮。

首先以單自由度磁懸浮軸承控制系統(tǒng)作為研究對(duì)象，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，假設(shè)轉(zhuǎn)子受到外界擾動(dòng)從平衡位置處向右移動(dòng)了x的距離，則線圈1和線圈2的電感分別為[20]：

式中：μ0為真空磁導(dǎo)率，μ0=4π 10-7H/m；N 為線圈匝數(shù)；S為定子磁極的橫截面積。

根據(jù)電磁感應(yīng)定律以與歐姆定律可以算出線圈1和線圈2上的電壓分別為：

由于di/dt＞＞dx/dt，故式（8）可寫為：

式中：R為線圈等效電阻。

磁軸承線圈中的電流由3 部分組成：控制電流ic，高頻電流i1h和i2h，偏置電流I[20]。設(shè)輸入的小信號(hào)高頻測(cè)試電壓為uh( t )=Vmsinwt。輸入的高頻小信號(hào)測(cè)試電壓與高頻電流相對(duì)應(yīng)，可通過(guò)適當(dāng)設(shè)置帶通濾波器的選擇頻率提取此電流，根據(jù)式（8）與高頻電壓測(cè)試信號(hào)，可以知道：線圈1 和線圈2的高頻電流i1h和i2h分別為：

將提取出來(lái)的高頻電流i1h和i2h乘以cosωt 進(jìn)行解調(diào)，再設(shè)置好低通濾波器的頻率范圍濾除含有2ωt 頻率的部分，可得：

由于R＜＜Lω0，式（11）可近似寫為：

將式（7）代入式（12）中，用i2h"減去i1h"，可得Δi：

式中：Δi正比于轉(zhuǎn)子的位移量x。

高頻注入法方法使用線性功率驅(qū)動(dòng)器，開關(guān)功率驅(qū)動(dòng)器的高頻干擾得到了抑制。注入信號(hào)的幅度較小，從而不會(huì)影響磁軸承控制系統(tǒng)的性能，注入信號(hào)的幅值須恰當(dāng)?shù)剡x擇，較大的信號(hào)時(shí)會(huì)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響；較小的信號(hào)則易被干擾，使參數(shù)的估計(jì)較為困難，特別需要注意的是線性功率驅(qū)動(dòng)器的電阻功率損耗較大，會(huì)降低了整機(jī)系統(tǒng)的效率。

2.4 差動(dòng)變壓器測(cè)試法

差動(dòng)變壓器的基本原理：控制與偏置這兩組線圈存在于每個(gè)電磁鐵上，次級(jí)線圈于副邊控制線圈的反接等同，初級(jí)線圈原邊與偏置線圈的順接等同，偏置磁通隨位移變化而感應(yīng)的電壓可以從控制電磁鐵線圈的兩端提取出來(lái)，當(dāng)作反饋控制信號(hào)。從而最終構(gòu)成了磁軸承的位移自檢測(cè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。

以垂直方向來(lái)作說(shuō)明，如圖5 所示，系統(tǒng)由控制電路，位移檢測(cè)電路，磁場(chǎng)偏置電路三部分構(gòu)成，PWM 信號(hào)的占空比對(duì)偏置線圈的信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，PWM 驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生偏置的磁場(chǎng)，同時(shí)感應(yīng)信號(hào)產(chǎn)生在控制線圈中，因PWM 信號(hào)的開關(guān)頻率較高，既可以作為轉(zhuǎn)子的位移量的載波，又可以提升功率驅(qū)動(dòng)電路的效率，利用諧振電路，PWM載波信號(hào)可從控制線圈的電壓中獲得，該信號(hào)包含了轉(zhuǎn)子的位移量信息，乘法器對(duì)該信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，再經(jīng)過(guò)低通濾波器進(jìn)行濾波處理后轉(zhuǎn)化電壓信號(hào)，此信號(hào)與與轉(zhuǎn)子的位移成正比，再通過(guò)一PID 控制器，控制器的輸出經(jīng)過(guò)功率驅(qū)動(dòng)器后驅(qū)動(dòng)控制電磁鐵，進(jìn)行閉環(huán)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制[17]。

圖5 差動(dòng)變壓器法的自檢測(cè)磁軸承原理圖

線圈的控制電壓uc(t)與偏置電壓ub(t)與分別為：

式中：電壓ub(t)不僅產(chǎn)生偏置磁場(chǎng)，同時(shí)也是PWM 波信號(hào)的載波信號(hào)；ic(t)為電壓uc(t)產(chǎn)生的控制電流；ib(t)為電壓ub(t)產(chǎn)生的偏置電流；R為靠近轉(zhuǎn)子那一邊的偏置線圈的電阻。

