基于磁悬浮轴承的位移传感器的自校准控制方法及装置

技术领域

本发明涉及基于磁悬浮轴承的位移传感器的自校准控制方法及装置，属于位移传感器校准技术领域。

背景技术

磁悬浮电机相关设备，如磁悬浮鼓风机、磁悬浮压缩机、磁悬浮泵、磁悬浮储能飞轮、磁悬浮电主轴等，其回转部分机构与磁悬浮轴承无接触，无摩擦，实际运行时往往可以达到较高转速，节能效果明显，目前在市场上应用逐渐广泛，未来在工业领域多种应用场景将逐渐普及。

磁悬浮电机机转子与轴承无接触的原理是：磁悬浮轴承线圈中励磁电流产生磁力将转子悬浮在轴承中间，通过位移传感器检测转子位移偏差量，通过电控系统调节励磁电流的大小，进而控制转子稳定悬浮，磁悬浮轴承的本质，是一种负反馈调节相对位置的电磁铁。

电磁铁的承载力正比于电流的平方，反比于间隙的平方，为了保证磁悬浮轴承的承载力足够大，其间隙往往很小，相应的位移传感器测试间隙、量程也很小，精度要求极高。

磁悬浮电机设备在实际使用过程中，位移传感器系统部分元器件随使用时间变长产生一定的老化，进而产生在相同工况下位移传感器输出信号的少量变化，即所谓的时漂；而传感器所在位置随温度变化而导致相同工况下输出信号的变化，即所谓的温漂；在长期振动的环境下探头内部结构及固定支架存在少量变化和相对位置偏移。

磁悬浮电机产品应用范围广，大多运行环境相对恶劣，上述三种情况在磁悬浮电机设备中往往无法避免，因此传感器系统需要在使用一定时间后进行校准，保证测量精度。但由于磁浮设备往往销往全球各地，维护总成本偏高。

因此，对于本领域技术人员来说，亟需一种基于磁悬浮轴承的位移传感器的自校准控制方法，根据不同情况， 使设备自行完成传感器的校准，从而提高设备使用寿命，减少设备的维护成本。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了基于磁悬浮轴承的位移传感器的自校准控制方法及装置，当磁悬浮系统状态存在异常时，调用磁悬浮控制模块中的自校准算法，在磁悬浮设备实际运行之前，利用磁悬浮轴承控制悬浮对象的相对位置，得到悬浮对象的最大移动范围，从而使设备自行校准磁悬浮系统中的位移传感器，保证设备可以长期高精度稳定运行，提高设备使用寿命，降低维护成本。

本发明的技术方案为：

基于磁悬浮轴承的位移传感器的自校准控制方法，包括：

获取位移传感器输出的位移信号及磁悬浮系统的运行参数；

对获取的位移传感器输出的位移信号及磁悬浮系统的运行参数进行处理；

基于处理后的数据对磁悬浮系统进行设备自检，当设备自检合格时，则设备启动并运行；当设备自检存在异常时，则采用自校准算法对位移传感器进行自校准；

所述自校准算法包括：增大磁悬浮轴承中能够产生x轴或y轴或z轴的正/负方向上作用力的电磁铁励磁电流，将磁悬浮轴承中能够产生其他方向作用力的电磁铁励磁电流减小为0；则悬浮对象在x轴或y轴或z轴的方向上的最大可移动范围内，标定位移传感器模块的输出值在区间[X,Y]内；在磁悬浮系统静态悬浮状态下，当悬浮对象悬浮在x轴或y轴或z轴上最大可移动范围中间时，标定位移传感器输出的位移信号值为（X+Y）/2；从而完成位移传感器自校准。

根据本发明优选的，所述磁悬浮系统的运行参数包括以下一种或几种：磁悬浮系统静态悬浮时磁悬浮轴承的励磁电流、磁悬浮轴承的温度、磁悬浮系统的开机时间，以及磁悬浮系统运行过程中磁悬浮轴承的励磁电流。

