一种磁悬浮电机的控制系统、方法及存储介质

技术领域

本发明实施例涉及磁悬浮电机控制技术领域，尤其涉及一种磁悬浮电机的控制系统、方法及存储介质。

背景技术

磁悬浮电机是一种启动时先悬浮后旋转、无接触、无磨损、无需润滑的高科技节能环保产品。磁浮电机的悬浮控制系统由悬浮控制器、悬浮传感器和悬浮电磁铁组成，对于磁悬浮电机来说，整个悬浮系统是核心也是关键。

目前，对于磁悬浮电机的轴向控制时都是通过单端的轴向位置传感器进行位置PID控制，即利用磁浮轴向位置传感器进行判断转子轴向位置进行PID控制，进而调节轴向推力电磁铁的吸力，使得转子在预定位置进行运动。

但是，由于电机转子的特性关系，随着转速的上升，转子不平衡量也会增大，这将导致磁悬浮电机轴向力越来越大，轴向干扰也会越来越强，从而推力磁极需要的电流也越来越大，进而轴向传感器容易受到推力磁极干扰。

发明内容

本发明实施例提供一种磁悬浮电机的控制系统、方法及存储介质，以实现磁悬浮电机的稳定悬浮控制，提升磁悬浮电机的抗干扰性。

第一方面，本发明实施例提供了一种磁悬浮电机的控制系统，该磁悬浮电机的控制系统包括：前端位置检测模块、后端位置检测模块、转速检测模块和悬浮控制模块；

所述前端位置检测模块，用于获取转子前端参数信息；

所述后端位置检测模块，用于获取转子后端参数信息；

所述转速检测模块，用于获取转子转速；

所述悬浮控制模块，分别与所述前端位置检测模块、所述后端位置检测模块以及所述转速检测模块相连，用于根据获取到的所述转子前端参数信息、所述转子后端参数信息和所述转子转速确定转子的悬浮间隙，以根据所述悬浮间隙控制所述转子悬浮至目标运转位置。

进一步的，所述前端位置检测模块包括前端径向位置检测单元和前端轴向位置检测单元；所述前端参数信息包括前端径向间隙信息和前端轴向间隙信息；

所述前端径向位置检测单元用于获取所述转子的所述前端径向间隙信息，所述前端轴向位置检测单元用于获取所述转子的所述前端轴向间隙信息；

相应的，所述后端位置检测模块包括后端径向位置检测单元和后端轴向位置检测单元；所述后端参数信息包括后端径向间隙信息和后端轴向间隙信息；

所述后端径向位置检测单元用于获取所述转子的所述后端径向间隙信息，所述后端轴向位置检测单元用于获取所述转子的所述后端轴向间隙信息。

进一步的，所述悬浮控制模块具体用于根据获取到的所述转子前端参数信息确定所述转子的前端轴向运转位置出现偏移时，则控制所述前端位置检测模块和所述后端位置检测模块根据所述转子前端参数信息、所述转子后端参数信息和所述转子转速共同控制所述转子悬浮至目标运转位置。