上偏置線圈的自感為：

下偏置線圈的自感為：

上控制線圈的自感為：

下控制線圈的自感為：

線圈上的互感分別為：

設(shè)控制電流為：

式中：Ic為幅值。

偏置電流為：

式中：Ib為偏置電流幅值，ωc與ωb為載波頻率，滿足條件：ωc＞＞ωb，ωc＞＞R，dx/dt≈0，式（14）可近似表示為：

由此可得：

設(shè)在偏置線圈輸入的信號(hào)為[29]：

式中：T 為載波信號(hào)的周期；u 為載波信號(hào)的幅值；α為驅(qū)動(dòng)波形的占空比。

令α=0.5，代入T=2π/ω0，將ub(t)按傅里葉級(jí)數(shù)展開得：

將式（18）代入式（16），設(shè)定帶通濾波器濾的可通過(guò)頻率為ω0，對(duì)uc(t)濾波后可得：

經(jīng)解調(diào)低通濾波后可得到ux(t)：

可知ux(t)與轉(zhuǎn)子位移成正比。

差動(dòng)變壓器法與高頻信號(hào)注入法較為類似，二者都需注入測(cè)試的高頻信號(hào)，這里特別提醒的是：控制信號(hào)的頻率需要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于測(cè)試的高頻信號(hào)的頻率，這樣做的好處是：首先可使轉(zhuǎn)子位移量的提取更加精確；其次是可以使轉(zhuǎn)子懸浮性能避免受到注入的高頻信號(hào)的影響，這里特別需要提醒的是注入的高頻測(cè)試信號(hào)的頻率不能過(guò)高，頻率過(guò)高，導(dǎo)致線圈阻抗變大，從而會(huì)有高頻噪聲信號(hào)的產(chǎn)生。同時(shí)高頻注入信號(hào)的幅值須必須選擇適當(dāng)值，太小則其他信號(hào)會(huì)淹沒測(cè)試信號(hào)，難以獲取到轉(zhuǎn)子位移量正確的信息，幅值過(guò)大又會(huì)使系統(tǒng)的損耗加大，轉(zhuǎn)子懸浮系統(tǒng)的穩(wěn)定性也會(huì)受到影響[21]。

3 磁軸承位移檢測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

目前為止，磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子位移自檢測(cè)系統(tǒng)已有樣機(jī)研制出，如ETH 開發(fā)的自檢測(cè)磁懸浮軸承控制系統(tǒng)，在轉(zhuǎn)速達(dá)到8 000 r/min的情況下，剛度和阻尼特性表現(xiàn)良好，文獻(xiàn)[22]提到S.Chen等設(shè)計(jì)出的非線性高增益觀測(cè)器，用在低速情況下的三極主動(dòng)磁軸承控制系統(tǒng)上來(lái)對(duì)轉(zhuǎn)子位移進(jìn)行觀測(cè)，日本富本陽(yáng)介等在電梯導(dǎo)靴的控制中成功地應(yīng)用到了磁軸承自檢測(cè)技術(shù)。但是自檢測(cè)技術(shù)想要完全取代傳統(tǒng)的位移傳感器并不是短期內(nèi)就能實(shí)現(xiàn)的，還需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行進(jìn)一步地探索和研究。

3.1 基于自檢測(cè)技術(shù)的主動(dòng)磁軸承新型控制策略研究

未來(lái)轉(zhuǎn)子位移自檢測(cè)技術(shù)幾個(gè)重要的研究方向：主動(dòng)磁軸承高性能控制方法的研究，磁軸承系統(tǒng)控制與檢測(cè)綜合研究，磁軸承控制系統(tǒng)的性能優(yōu)化研究。

磁軸承出現(xiàn)以來(lái)，磁軸承自檢測(cè)技術(shù)使其結(jié)構(gòu)得到不斷的發(fā)展與研究，當(dāng)中，驅(qū)動(dòng)交流磁軸承的功率驅(qū)動(dòng)器成本低且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；永磁偏置混合磁軸承體積小且承載大，二者都代表了未來(lái)磁軸承的發(fā)展趨勢(shì)，轉(zhuǎn)子的位移自檢測(cè)技術(shù)在新型磁軸承上的實(shí)現(xiàn)將成為重要的研究方向[23-25]。