根据本发明优选的，所述设备自检存在异常的情况包括：

当磁悬浮系统静态悬浮时，磁悬浮轴承的励磁 电流小于第一设定值，无法使得悬浮对象悬浮起来；

当磁悬浮系统静态悬浮时，磁悬浮轴承的温度与上一次启动时的磁悬浮轴承的温度的差值超过第二设定值；

当磁悬浮系统静态悬浮时，此次磁悬浮系统的开机时间与上次磁悬浮系统的开机时间的时间间隔大于第三设定值；

当磁悬浮系统上一次运行过程中，磁悬浮轴承的励磁电流超过第四设定值；

其他的磁悬浮设备可能存在的异常或故障。

根据本发明优选的，所述磁悬浮系统为回转型磁悬浮设备，在回转型磁悬浮设备中，以磁悬浮电机为例，电机的转子作为悬浮对象；

回转型磁悬浮设备中设置有一组径向磁悬浮轴承和一组轴向磁悬浮轴承，一组径向磁悬浮轴承套装在转子的外部，一组轴向磁悬浮轴承设置在转子推力盘或轴肩的两侧；在三维空间坐标系下有六个自由度，分别为沿x轴、y轴、z轴平动与绕x轴、y轴、z轴转动，径向磁悬浮轴承用于约束转子沿径向x轴或y轴平移以及绕x轴或y轴转动，轴向磁悬浮轴承用于约束转子沿z轴向平移；

径向磁悬浮轴承包括四个电磁铁，在x轴或y轴上分别设置相对设置两个电磁铁，差动控制同一坐标轴上的两个电磁铁，同一坐标轴上的两个电磁铁共同控制一个自由度；

在z轴上设置相对设置两个轴向磁悬浮轴承，差动控制同一坐标轴上的两个轴向磁悬浮轴承，两个轴向磁悬浮轴承共同控制一个自由度；

径向磁悬浮轴承中每一个电磁铁对应设置有一个位移传感器，位移传感器探头与电磁铁分布方式一致，差动控制同一坐标轴上的两个位移传感器；

轴向磁悬浮轴承设置两个位移传感器，差动控制两个位移传感器。

采用差动控制法能提高传感器的检测精度，降低温漂带来的影响。

根据本发明优选的，在磁悬浮系统为回转型磁悬浮设备的情况下，所述当设备自检存在异常时，则对位移传感器进行自校准，包括：

径向磁悬浮轴承配套位移传感器的自校准方式为：

同步增大一组径向磁悬浮轴承中能够产生y轴正/负方向作用力的电磁铁励磁电流，同时将径向磁悬浮轴承中能够产生其他方向作用力的电磁铁励磁电流减小为0，得到转子在y轴正/负方向上的最大可移动范围，标定对应位移传感器模块的输出值为X1/Y1；

从而判定转子在y轴正/负方向上的最大可移动范围内移动，位移传感器模块的输出值在区间[X1,Y1]内；转子悬浮在y轴方向上最大可移动范围中间时，对应位移传感器模块的输出值为（X1+Y1）/2；

同步增大一组径向磁悬浮轴承中能够产生x轴正/负方向作用力的电磁铁励磁电流，同时将径向磁悬浮轴承中能够产生其他方向作用力的电磁铁励磁电流减小为0，得到转子在x轴正/负方向上的最大可移动范围，标定对应位移传感器模块的输出值为X2/Y2；

从而判定转子在x轴正/负方向上的最大可移动范围内移动，对应位移传感器模块的输出值在区间[X2,Y2]内；在磁悬浮系统静态悬浮状态下，转子悬浮在x轴方向上最大可移动范围中间时，对应位移传感器输出值为（X2+Y2）/2；

轴向磁悬浮轴承配套位移传感器的自校准方式为：

增大能够产生z轴正/负方向作用力的轴向磁悬浮轴承的励磁电流，同时将另一个轴向磁悬浮轴承的励磁电流降为0，得到转子在z轴正/负方向上的最大可移动范围，标定所述z轴正/负方向上的位移传感器模块的输出值为X3/Y3；