进一步的，所述磁悬浮电机的控制系统还包括转子控制模块；

所述转子控制模块与所述悬浮控制模块相连，用于控制所述转子依据所述悬浮间隙悬浮至所述目标运转位置。

第二方面，本发明实施例还提供了一种磁悬浮电机的控制方法，该磁悬浮电机的控制方法包括：

通过前端位置检测模块获取转子前端参数信息，并通过后端位置检测模块获取转子后端参数信息；

根据获取到的所述转子前端参数信息、所述转子后端参数信息和所述转子转速确定转子的悬浮间隙；

根据所述悬浮间隙控制所述转子悬浮至目标运转位置。

进一步的，在通过前端位置检测模块获取转子前端参数信息之前，还包括：

控制转子悬浮至预设悬浮位置，并控制所述转子在所述预设悬浮位置旋转。

进一步的，所述悬浮间隙包括转子前端位移幅值；

相应的，根据所述悬浮间隙控制所述转子悬浮至目标运转位置，包括：

判断所述转子前端位移幅值是否大于预设前端位移幅值阈值；

根据判断是否大于预设前端位移幅值阈值的结果控制所述转子悬浮至目标运转位置。

进一步的，根据判断是否大于预设前端位移幅值阈值的结果控制所述转子悬浮至目标运转位置，包括：

若所述转子前端位移幅值大于预设前端位移幅值阈值，则通过所述前端位置检测模块和所述后端位置检测模块共同控制所述转子悬浮至目标运转位置。

进一步的，根据判断是否大于预设前端位移幅值阈值的结果控制所述转子悬浮至目标运转位置，包括：

若所述转子前端位移幅值小于等于预设前端位移幅值阈值，则通过所述前端位置检测模块控制所述转子悬浮至目标运转位置。

第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本发明实施例任一项所述的磁悬浮电机的控制方法。

本发明实施例的技术方案，该磁悬浮电机的控制系统包括前端位置检测模块、后端位置检测模块、转速检测模块和悬浮控制模块；所述前端位置检测模块，用于获取转子前端参数信息；所述后端位置检测模块，用于获取转子后端参数信息；所述转速检测模块，用于获取转子转速；所述悬浮控制模块，分别与所述前端位置检测模块、所述后端位置检测模块以及所述转速检测模块相连，用于根据获取到的所述转子前端参数信息、所述转子后端参数信息和所述转子转速确定转子的悬浮间隙，以根据所述悬浮间隙控制所述转子悬浮至目标运转位置。解决了现有磁悬浮电机的转子一端受到不平衡量扰动以及推力磁极电流影响导致转子无法稳定悬浮的问题，以实现磁悬浮电机的稳定悬浮控制，提升磁悬浮电机的抗干扰性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种磁悬浮电机的控制系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种磁悬浮电机的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种磁悬浮电机的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。

另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

图1为本发明实施例提供的一种磁悬浮电机的控制系统的结构示意图，图2是本发明实施例提供的一种磁悬浮电机的结构示意图，本实施例可适用于在磁悬浮电机一端轴向传感器受干扰的时候仍能实现磁悬浮电机稳定悬浮控制的情况。

结合图1和图2，该磁悬浮电机的控制系统的具体结构包括如下：

前端位置检测模块110、后端位置检测模块120、转速检测模块130和悬浮控制模块140；

所述前端位置检测模块110，用于获取转子前端参数信息；

所述后端位置检测模块120，用于获取转子后端参数信息；

所述转速检测模块130，用于获取转子转速；

所述悬浮控制模块140，分别与所述前端位置检测模块110、所述后端位置检测模块120以及所述转速检测模块130相连，用于根据获取到的所述转子前端参数信息、所述转子后端参数信息和所述转子转速确定转子的悬浮间隙，以根据所述悬浮间隙控制所述转子悬浮至目标运转位置。

其中，前端位置检测模块110用于对磁悬浮电机中转子的前端轴向和径向位移进行检测并控制。

前端位置检测模块110可以通过现有的位移传感器对转子前端径向位移进行检测以及对转子前端轴向位移进行检测，本实施例对位移传感器的具体型号等信息不作任何限制，任何可以实现本实施所需的转子前端径向位移和转子前端轴向的位移传感器均适用于本实施的方案。

可以理解的是，前端位置检测模块110可以在转子运转的过程中，对转子的前端轴向和径向位移进行实时监测，并在转子前端受到不平衡扰动或推力磁极电流影响时对转子前端进行控制，以消除转子前端的扰动，稳定转子前端的悬浮控制。

转子前端参数信息为前端位置检测模块110实时监测到的转子前端径向间隙和转子前端轴向间隙其分别对应的间隙电压值，则可以通过转子前端径向间隙对应的前端径向间隙电压值判断转子前端径向是否出现位移，以及通过转子前端轴向间隙对应的前端轴向间隙电压值判断转子前端轴向是否出现位移。也就是说，转子前端径向间隙和转子前端轴向间隙分别与前端径向间隙电压值和前端轴向间隙电压值对应，转子的前端位置情况可以通过前端径向间隙电压值和前端轴向间隙电压值进行确定。

具体的，通过前端位置检测模块110通过对转子前端径向间隙和转子前端轴向间隙进行实时监测，以获得前端径向间隙电压值和前端轴向间隙电压值作为转子前端参数信息，并将转子前端参数信息反馈至悬浮控制模块140。

