一种磁悬浮电机加入低通滤波模块后控制启机振荡的方法技术

本发明专利技术公开了一种磁悬浮电机加入低通滤波模块后控制启机振荡的方法，包括如下步骤：步骤1)将低通滤波模块通过离散时间PID控制器通讯连接磁悬浮电机转子；步骤2)将磁悬浮电机转子划分成五个自由度，在电机转子前、后端的径向方向上以及轴向方向设置自由度；步骤3)将磁悬浮电机定子导通磁性，将低频滤波电流通过离散时间PID控制器控制使每次发出的低频滤波电流以相同的时间间隔发出，每次发出后的低频滤波电流以第一到第五自由度的先后顺序给予磁悬浮电机转子，电机转子旋转；步骤4)调节离散时间PID控制器直到磁悬浮电机转子不振荡；步骤5)磁悬浮电机的启动完成，本发明专利技术的有益效果：磁悬浮电机启动时对电机转子控制并在磁悬浮力的作用下平稳启动。浮力的作用下平稳启动。浮力的作用下平稳启动。

【技术实现步骤摘要】
一种磁悬浮电机加入低通滤波模块后控制启机振荡的方法


[0001]本专利技术涉及电机的启机
，具体涉及一种磁悬浮电机加入低通滤波模块后控制启机振荡的方法。

技术介绍

[0002]目前，磁悬浮电机在控制方面的最大问题之一，就是电磁兼容的稳定性无法达到一个令人满意的程度。从根本上说，磁悬浮电机是在传统电机本体的基础上，外加传感器、驱动器等外部器件，使之成为一个完整的闭环控制系统。该系统是由传感器、控制器、执行器三部分构成，其中，执行器又是由电磁铁和功率放大器两部分组成，而功率放大器是由大量电子元器件按一定的逻辑关系组成，其核心为印制电路板(PCB板)。大量电子元器件、集成电路、功能模块和专业芯片的使用，必然会导致电磁兼容(EMC)问题的产生。
[0003]由于时钟信号和时钟信号高次谐波的影响，会使磁悬浮电机向空间辐射出高频电磁波，从而对控制信号造成电磁干扰(EMI)，这是EMC问题产生的主要原因。而解决这一问题最直接的方法，就是在控制电路中加入低通滤波模块。而在实际中，我们通过大量试验发现，加入这一低通滤波模块后，电机在磁悬浮启机的过程中，容易出现电机悬浮不稳定而振荡的现象，而且低通滤波的截止频率越低，这种振荡现象发生的概率就越高。
[0004]首先，这种振荡现象是无法通过PID调节来解决的，因为低通滤波在较低的截止频率上，PID算法无法获取到较高频率的反馈信号来控制电机转子的状态。其次，电机转子的磁悬浮的控制算法是一种五个自由度(包括电机转子前端径向方向上的正反两个方向，电机转子后端径向方向上的正反两个方向，以及一个轴向方向)的多维控制，这就更加容易出现因高频信号缺失而导致控制失稳的现象。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是磁悬浮电机在控制电路加入低通滤波模块后，磁悬浮电机启机控制不稳定的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种磁悬浮电机加入低通滤波模块后控制启机振荡的方法，解决了磁悬浮电机在加入低通滤波模块后，磁悬浮电机启机控制不稳定的问题。
[0006]本专利技术主要是为了解决磁悬浮电机在加入低通滤波后，磁悬浮电机启机控制不稳定的问题，这个问题从本质上说，是由于无法同时控制多个自由度上的磁悬浮稳定而导致的，因此，我们就利用“五自由度分步启机法”原理来解决这一问题。
[0007]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0008]一种磁悬浮电机加入低通滤波模块后控制启机振荡的方法，包括如下步骤：
[0009]步骤1)将低通滤波模块通过离散时间PID控制器通讯连接磁悬浮电机转子；
[0010]步骤2)将磁悬浮电机转子划分成五个自由度，在电机转子前端径向方向上，朝向电机转子轴线的方向设为第一自由度，反向电机转子轴线的方向设为第二自由度，在电机转子后端径向方向上，朝向电机转子轴线的方向和反向电机转子轴线的方向分别设为第三
自由度和第四自由度，在电机转子的轴线方向划为第五自由度；
[0011]步骤3)将磁悬浮电机定子导通磁性，将高频电流通过低通滤波模块过滤为低频滤波电流，低频滤波电流通过离散时间PID控制器控制使每次发出的低频滤波电流以相同的时间间隔发出，每次发出后的低频滤波电流以第一到第五自由度的先后顺序给予磁悬浮电机转子，电机转子旋转；
[0012]步骤4)调节离散时间PID控制器每次发出低频滤波电流的时间间隔，直到磁悬浮电机转子不振荡；
[0013]步骤5)磁悬浮电机的启动完成。
[0014]进一步的，在步骤3)中，对所述离散时间PID控制器进行控制时使每次PID控制器发出的所述低频滤波电流对应所述磁悬浮电机转子上划分的不同的自由度。
[0015]进一步的，所述离散时间PID控制器每次发出所述低频滤波电流的时间间隔在2
‑
3s范围内。
[0016]进一步的，所述在步骤3)中，对所述离散时间PID控制器进行控制时使每次PID控制器发出的所述低频滤波电流是脉冲电流，所述脉冲电流的形状为峰状。