从而判定转子在z轴正/负方向上的最大可移动范围内移动，位移传感器模块的输出值在区间[X3,Y3]内；在磁悬浮系统静态悬浮状态下，当转子在z轴方向上最大可移动范围中间时，标定位移传感器的输出值为（X3+Y3）/2。

根据本发明优选的，所述磁悬浮系统为常导式磁悬浮列车悬浮系统，常导式磁悬浮列车悬浮系统中采用磁悬浮直线电机。

所述常导式磁悬浮列车悬浮系统包括磁悬浮列车底座和列车轨道，

所述磁悬浮列车底座上设置倒U型抱轨，在倒U型抱轨内侧，x轴方向上对称设置导向磁铁，在y方向上设置悬浮和牵引磁铁与辅助支承轮；且辅助支承轮位于U型抱轨内侧的顶部；

列车轨道为T型，列车轨道固定设于倒U型抱轨内；列车轨道的顶部设置有支撑轨道，支撑轨道位于辅助支承轮的下方；支撑轨道的下方设置有长定子铁芯及绕组，并且长定子铁芯及绕组位于悬浮和牵引磁铁的上方；列车轨道的两侧设置有钢反应轨；

相邻的悬浮和牵引磁铁之间中设置有位移传感器，用于检测悬浮和牵引磁铁与轨道上长定子铁芯及绕组之间的距离，

相邻的导向磁铁之间中设置有位移传感器，用于检测导向磁铁与钢反应轨之间的距离。

根据本发明优选的，在磁悬浮系统为常导式磁悬浮列车悬浮系统的情况下，所述当设备自检存在异常时，则对位移传感器进行自校准，包括：

增大能够产生y轴正方向作用力的悬浮和牵引磁铁励磁电流，磁悬浮列车向上移动至y轴方向上最大可移动范围的上边界，标定列车上移时位移传感器模块的输出值为X4；

将能够产生y轴正方向作用力的悬浮和牵引磁铁励磁电流减小为0，磁悬浮列车向下移动至y轴方向上最大可移动范围的下边界，标定列车下移时位移传感器模块的输出电压值为Y4；y轴正方向为与重力方向相反的方向；

从而判定磁悬浮列车在y轴方向的最大可移动范围内移动，标定位移传感器模块的输出值在区间[X4,Y4]内；在磁悬浮系统静态悬浮状态下，列车悬浮在辅助支承轮与磁悬浮和牵引磁铁中间时，标定对应位移传感器模块的输出值为（X4+Y4）/2，其中y轴方向为重力方向。

增大能够产生x轴方向作用力的左侧导向磁铁线圈中的励磁电流，并将右侧导向磁铁线圈中的励磁电流调整为0；磁悬浮列车向左移动至x轴方向最大可移动范围的左边界，标定对应位移传感器模块的输出值为X5；

增大能够产生x轴方向作用力的右侧导向磁铁线圈中的励磁电流，并将左侧导向磁铁线圈中的励磁电流调整为0；磁悬浮列车向右移动至x轴方向最大可移动范围的右边界，标定对应位移传感器模块的输出值为Y5；

从而判定磁悬浮列车在x轴方向的最大可移动范围内移动，标定位移传感器模块的输出值在区间[X5,Y5]内；在磁悬浮系统静态悬浮状态下，列车悬浮在辅助支承轮与磁悬浮和牵引磁铁中间时，标定对应位移传感器模块的输出值为（X5+Y5）/2。

基于磁悬浮轴承的位移传感器的自校准控制装置，包括：

采样模块，用于获取位移传感器输出的位移信号及磁悬浮系统的运行参数；

传感器模块，用于对获取的位移传感器输出的位移信号及磁悬浮系统的运行参数进行处理；

控制模块，用于基于处理后的数据对磁悬浮系统进行设备自检；当设备自检合格时，则设备启动并运行；当设备自检存在异常时，则进行算法切换，对位移传感器进行自校准；

自校准模块，用于运行自校准算法，即增大磁悬浮轴承中能够产生x轴或y轴或z轴的正/负方向上作用力的电磁铁励磁电流，将磁悬浮轴承中能够产生其他方向作用力的电磁铁励磁电流减小为0；则悬浮对象在x轴或y轴或z轴的方向上的最大可移动范围内，标定位移传感器模块的输出值在区间[X,Y]内；在磁悬浮系统静态悬浮状态下，当悬浮对象悬浮在x轴或y轴或z轴上最大可移动范围中间时，标定位移传感器输出的位移信号值为（X+Y）/2；从而完成位移传感器自校准。