后端位置检测模块120用于对磁悬浮电机中转子的后端轴向和径向位移进行检测并控制。

后端位置检测模块120可以通过现有的位移传感器对转子后端径向位移进行检测以及对转子后端轴向位移进行检测，本实施例对位移传感器的具体型号等信息不作任何限制，任何可以实现本实施所需的转子后端径向位移和转子后端轴向的位移传感器均适用于本实施的方案。

可以理解的是，后端位置检测模块120可以在转子运转的过程中，对转子的后端轴向和径向位移进行实时监测，并在转子后端受到不平衡扰动或推力磁极电流影响时对转子后端进行控制，以消除转子后端的扰动，稳定转子后端的悬浮控制。

转子后端参数信息为后端位置检测模块120实时监测到的转子后端径向间隙和转子后端轴向间隙其分别对应的间隙电压值，则可以通过转子后端径向间隙对应的后端径向间隙电压值判断转子后端径向是否出现位移，以及通过转子后端轴向间隙对应的后端轴向间隙电压值判断转子后端轴向是否出现位移。也就是说，转子后端径向间隙和转子后端轴向间隙分别与后端径向间隙电压值和后端轴向间隙电压值对应，转子的后端位置情况可以通过后端径向间隙电压值和后端轴向间隙电压值进行确定。

具体的，通过后端位置检测模块120通过对转子后端径向间隙和转子后端轴向间隙进行实时监测，以获得后端径向间隙电压值和后端轴向间隙电压值作为转子后端参数信息，并将转子后端参数信息反馈至悬浮控制模块140。

转速检测模块130用于对磁悬浮电机中转子的实时转速进行检测，以得到转子转速。可选的，转子转速可以通过转速检测模块130检测到的转速电压信号进行表示，并将转速电压信号反馈至悬浮控制模块140。

转速检测模块130可以通过现有的速度传感器对转子运转转速进行检测，本实施例对速度传感器的具体型号等信息不作任何限制，任何可以实现本实施所需的转子转速的速度传感器均适用于本实施的方案。

所述悬浮控制模块140用于对在运转过程中的磁悬浮电机的转子进行悬浮控制，在本实施例中悬浮控制模块140根据获取到的所述转子前端参数信息、所述转子后端参数信息和所述转子转速确定转子的悬浮间隙，即确定转子的前端悬浮间隙或是后端悬浮间隙出现位移等情况时，通过悬浮控制模块140检测到的转子前端和后端的位移情况对转子的前端和后端悬浮位置进行双端控制调节，以保证转子悬浮至目标运转位置。

示例性的，前端参数信息由前端位置检测模块110通过检测前端转子间隙反馈电压值进行判断，例如，前端转子间隙为-200um-200um其对应的电压值为-3v-3v；后端参数信息由后端位置检测模块120通过检测后端转子间隙反馈电压值进行判断，例如，后端转子间隙为-200um-200um其对应的电压值为-3v-3v。

转子悬浮的目标运转位置可以为悬浮在传感器数值中心位置，传感器数值中心位置为前端位置检测模块110及后端位置检测模块120检测到的转子间隙对应电压值为0V时的位置，即前端轴向位移传感器、前端径向位移传感器、后端轴向位移传感器及后端径向位移传感器分别检测到的转子间隙对应的电压值为0V时的位置。

本发明实施例的技术方案，该磁悬浮电机的控制系统包括前端位置检测模块、后端位置检测模块、转速检测模块和悬浮控制模块；所述前端位置检测模块，用于获取转子前端参数信息；所述后端位置检测模块，用于获取转子后端参数信息；所述转速检测模块，用于获取转子转速；所述悬浮控制模块，分别与所述前端位置检测模块、所述后端位置检测模块以及所述转速检测模块相连，用于根据获取到的所述转子前端参数信息、所述转子后端参数信息和所述转子转速确定转子的悬浮间隙，以根据所述悬浮间隙控制所述转子悬浮至目标运转位置。解决了现有磁悬浮电机的转子一端受到不平衡量扰动以及推力磁极电流影响导致转子无法稳定悬浮的问题，以实现磁悬浮电机的稳定悬浮控制，提升磁悬浮电机的抗干扰性。

继续参见图1，在上述实施例的基础上，所述前端位置检测模块110包括前端径向位置检测单元111和前端轴向位置检测单元112；所述前端参数信息包括前端径向间隙信息和前端轴向间隙信息；

