【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于磁悬浮轴承，更具体地，涉及一种五轴磁悬浮轴承的高频共模阻抗在线辨识装置及方法。
技术介绍
1、主动磁悬浮轴承具有无摩擦、低损耗、无噪声等优良特性，被广泛的应用于高速旋转机械中。磁悬浮轴承控制器主要通过电力电子变换器的开关动作来实现对磁悬浮轴承绕组电流的控制，进而实现对转子位置的控制。电力电子器件的高频开关动作会产生高频的共模电压，并经由磁悬浮轴承的杂散参数构成的共模回路产生高频共模漏电流。高频共模干扰使得磁悬浮轴承控制器难以满足电磁兼容标准；高频的共模电压还会干扰位置传感器的信号，威胁着轴承的悬浮控制。
2、获知磁悬浮轴承的高频共模阻抗特性对于其共模电磁干扰的抑制具有重要的指导意义，但是磁悬浮轴承的共模阻抗测量面临着两方面问题，其一是其共模阻抗随着转子位置发生改变，因此需要在转子稳定悬浮状态下进行测量；其二是其多个自由度的绕组上的共模干扰通过转子耦合在一起，因此磁轴承是一个多干扰源系统，无法通过一个单一阻抗来对其进行描述。
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种用于五轴磁悬浮轴承的高频共模阻抗在线辨识装置及方法，其目的在于，在磁悬浮轴承转子稳定悬浮状态下测量得到多干扰源耦合下的共模阻抗，进而可以指导其emi滤波器的设计。
2、为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种五轴磁悬浮轴承高频共模阻抗在线辨识装置，包括：五轴磁悬浮轴承、磁悬浮轴承控制器、第一星接电容、第二星接电容、第三星接电容、第一电压探头、
3、所述五轴磁悬浮轴承包括第一径向轴承、第二径向轴承、轴向轴承，其机壳通过线缆接地。
4、所述磁悬浮轴承控制器用于与五轴磁悬浮轴承的各个电端口连接并驱动五轴磁悬浮轴承，使转子稳定悬浮并为五轴磁悬浮轴承提供共模电压；
5、所述第一星接电容用于提取第一径向轴承各个电端口的共模电压，包含与第一径向轴承电端口数量相等的相同容值电容，它们的一端分别连接第一径向轴承的各个电端口，另一端星接后与第一电压探头的正输入端连接；
6、所述第二星接电容用于提取第二径向轴承的各个电端口的共模电压，包含与第二径向轴承电端口数量相等的相同容值电容，它们的一端分别连接第二径向轴承的各个电端口，另一端星接后与第二电压探头的正输入端连接；
7、所述第三星接电容用于提取轴向轴承的各个电端口的共模电压，包含与轴向轴承电端口数量相等的相同容值电容，它们的一端分别连接轴向轴承的各个电端口，另一端星接后与第三电压探头的正输入端连接；
8、所述第一电压探头用于测量第一径向轴承的共模电压，其正输入端与第一星接电容的星接端连接，负输入端与地连接，输出端与示波器连接；
9、所述第二电压探头用于测量第二径向轴承的共模电压，其正输入端与第二星接电容的星接端连接，负输入端与地连接，输出端与示波器连接；
10、所述第三电压探头用于测量轴向轴承的共模电压，其正输入端与第三星接电容的星接端连接，负输入端与地连接，输出端与示波器连接；
11、所述电流探头，用于测量磁悬浮轴承机壳接地线上的共模漏电流，输出端与示波器连接；
12、所述示波器用于同时记录第一电压探头、第二电压探头、第三电压探头、电流探头测得的波形数据；
13、所述上位机，用于接受并储存示波器记录的数据，执行阻抗辨识算法，得出系统的共模阻抗。
14、进一步地，所述磁悬浮轴承控制器的轴向轴承驱动采用h半桥拓扑结构，径向轴承驱动采用h半桥或者四桥臂拓扑结构。
15、按照本专利技术的另一方面，提供了一种五轴磁悬浮轴承的高频共模阻抗在线辨识方法，包括数据测量环节、全相位fft环节、多频谱包括环节、线性相关检验环节、阻抗求解环节；
16、所述数据测量环节，用于测量和记录时域波形数据um(t)，其中下标m＝1,2,...,12，并将测得的数据传递给全相位fft环节；
17、所述全相位fft环节，用于接收时域波形数据，执行全相位fft算法，将所有时域变量数据转换到频域，得到各个变量的频谱um(k)，k＝1,…,n，其中n是采样点数，并将频谱数据输出传递给多频谱包络环节；
18、所述多频谱包络环节，用于接收多个变量的频谱数据，提取其中对所有变量都是峰值包络的频率点及其对应的频谱um(kvalid)，其中kvalid是提取后频率点的索引值，并将结果传递给线性相关检验环节；