本发明的有益效果为：

1.本发明提供了基于磁悬浮轴承的位移传感器的自校准控制方法及装置，当磁悬浮系统状态存在异常时，调用磁悬浮控制器中的自校准模块，在磁悬浮设备实际运行之前，利用磁悬浮轴承控制悬浮对象的相对位置，得到悬浮对象的最大可移动范围，从而使设备自行校准磁悬浮系统中的位移传感器，保证设备可以长期高精度稳定运行，提高设备使用寿命，降低维护成本。

2.本发明提供的基于磁悬浮轴承的位移传感器的自校准控制方法及装置，可以与物联网模块联动使用，由调试人员远程调用自校准模块对磁悬浮设备进行调试，大幅提高设备调试效率，降低调试成本。

3.本发明可以在自检过程中记录传感器漂移数据，后续可根据大量漂移数据推断传感器漂移情况并做出针对性优化，进一步提高传感器控制精度，降低传感器漂移带来的影响。

4. 本发明采用差动控制法校正位移传感器，提高检测精度，降低温漂带来的影响。

附图说明

图1为基于磁悬浮轴承的位移传感器的自校准控制装置的示意图；

图2为单自由度磁悬浮电机中位移传感器自校准控制方法的流程图；

图3为回转型磁悬浮设备中径向磁悬浮轴承与转子、位移传感器与转子径向相对位置的对比示意图；

图4为回转型磁悬浮设备中转子、径向磁悬浮轴承和相应的位移传感器的轴向位置示意图；

图5为电磁铁A和电磁铁E进行校正时，转子与径向磁悬浮轴承相对位置的径向对比示意图；

图6为电磁铁A和电磁铁E进行校正时，转子、径向磁悬浮轴承和相应的位移传感器的轴向位置示意图；

图7为电磁铁A和电磁铁E进行校正时，径向磁悬浮轴承与转子、位移传感器与转子径向相对位置的对比示意图；

图8为电磁铁B和电磁铁F进行校正时，转子与径向磁悬浮轴承相对位置的径向对比示意图；

图9为电磁铁B和电磁铁F进行校正时，转子、径向磁悬浮轴承和相应的位移传感器的轴向位置示意图；

图10为电磁铁B和电磁铁F进行校正时，径向磁悬浮轴承与转子、位移传感器与转子径向相对位置的对比示意图；

图11为轴向磁悬浮轴承进行校正时，轴向磁悬浮轴承与配套位移传感器的轴向位置变化示意图；

图12为磁悬浮电机位移传感器自校准控制方法的流程图；

图13为磁悬浮列车底座与列车轨道的截面示意图；

图14为磁悬浮直线电机的截面结构示意图；

图15为磁悬浮列车位移传感器沿重力方向进行校正时，磁悬浮列车底座与列车轨道的相对位置变化示意图；

图16为常导式磁悬浮列车悬浮系统中位移传感器自校准控制方法的流程图。

1、磁极对，2、转子，3、位移传感器探头，4、轴向磁悬浮轴承，5、转子推力盘或轴肩，6、径向磁悬浮轴承，7、悬浮和牵引磁铁，8、长定子铁芯及绕组，9、钢反应轨，10、导向磁铁，11、支承轨道，12、辅助支承轮，13、磁悬浮列车底座，14、列车轨道，15、磁悬浮直线电机定子，16、磁悬浮直线电机动子。

具体实施方式

下面将以图示揭露本申请的若干个实施方式，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，构成本申请的一部分说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及说明是用来解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以互相结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求保护的范围之内。

