懸磁浮磁滯的補償方法
2023-04-24 21:54:06 1
專利名稱：懸磁浮磁滯的補償方法
技術領域：
本發明涉及磁懸浮的電磁力控制，更具體地說，涉及一種懸磁浮磁滯 的補償方法。
背景技術：
磁懸浮軸承和電磁帶鋼穩定系統的工作原理基本相同，請參閱圖l所示，被懸浮物l在外界擾動下會偏離原來的平衡位置，偏離量由傳感器3a 和3b測出，控制器5根據偏離量產生差動控制信號("。+A")和("。-一，功放 4a和4b將控制信號轉換成線圈6a和6b的勵磁電流"+ ")和(70-A')，勵磁 電流分別使電磁鐵2a和2b產生差動磁場，被懸浮物l在差動磁場中受磁 場合力作用下，方向指向平衡位置，從而使被懸浮物l恢復到平衡位置。 但是在實際過程中存在磁滯現象，請參閱圖2所示，當被懸浮物偏離平衡 位置時，差動電磁鐵中的一個電磁鐵線圈電流增加Ai,相應磁場強度增加 了AH、磁感應強度增大了AB;而另一個電磁鐵線圏電流減小Ai，相應磁場 強度減少AH,由於B-H特性曲線是一條具有方向性的閉合曲線，磁感應強 度B的變化總是滯後於磁場強度H的變化，所以B隨H增加與減小不是 沿同一條曲線，因此相應的磁感應強度並沒有減小AB，而是減小了AB'， 磁感應強度的增加和減少不相等會導致在兩個差動電磁鐵分別產生的加磁 與退磁在相位上不同步、在大小上有差別，導致增加的磁力與減小的磁力 不相等，無法確保被懸浮物恢復到平衡位置。目前，通常一般釆用矯頑力小、飽和磁通密度髙的軟磁材料製作差動 電磁鐵，由於該種材料的磁滯回線面積小、B-H特性的非線性減弱，使得 差動電磁鐵產生的磁感應強度基本相同，使加磁與退磁也容易做到相等， 所以該方法能夠滿足大部分磁懸浮軸承的磁滯的補償。但是對於磁懸浮帶 鋼等，由於磁路中氣隙大，B-H特性的非線性增強，差動電磁鐵產生的磁 感應強度很難保正相等，使加磁與退磁不同步、不相等，導致電磁力的增加和減少不相等，無法確保被懸浮物恢復到平衡位置，從而增加了控制難 度，降低了磁懸浮系統的穩定性。發明內容針對現有技術中存在的上述的差動電磁鐵產生的加磁與退磁不同步、 不相等，無法確保懸浮物恢復到平衡位置，增加了控制難度，降低了磁懸 浮的穩定性的缺點，本發明的目的是提供懸磁浮磁滯的補償方法，該方法 簡單方便，能夠使磁懸浮系統的穩定性增強。為實現上述目的，本發明採用如下技術方案 方案一，該懸磁浮磁滯的補償方法包括以下步驟A. 使用傳感器測出偏移量；B. 使用控制器產生差動控制信號，並判斷需要退磁的控制信號； C對步驟B中產生的需要退磁的控制信號進行加權處理；D. 使用功率放大器產生分別產生加磁和退磁的勵磁電流；E. 步驟D中產生的勵磁電流使差動電磁鐵產生的磁感應強度增加量 與減小量相等.較佳地，所述的步驟C中的加權處理為將控制信號乘以加權因子。 較佳地，所述的加權因子的計算步驟如下 Cl.繪製差動電磁鐵的鐵芯材料的磁化B-H特性曲線； C2.對磁化B-H特性曲線在靜態工作點進行線性化處理，分別得到差 動電磁鐵的加磁和退磁的斜率； C3.計算出加權因子。較佳地，所述的步驟C3中加權因子的計算公式為其中/t為加權因子，/t,為鐵芯的加磁斜率，、為鐵芯的退磁斜率；較佳地，所述的步驟D中的加磁和退磁的勵磁電流的增加量和減小量不同。