所述前端径向位置检测单元111用于获取所述转子的所述前端径向间隙信息，所述前端轴向位置检测单元112用于获取所述转子的所述前端轴向间隙信息；

相应的，所述后端位置检测模块120包括后端径向位置检测单元121和后端轴向位置检测单元122；所述后端参数信息包括后端径向间隙信息和后端轴向间隙信息；

所述后端径向位置检测单元121用于获取所述转子的所述后端径向间隙信息，所述后端轴向位置检测单元122用于获取所述转子的所述后端轴向间隙信息。

其中，前端径向间隙信息为前端径向位置检测单元111对转子前端径向间隙进行监测得到的信息，前端径向间隙信息可以为监测得到的转子前端径向间隙电压值。

可以理解的是，转子前端径向间隙电压值与转子前端径向间隙出现的位移相关，示例性的，转子前端径向间隙值为0-200μm，对应于转子前端径向间隙电压值为-3-3V。对转子前端径向间隙电压值与转子前端径向间隙出现的位移的对应关系可以由本领域技术人员根据实际经验获得，本实施例对此不作任何数值上的限制。

前端轴向间隙信息为前端轴向位置检测单元112对转子前端轴向间隙进行监测得到的信息，前端轴向间隙信息可以为监测得到的转子前端轴向间隙电压值。

可以理解的是，转子前端轴向间隙电压值与转子前端轴向间隙出现的位移相关，示例性的，转子前端轴向间隙值为0-400μm，对应于转子前端轴向间隙电压值为-3-3V。对转子前端轴向间隙电压值与转子前端轴向间隙出现的位移的对应关系可以由本领域技术人员根据实际经验获得，本实施例对此不作任何数值上的限制。

具体的，前端径向位置检测单元111获取到的所述转子的所述前端径向间隙信息，以及前端轴向位置检测单元112获取到的所述转子的所述前端轴向间隙信息，分别将前端径向间隙信息和前端轴向间隙信息反馈至悬浮控制模块140，即将转子前端轴向间隙电压值和转子前端径向间隙电压值反馈至悬浮控制模块140。

后端径向间隙信息为后端径向位置检测单元121对转子后端径向间隙进行监测得到的信息，后端径向间隙信息可以为监测得到的转子后端径向间隙电压值。

可以理解的是，转子后端径向间隙电压值与转子后端径向间隙出现的位移相关，示例性的，转子后端径向间隙值为0-200μm，对应于转子后端径向间隙电压值为-3-3V。对转子后端径向间隙电压值与转子后端径向间隙出现的位移的对应关系可以由本领域技术人员根据实际经验获得，本实施例对此不作任何数值上的限制。

后端轴向间隙信息为后端轴向位置检测单元122对转子后端轴向间隙进行监测得到的信息，后端轴向间隙信息可以为监测得到的转子后端轴向间隙电压值。

可以理解的是，转子后端轴向间隙电压值与转子后端轴向间隙出现的位移相关，示例性的，转子后端轴向间隙值为0-400μm，对应于转子后端轴向间隙电压值为-3-3V。对转子后端轴向间隙电压值与转子后端轴向间隙出现的位移的对应关系可以由本领域技术人员根据实际经验获得，本实施例对此不作任何数值上的限制。

具体的，后端径向位置检测单元121获取到的所述转子的所述后端径向间隙信息，以及后端轴向位置检测单元122获取到的所述转子的所述后端轴向间隙信息，分别将后端径向间隙信息和后端轴向间隙信息反馈至悬浮控制模块140，即将转子后端轴向间隙电压值和转子后端径向间隙电压值反馈至悬浮控制模块140。

需要说明的是，由于转子会随着转速、温度的上升发生热膨胀，后端轴向位置检测单元122会随着转子的拉长而变化，因此，转子轴向控制一般以前端轴向位置检测单元112为基础。

继续参见图1，在上述实施例的基础上，所述悬浮控制模块140具体用于根据获取到的所述转子前端参数信息确定所述转子的前端轴向运转位置出现偏移时，则控制所述前端位置检测模块110和所述后端位置检测模块120根据所述转子前端参数信息、所述转子后端参数信息和所述转子转速共同控制所述转子悬浮至目标运转位置。