实施例1

本实施例提供一种基于磁悬浮轴承的位移传感器的自校准控制方法，包括：

获取位移传感器输出的位移信号及磁悬浮系统的运行参数；

对获取的位移传感器输出的位移信号及磁悬浮系统的运行参数进行处理；

基于处理后的数据对磁悬浮系统进行设备自检，当设备自检合格时，则设备启动并运行；当设备自检存在异常时，则采用自校准算法对位移传感器进行自校准；需要说明的是，处理后的数据指的是上述经过处理后的位移传感器输出的位移信号及磁悬浮系统的运行参数；

所述自校准算法包括：增大磁悬浮轴承中能够产生x轴或y轴或z轴的正/负方向上作用力的电磁铁励磁电流，将磁悬浮轴承中能够产生其他方向作用力的电磁铁励磁电流减小为0；则悬浮对象在x轴或y轴或z轴的方向上的最大可移动范围内，标定位移传感器模块的输出值在区间[X,Y]内；在磁悬浮系统静态悬浮状态下，当悬浮对象悬浮在x轴或y轴或z轴上最大可移动范围中间时，标定位移传感器输出的位移信号值为（X+Y）/2；从而完成位移传感器自校准。具体的，可根据能够提供稳定输出的恒流源的电压大小来确定（X+Y）/2的大小，进而确定X及Y值。

具体的，针对单自由度磁悬浮电机中位移传感器自校准控制方法如图2所示，包括：设备自检，若自检合格，则设备启动并运行；

当存在异常时，则进行自校准，具体的为：总控制器暂停设备启动，向磁轴承控制模块输出算法切换信号，启动自校准算法；

磁轴承控制模块输出控制信号使电磁铁A励磁电流最大，电磁铁B励磁电流为0，标定位移传感器模块输出为x，并反馈到磁轴承控制模块；

磁轴承控制模块输出控制信号使电磁铁B励磁电流最大，电磁铁A励磁电流为0，标定位移传感器模块输出为y，并反馈到磁轴承控制模块；

磁轴承控制模块切换为原算法，并向总控制器输出自检信号；

总控制器收到自检信号后，重复上述步骤，直至设备正常启动。

其中电磁铁A和电磁铁B为设置在同一坐标轴上的电磁铁。同一坐标轴上的两个电磁铁共同控制一个自由度。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例提供一种基于磁悬浮轴承的位移传感器的自校准控制方法，具体的：

所述磁悬浮系统的运行参数包括以下一种或几种：磁悬浮系统静态悬浮时磁悬浮轴承的励磁电流、磁悬浮轴承的温度、磁悬浮系统的开机时间，以及磁悬浮系统运行过程中磁悬浮轴承的励磁电流。磁悬浮轴承的温度指的是磁悬浮轴承中励磁线圈所组成线包的温度。

实施例3

在实施例1的基础上，本实施例提供一种基于磁悬浮轴承的位移传感器的自校准控制方法，具体的：

当出现以下一种或几种情况时，则设备自检存在异常：

当磁悬浮系统静态悬浮时，磁悬浮轴承的励磁电流小于第一设定值，无法使得悬浮对象悬浮起来；

当磁悬浮系统静态悬浮时，磁悬浮轴承的温度与上一次启动时的磁悬浮轴承的温度的差值超过第二设定值；

当磁悬浮系统静态悬浮时，此次磁悬浮系统的开机时间与上次磁悬浮系统的开机时间的时间间隔大于第三设定值；

当磁悬浮系统上一次运行过程中，磁悬浮轴承的励磁电流超过第四设定值；

其他的磁悬浮设备可能存在的异常或故障。

上述第一设定值、第二设定值、第三设定值、第四设定值具体根据设备的型号、多次实验或运行的结果等来确定，不同的机型对应的设定值有所区别。其中，动态悬浮即悬浮对象能够稳定悬浮且系统或设备处于运动或运行的状态，静态悬浮即悬浮对象能够稳定悬浮但系统或设备处于静止或非运行的状态。