3.2 位移自檢測(cè)技術(shù)精度提高算法研究

磁軸承系統(tǒng)控制的關(guān)鍵難點(diǎn)在于位移信號(hào)檢測(cè)的準(zhǔn)確性，電感、電阻等繞組參數(shù)會(huì)受到溫度等環(huán)境因素的影響而改變，因此自檢測(cè)方法存在著對(duì)參數(shù)變化較為敏感，魯棒性差，信噪比不理想等缺點(diǎn)亟需解決，也有待更深入的研究與驗(yàn)證自檢測(cè)方法的精度與可靠性。另外還可以利用在線辨識(shí)技術(shù)，例如結(jié)合SVM或ANN的方法，建立轉(zhuǎn)子位移與電流的在線預(yù)測(cè)模型等[26]。

3.3 渦流與飽和等非線性因素影響研究

上面所闡述的位移自檢測(cè)方法可以應(yīng)用有兩個(gè)前提條件：一是在占空比不變的情況下，定子的電流紋波只與其電感有關(guān)；二是轉(zhuǎn)子位移量與定子電感大小之間是線性關(guān)系。但是實(shí)際工況運(yùn)行條件下，這兩個(gè)前提條件會(huì)受到許多非線性因素的影響與制約，其中影響較大的兩個(gè)因素就是渦流與飽和，渦流的影響是使定子電流波形產(chǎn)生了畸變，變?yōu)榱饲€，從而降低了轉(zhuǎn)子位移量估計(jì)的準(zhǔn)確性。飽和的影響是使定子的電感大小不再僅與轉(zhuǎn)子的位移量有關(guān)，飽和的影響較大時(shí)，定子的電流不再隨著轉(zhuǎn)子的位移量的變而變化，最終對(duì)轉(zhuǎn)子的位移量的估計(jì)產(chǎn)生影響。對(duì)于飽和帶來(lái)的影響，Lim T M等[27]提出了一種用于消除磁飽和帶來(lái)影響的多輸入多輸出參數(shù)估計(jì)方法，該方法的研究尚屬于起步階段，算法的優(yōu)化及新的控制策略仍有需要進(jìn)一步的深入研究。

3.4 磁場(chǎng)解耦研究

磁場(chǎng)間的耦合與交叉會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子位移自檢測(cè)性能產(chǎn)生重要的影響[28]，磁軸承極對(duì)數(shù)較大時(shí)，磁場(chǎng)會(huì)在磁極上的產(chǎn)生耦合，受此影響，使用自檢測(cè)技術(shù)時(shí)候的系統(tǒng)最大測(cè)量范圍與靜態(tài)線性度并未達(dá)到理想效果，此外在磁軸承工作的時(shí)候，轉(zhuǎn)子的垂直方向上由于相互匝鏈的鏈產(chǎn)生了作用力，轉(zhuǎn)子的平行方向上也由于此鏈產(chǎn)生了力的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。若對(duì)上述作用力不進(jìn)行處理，那么在這些方向上，PWM驅(qū)動(dòng)器中的多頻信號(hào)可使轉(zhuǎn)子振動(dòng)，這樣的結(jié)果是研究設(shè)計(jì)人員所不希望看到的。

4 結(jié)束語(yǔ)

借助于自檢測(cè)技術(shù)，磁軸承控制系統(tǒng)無(wú)需專門的位移傳感器進(jìn)行位移量的檢測(cè)，這樣就可以減小磁懸浮軸承控制系統(tǒng)的體積，高速運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能也得到了提高，故障率同時(shí)也減少，系統(tǒng)的可靠性得到了提高。使用電磁鐵作為傳感器也可以將存在于控制系統(tǒng)方程中的耦合進(jìn)行解耦，磁浮軸承系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)過(guò)程因此得到了簡(jiǎn)化，因此可以降低軸承的總體成本。

本文分析了軸向磁軸承懸浮原理、分類及其特點(diǎn)，詳細(xì)地論述了目前國(guó)內(nèi)外主動(dòng)磁軸承轉(zhuǎn)子位移自檢測(cè)主要方法，在最后，總結(jié)了磁軸承自檢測(cè)技術(shù)當(dāng)前存在的主要問(wèn)題及展望了未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，為進(jìn)一步的探索研究提供了扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。