具体的，转子前端参数信息包括转子前端轴向间隙信息，转子前端轴向间隙信息可以为前端轴向间隙电压值，通过前端轴向间隙电压值与转子前端轴向间隙的关系，可以确定转子的前端轴向运转位置是否出现偏移。

当转子的前端轴向运转位置出现偏移时，则控制所述前端位置检测模块110和所述后端位置检测模块120共同控制所述转子，即对转子进行双端控制，根据所述转子前端参数信息、所述转子后端参数信息和所述转子转速确定转子的悬浮间隙，以通过悬浮间隙由前端位置检测模块110和后端位置检测模块120共同控制所述转子悬浮至目标运转位置。

继续参见图1，在上述实施例的基础上，所述磁悬浮电机的控制系统还包括转子控制模块150；

所述转子控制模块150与所述悬浮控制模块140相连，用于控制所述转子依据所述悬浮间隙悬浮至所述目标运转位置。

其中，转子控制模块150用于在磁悬浮电机中实现转子的悬浮并旋转，转子控制模块150为转子悬浮并旋转的执行机构。可选的，转子控制模块150可以为磁轴承电磁铁。

可以理解的是，转子控制模块150对应包括转子的前端径向磁轴承、前端轴向磁轴承、后端径向磁轴承以及后端轴向磁轴承，以分别控制转子的前端径向位置、前端轴向位置、后端径向位置以及后端轴向位置。

图3为本发明实施例提供的一种磁悬浮电机的控制方法的流程示意图，本实施例可适用于在磁悬浮电机一端轴向传感器受干扰的时候仍能实现磁悬浮电机稳定悬浮控制的情况，该方法可以由磁悬浮电机的控制系统来执行。

该磁悬浮电机的控制方法具体包括如下步骤：

S210、通过前端位置检测模块获取转子前端参数信息，并通过后端位置检测模块获取转子后端参数信息。

进一步的，在通过前端位置检测模块获取转子前端参数信息之前，还包括：控制转子悬浮至预设悬浮位置，并控制所述转子在所述预设悬浮位置旋转。

S220、根据获取到的所述转子前端参数信息、所述转子后端参数信息和所述转子转速确定转子的悬浮间隙。

S230、根据所述悬浮间隙控制所述转子悬浮至目标运转位置。

具体的，所述悬浮间隙包括转子前端位移幅值；相应的，根据所述悬浮间隙控制所述转子悬浮至目标运转位置，包括：判断所述转子前端位移幅值是否大于预设前端位移幅值阈值；根据判断是否大于预设前端位移幅值阈值的结果控制所述转子悬浮至目标运转位置。

进一步的，根据判断是否大于预设前端位移幅值阈值的结果控制所述转子悬浮至目标运转位置，包括：若所述转子前端位移幅值大于预设前端位移幅值阈值，则通过所述前端位置检测模块和所述后端位置检测模块共同控制所述转子悬浮至目标运转位置。若所述转子前端位移幅值小于等于预设前端位移幅值阈值，则通过所述前端位置检测模块控制所述转子悬浮至目标运转位置。

本发明实施例的技术方案，通过前端位置检测模块获取转子前端参数信息，并通过后端位置检测模块获取转子后端参数信息；根据获取到的所述转子前端参数信息、所述转子后端参数信息和所述转子转速确定转子的悬浮间隙；根据所述悬浮间隙控制所述转子悬浮至目标运转位置。本发明实施例可以在任何转速下不用担心由于前端位置检测模块受高速转子不平衡量以及推力磁极的影响，从而导致转子的轴向悬浮不稳定性，采用双端控制方法实现多一重冗余保护，保证转子稳定悬浮。

本发明实施例还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种磁悬浮电机的控制方法，该磁悬浮电机的控制方法包括：

通过前端位置检测模块获取转子前端参数信息，并通过后端位置检测模块获取转子后端参数信息；

根据获取到的所述转子前端参数信息、所述转子后端参数信息和所述转子转速确定转子的悬浮间隙；

根据所述悬浮间隙控制所述转子悬浮至目标运转位置。

当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的磁悬浮电机的控制方法中的相关操作。

通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory,RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

值得注意的是，上述磁悬浮电机的控制系统的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。