方案二，該懸磁浮磁滯的補償方法具體步驟如下-.A.在兩個差動電磁鐵上分別增加補償線圈以及根應的補償功率放大器；8.使用傳感器測出偏移畺；C使用控制器產生差動控制信號，並判斷需要退磁的控制信號；D. 使用控制器產生補償信號；E. 使用相應的補償功率放大器將對步驟D中產生的補償信號轉換成 補償線圈的補償電流；F. 補償電流產生補償電磁感應，使差動電磁鐵產生的磁感應強度增加 量與減小量相等。較佳地，所述的步驟的D中的補償電流的計算步驟如下 Dl.繪製差動電磁鐵的鐵芯材料的磁化B-H特性曲線； D2.對磁化B-H特性曲線在靜態工作點進行線性化處理，分別得到差 動電磁鐵的加磁和退磁的斜率； D3.計算出補償電流。較佳地，所述的步驟的D3中補償電流的計算公式為Al"= & "2， (*i>*2) 先2其中A/"為補償電流，jfc,為鐵芯的加磁斜率，、為鐵芯的退磁斜率，A/為 相應差動電磁鐵的勵磁電流的增量。較佳地，所述的補償電流與相應差動電磁鐵的勵磁電流方向相反。 在上述技術方案中，本發明的懸磁浮磁滯的補償方法使用了傳感器測出偏移量；使用控制器產生差動控制信號，並判斷需要退磁的控制信號； 對需要退磁的控制信號進行加權處理；使用功率放大器產生分別產生加磁 和退磁的勵磁電流；勵磁電流使差動電磁鐵產生的磁感應強度增加量與減 小量相等。本發明的懸磁浮磁滯的補償方法還在兩個差動電磁鐵上分別增 加了補償線圈以及相應的補償功率放大器；使用傳感器測出偏移量；使用 控制器產生差動控制信號，並判斷需要退磁的控制信號；使用控制器產生 補償信號；使用相應的補償功率放大器將對步驟D中產生的補償信號轉換 成補償線圈的補償電流；補償電流產生補償電磁感應，使差動電磁鐵產生 的磁感應強度增加量與減小量相等。釆用本發明對懸磁浮磁滯的補償，簡單方便，穩定可靠，能夠使差動電磁鐵產生的磁感應強度增加i與減小量 相等，使加磁與退磁同步並相等，確保被懸浮物恢復到平衡位置，從而提 髙了磁懸浮系統的穩定性。
圖l是現有技術磁懸浮的工作原理示意圖；圖2是現有技術磁懸浮的B-H特性曲線示意圖；圖3是本發明的方案一原理示意困；圖4是本發明的方案一流程示意框圖；圖5是本發明的方案一的B-H特性曲線示意圖；圖6是本發明的方案二原理示意圖；圖7是本發明的方案二流程示意框圖；圖8是本發明的方案二的B-H特性曲線示意圖.具體實施方式
下面結合附圖和實施例進一步說明本發明的技術方案。 實施例1採用對需要退磁的控制信號進行加權處理的方法，即軟體化方法。 請結合圖3、圖4所示，當被懸浮物l在外界擾動下偏離原來的平衡 位置時，使用傳感器3a和3b測出偏離量，然後使用控制器5根據偏離量產生差動控制信號"+a")和("0—a")，從中判斷出需要退磁的控制信號為 ("。-^)，對控制信號"—^)進行加權處理，乘以一個加權因子^獲得為 ("。-^)的控制信號，使用功率放大器4a將控制信號("q+a")轉換成線圈6a的勵磁電流"+ a')，使用功率放大器4b將控制信號"一aa")轉換成線圈6b的勵磁電流"-M0，請再結合圖5所示，由於需要加磁的差動電磁 鐵2a的磁感應強度的增加量"與需要退磁的差動電磁鐵2b的磁感應強度 的減小量Mz'不相等，便可使產生的電磁鐵磁感應強度增加量與減小量相等為AB，使兩差動電磁鐵2a和2b分別產生的加磁與退磁在相位上同步、在大小相等，從而使差動電磁鐵增加與減小的電磁力相等，確保被懸浮物1恢復到平衡位置。