[0017]进一步的，在每次的所述离散时间PID控制器发出的所述低频滤波电流与低频滤波电流之间具有通态电流，控制和保持所述通态电流值小于所述低频滤波电流值，控制通态电流值恒定不变使所述磁悬浮电机转子处于磁悬浮状态。
[0018]进一步的，在所述离散时间PID控制器发出所述低频滤波电流之前以及所述磁悬浮电机的启动完成之后具有关态电流，控制所述关态电流值小于所述通态电流值，关态电流让磁悬浮电机在启动的前后使磁悬浮电机转子处于磁悬浮状态。
[0019]进一步的，所述低通滤波模块设置在PCB板的边缘。
[0020]进一步的，在所述低通滤波模块电路的电源对地处并联一个特性好高频去耦电容或并联铁氧体磁珠、电容的组件使低通滤波模块过滤高频电流。
[0021]进一步的，与所述低通滤波模块通讯连接的电路设置在所述PCB板的边缘。
[0022]进一步的，在步骤3)中，所述离散时间PID控制器采用的是双线性变换算法来控制所述低频滤波电流的发出。
[0023]本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0024]1.本专利技术采用“五自由度分步启机法”再加上一个截止频率可调的低通滤波模块控制磁悬浮电机的转子启动，需要在磁悬浮控制算法中加入五个不同的“时间隙”即各个自由度不是同时控制而是每隔相同的时间控制对应的一个自由度，每个自由度是低频电流控制，这样，我们就可以让五个自由度的各个自由度分别在不同时刻依次动作使电机转子在磁悬浮上分别悬浮，从而使五个自由度之间不发生相互干扰，最终达到磁悬浮电机转子平稳启动的效果。
[0025]2.本专利技术的低通滤波模块设置在PCB板的边缘即低频电路设置在PCB板的边缘，与所述低通滤波模块通讯连接的电路设置在所述PCB板的边缘，使避免大量电子元器件、集成电路、功能模块和专业芯片的使用，导致电磁兼容(EMC)问题的产生；在所述低通滤波模块电路的电源对地处并联一个特性好高频去耦电容或并联铁氧体磁珠、电容的组件使低通滤波模块过滤高频电流。
[0026]3.本专利技术的“五自由度分步启机法”不仅需要软件上的磁悬浮控制算法的改进和
完善，还需要硬件上印制电路板即PCB板的支持，PCB板是电子产品中电路元器件的支撑件，PCB板的设计原则(如图1)是为了防止电磁兼容(EMC)问题的产生。需要在PCB板上进行改进，加入一个截止频率可调的低通滤波模块，需要在磁悬浮PID控制算法中加入五个不同的“时间隙”，将五个自由度上的悬浮程序分别装入这五个“时间隙”中。
[0027]4.本专利技术PID控制算法采用双线性变换算法即将连续时间PID控制器转换为离散时间PID控制器。对这个转换过程，使用双线性变换方法实现连续时间控制到离散时间控制转换的优越性；双线性变换算法在高频率波段所获得的相位超前，要明显好于反向差分算法所获得的效果，可以实现高得多的系统刚度，即高得多的闭环系统特征频率，以及足够的阻尼，从而获得通过反向差分算法PID控制所不能获得系统性能。双线性变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁悬浮电机加入低通滤波模块后控制启机振荡的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)将低通滤波模块通过离散时间PID控制器通讯连接磁悬浮电机转子；步骤2)将磁悬浮电机转子划分成五个自由度，在电机转子前端径向方向上，朝向电机转子轴线的方向设为第一自由度，反向电机转子轴线的方向设为第二自由度，在电机转子后端径向方向上，朝向电机转子轴线的方向和反向电机转子轴线的方向分别设为第三自由度和第四自由度，在电机转子的轴线方向划为第五自由度；步骤3)将磁悬浮电机定子导通磁性，将高频电流通过低通滤波模块过滤为低频滤波电流，低频滤波电流通过离散时间PID控制器控制使每次发出的低频滤波电流以相同的时间间隔发出，每次发出后的低频滤波电流以第一到第五自由度的先后顺序给予磁悬浮电机转子，电机转子旋转；步骤4)调节离散时间PID控制器每次发出低频滤波电流的时间间隔，直到磁悬浮电机转子不振荡；步骤5)磁悬浮电机的启动完成。2.根据权利要求1所述的一种磁悬浮电机加入低通滤波模块后控制启机振荡的方法，其特征在于，在步骤3)中，对所述离散时间PID控制器进行控制时使每次PID控制器发出的所述低频滤波电流对应所述磁悬浮电机转子上划分的不同的自由度。3.根据权利要求2所述的一种磁悬浮电机加入低通滤波模块后控制启机振荡的方法，其特征在于，所述离散时间PID控制器每次发出所述低频滤波电流的时间间隔在2
‑
3s范围内。4.根据权利要求1所述的一种磁悬浮电机加入低通滤波模块后控制启机振荡的方法，其特征在于，所述在步骤3)中，对所述离散时间PI...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶兴福，王晓宇，颜永江，杨泓，李泞，黄菊，王焜，陈新，任超，赵政宁，方宇星，张龙，赵奉超，张鸿翔，杨国平，
申请(专利权)人：核工业西南物理研究院，
类型：发明
国别省市：