19、所述线性相关检验环节，用于根据线性相关性阈值剔除使得阻抗求解奇异的频率点及其对应频谱，得到有效频率点及其对应频谱um(kfinal)，其中kfinal是最终的有效频率点的索引值，并传递给阻抗求解环节；
20、所述阻抗求解环节，用于接收处理后的频谱，然后根据阻抗网络方程求解出共模阻抗谱。
21、进一步地，数据测量环节包括三次有条件的独立测量，其中：
22、第一次测量，通过磁悬浮轴承控制器使转子稳定悬浮于中心，并对第一径向轴承执行零共模电压调制算法，通过示波器和上位机记录第一次测量的三个共模电压vcm-a1、vcm-b1、vcm-z1及第一共模电流icm-1；
23、第二次测量，通过磁悬浮轴承控制器使转子稳定悬浮于中心，并对第二径向轴承执行零共模电压调制算法，通过示波器和上位机记录第二次测量的三个共模电压vcm-a2、vcm-b2、vcm-z2及第二共模电流icm-2；
24、第三次测量，通过磁悬浮轴承控制器使转子稳定悬浮于中心，通过示波器和上位机记录第三次测量的三个共模电压vcm-a3、vcm-b3、vcm-z3及第三共模电流icm-3。
25、进一步地，多频谱包络环节包括四个步骤：
26、s1：对输出的12个变量的频谱分别提取其谱线峰值点um(kpeak)，其中kpeak是各个谱线峰值点频率的索引值，提取算法表示为：
27、
28、其中var是方差函数，mean是均值函数，pvar是方差阈值，pmean是均值阈值，wm(k)是临近点矢量，wm(k)＝[um(k-5),...,um(k-1),um(k+1),...,um(k+5)]，满足条件的um(k)即被选为um(kpeak)；
29、s2：对各个变量的频谱峰值点um(kpeak)进行插值拟合，分别得到各个频谱的包络um*(k)；
30、s3：计算各个频谱点um(k)到其相应包络线um*(k)的距离dm＝um*(k)-um(k)，对12个变量的距离求和得到总距离与频率点的函数
31、
32、s4：从d(k)中挑选出有效峰值点，挑选原则为d(k)<pd，其中pd是距离阈值。
33、进一步地，线性相关检验环节中，先对每一个kvalid计算线性相关系数qlcf(kvalid)，定义为：
34、
35、其本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种五轴磁悬浮轴承的高频共模阻抗在线辨识装置，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种五轴磁悬浮轴承的高频共模阻抗在线辨识装置，其特征在于，所述磁悬浮轴承控制器的轴向轴承驱动采用H半桥拓扑结构，径向轴承驱动采用H半桥或者四桥臂拓扑结构。
3.一种五轴磁悬浮轴承的高频共模阻抗在线辨识方法，其特征在于，包括：
4.如权利要求3所述的五轴磁悬浮轴承的高频共模阻抗在线辨识方法，其特征在于，所述数据测量环节包括三次有条件的独立测量，其中：
5.如权利要求3所述的五轴磁悬浮轴承的高频共模阻抗在线辨识方法，其特征在于，所述多频谱包络环节包括四个步骤：
6.如权利要求3所述的五轴磁悬浮轴承的高频共模阻抗在线辨识方法，其特征在于，所述线性相关检验环节中，先对每一个kvalid计算线性相关系数QLCF(kvalid)，定义为：
7.如权利要求3所述的五轴磁悬浮轴承的高频共模阻抗在线辨识方法，其特征在于，所述阻抗求解环节中，对每一个kfinal的频率点分别进行求解，求解公式为：
【技术特征摘要】
1.一种五轴磁悬浮轴承的高频共模阻抗在线辨识装置，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种五轴磁悬浮轴承的高频共模阻抗在线辨识装置，其特征在于，所述磁悬浮轴承控制器的轴向轴承驱动采用h半桥拓扑结构，径向轴承驱动采用h半桥或者四桥臂拓扑结构。
3.一种五轴磁悬浮轴承的高频共模阻抗在线辨识方法，其特征在于，包括：
4.如权利要求3所述的五轴磁悬浮轴承的高频共模阻抗在线辨识方法，其特征在于，所述数据测量环节包括三次有条件的独立测量，其中...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋栋，谢元浩，刘自程，李闻一，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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