請再參閱圖5所示，加權因子^的計算步驟為先通過 實驗講究，給制出羞動電磁鐵的鐵忿粉嵙的磁化B-H牿'14曲蘇，^j^^磁 化B-H特性曲線在靜態工作點進行線性化處理，分別得到差動電磁鐵的加磁的斜率S和退磁的斜率&，最後通過計算公式計算出加權因子A。計算加權因子^採用的公式為 ^ ,其中A為加權因子，A，為鐵芯的加磁斜率， 、為鐵芯的退磁斜率，加磁斜率A大於退磁斜率^。 實施例2採用增加補償線圈以及相應的補償功率放大器來增加補償電流的方法，即硬體化方法。請結合圖6、圖7所示，在差動電磁鐵2a上增加一個補償線圍7a以及與補償線圈7a相應的補償功率放大器4c;在差動電磁鐵2b上同樣增加一個補償線圏7b以及與補償線圍7b相應的補償功率放大器4d.當被懸浮物l在外界擾動下偏離原來的平衡位置時，使用傳感器3a和3b測出偏離量，然後使用控制器5根據偏離量產生差動控制信號C"o + A")和"—A")，從 中判斷出需要退磁的控制信號為("0—^)，使用功率放大器4a和4b分別 將控制信號"+ A")和("Q一^)轉換成線圈6a和6b的勵磁電流(/。+A/)和^-a');,然後使用控制器5產生一個補償信號^',使用相應的補償功率放 大器4d將補償信號A"'轉換成需要退磁的電磁鐵2b上的補償線圈7b的補 償電流A'"，由於補償電流A/'與相應差動電磁鐵2b的勵磁電流"-a')的方 向相反，請結合圖8所示，補償電流A'"產生補償電磁感應，便可使產生的 電磁鐵磁感應強度增加量與減小量相等為AB，使得需要退磁的電磁鐵2b 的磁感應強度的減小量等於加磁的電磁鐵2a的磁感應強度的增加量，使兩 差動電磁鐵2a和2b分別產生的加磁與退磁在相位上同步、在大小相等， 從而使差動電磁鐵增加與減小的電磁力相等，確保被懸浮物l恢復到平衡位置。請再參閱圖8所示，補償電流A'"的計算步驟為先通過實驗研究， 繪製差動電磁鐵的鐵芯材料的磁化B-H特性曲線，然後對磁化B-H特性曲線在靜悉工傳點進衧線性化處理，夯別得到差動電磁鐵的加磁的斜率A和 退磁的斜率&，最後通過計算公式計算出補償電流A/'。計算補償電流A/'採用的公式為A/'-^lA/,其中，其中A/'為補償電流，)t,為鐵芯的加磁斜率，凡2*2為鐵芯的退磁斜率，"為相應差動電磁鐵的勵磁電流的增量，加磁斜率夂 大於退磁斜率、。本發明的懸磁浮磁滯的補償方法，使用簡單方便，穩定可靠，通過對 勵磁電流的補償或者增加補償電流的方法，使差動電磁鐵產生的磁感應強 度增加與減少的幅度相等，從而使加磁與退磁同步並相等，確保在髙精度 應用場合中懸磁浮系統的被懸浮物恢復到平衡位置，提高了磁懸浮系統的 穩定性。
權利要求
1. 一種懸磁浮磁滯的補償方法，其特徵在於，該方法具體步驟如下A.使用傳感器測出偏移量；B.使用控制器產生差動控制信號，並判斷需要退磁的控制信號；C.對步驟B中產生的需要退磁的控制信號進行加權處理；D.使用功率放大器產生分別產生加磁和退磁的勵磁電流；E.步驟D中產生的勵磁電流使差動電磁鐵產生的磁感應強度增加量與減小量相等。
2. 如權利要求l所述的懸磁浮磁滯的補償方法，其特徵在於， 所述的步驟C中的加權處理為將控制信號乘以加權因子。
3. 如權利要求2所述的懸磁浮磁滯的補償方法，其特徵在於， 所述的加權因子的計算步驟如下Cl.繪製差動電磁鐵的鐵芯材料的磁化B-H特性曲線； C2.對磁化B-H特性曲線在靜態工作點進行線性化處理，分別得到差 動電磁鐵的加磁和退磁的斜率； C3.計算出加權因子。
4. 如權利要求3所述的懸磁浮磁滯的補償方法，其特徵在於， 所述的步驟C3中加權因子的計算公式為"i ， (A:, "2) 其中it為加權因子，it,為鐵芯的加磁斜率，、為鐵芯的退磁斜率。
5. 如權利要求l所述的懸磁浮磁滯的補償方法，其特徵在於，所述的步驟D中的加磁和退磁的勵磁電流的增加量和減小i不同。
6. —種懸磁浮磁滯的補償方法，其特徵在於， 該方法具體步驟如下A. 在兩個差動電磁鐵上分別撙加補償線圍以及相應的補償幼率放夫器；B. 使用傳感器測出偏移量；C使用控制器產生差動控制信號，並判斷需要退磁的控制信號；D. 使用控制器產生補償信號；E. 使用相應的補償功率放大器將對步驟D中產生的補償信號轉換成 補償線圈的補償電流；F. 補償電流產生補償電磁感應，使差動電磁鐵產生的磁感應強度增加 量與減小量相等。
7. 如權利要求6所述的懸磁浮磁滯的補償方法，其特徵在於， 所述的步驟的D中的補償電流的計算步驟如下Dl.繪製差動電磁鐵的鐵芯材料的磁化B-H特性曲線； D2.對磁化B-H特性曲線在靜態工作點進行線性化處理，分別得到差 動電磁鐵的加磁和退磁的斜率； D3.計算出補償電流。
8. 如權利要求7所述的懸磁浮磁滯的補償方法，其特徵在於， 所述的步驟的D3中補償電流的計算公式為formula see original document page 0其中A/'為補償電流，^為鐵芯的加磁斜率，^為鐵芯的退磁斜率，A/為 相應差動電磁鐵的勵磁電流的增量。
9. 如權利要求6-8任一項中所述的懸磁浮磁滯的補償方法，其特徵在於
全文摘要
本發明公開了一種懸磁浮磁滯的補償方法，該方法的具體步驟為使用傳感器測出偏移量；使用控制器產生差動控制信號，並判斷需要退磁的控制信號；對需要退磁的控制信號進行加權處理；使用功率放大器產生分別產生加磁和退磁的勵磁電流；勵磁電流使差動電磁鐵產生的磁感應強度增加量與減小量相等。或者為增加補償線圈以及相應的補償功率放大器，通過增加補償電流來實現差動電磁鐵產生的磁感應強度增加量與減小量相等。採用本發明對懸磁浮磁滯的補償，簡單方便，穩定可靠，能夠使差動電磁鐵產生的磁感應強度增加量與減小量相等，使加磁與退磁同步並相等，確保被懸浮物恢復到平衡位置，從而提高了磁懸浮系統的穩定性。
文檔編號H02N15/00GK101242151SQ20071003719
公開日2008年8月13日 申請日期2007年2月6日 優先權日2007年2月6日
發明者張永傑, 徐龍祥, 王澤濟, 金超武, 陳培林 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司;南京航空航天大學