实施例4

在实施例1的基础上，本实施例提供一种基于磁悬浮轴承的位移传感器的自校准控制方法，具体的：

所述磁悬浮系统为回转型磁悬浮设备，在回转型磁悬浮设备中，以磁悬浮电机为例，电机的转子2作为悬浮对象；

回转型磁悬浮设备中设置有一组径向磁悬浮轴承6和一组轴向磁悬浮轴承4，一组径向磁悬浮轴承6套装在转子2的外部，轴向磁悬浮轴承4分别设置在转子推力盘或轴肩5的两侧；在三维空间坐标系下有六个自由度，分别为沿x轴、y轴、z轴平动与绕x轴、y轴、z轴转动，径向磁悬浮轴承6用于约束转子2沿径向x轴或y轴平移以及绕x轴或y轴转动，轴向磁悬浮轴承4用于约束转子2沿z轴向平移；此处一组径向磁悬浮轴承6和一组轴向磁悬浮轴承4的设置位置为本领域技术人员通常所采用的方式，此处不再赘述。

径向磁悬浮轴承6包括四个电磁铁，在x轴或y轴上分别设置相对设置两个电磁铁，差动控制同一坐标轴上的两个电磁铁，同一坐标轴上的两个电磁铁共同控制一个自由度；

具体的，径向磁悬浮轴承6中有八个磁极，共四个磁极对1，每一磁极对1作为一个电磁铁，即径向磁悬浮轴承6包括四个电磁铁，每个电磁铁控制一个方向；每个径向磁悬浮轴承6控制转子2的四个方向。

本实施例中，回转型磁悬浮设备中设置的一组轴向磁悬浮轴承4分别为轴向磁悬浮轴承I和轴向磁悬浮轴承J。在z轴上设置相对设置轴向磁悬浮轴承I和轴向磁悬浮轴承J，差动控制同一坐标轴上的两个轴向磁悬浮轴承I和J，轴向磁悬浮轴承I和J共同控制一个自由度。其中，轴向磁悬浮轴承I和轴向磁悬浮轴承J中均设置四个电磁铁，电磁铁用于产生在z轴正/负方向上的作用力。

径向磁悬浮轴承6与转子2、位移传感器与转子2径向相对位置如图3和4所示。径向磁悬浮轴承6中每一个磁极对1对应设置有一个位移传感器，位移传感器探头3与磁极对1分布方式一致，采用差动补偿法提高检测精度，降低温漂带来的影响。具体的，磁极对A、B、C、D对应的位移传感器为A、B、C、D。磁极对E、F、G、H对应的位移传感器为E、F、G、H。

在x轴和y轴上的两个位移传感器互为差动，在位移传感器模块上对应一个通道；具体的：具体的：

设置在同一坐标轴上的位移传感器A和位移传感器B互为差动，在位移传感器模块上对应一个通道；

设置在同一坐标轴上的位移传感器C和位移传感器D互为差动，在位移传感器模块上对应一个通道。

设置在同一坐标轴上的位移传感器E和位移传感器F互为差动，在位移传感器模块上对应一个通道；

设置在同一坐标轴上的位移传感器G和位移传感器H互为差动，在位移传感器模块上对应一个通道。

轴向磁悬浮轴承4设置两个位移传感器，差动控制两个位移传感器。具体的，在z轴方向上，轴向磁悬浮轴承4设置两个位移传感器，两个位移传感器在位移传感器模块上对应一个通道，一个位移传感器用来测试转子2的轴向位移，在图11中标识出；另一个不测试转子2的轴向位移，用来补偿温度带来的偏移，在图11中未标识出。

实施例5

在实施例4的基础上，本实施例提供一种基于磁悬浮轴承的位移传感器的自校准控制方法，具体的：

在磁悬浮系统为回转型磁悬浮设备的情况下，所述当设备自检存在异常时，则对位移传感器进行自校准，如图12所示，基于磁悬浮轴承的位移传感器的自校准控制方法，包括：

磁悬浮设备启动时，设备进行自检，

若磁悬浮轴承及传感器悬浮状态不存在异常，则设备启动并运行；

若磁悬浮轴承及传感器悬浮状态存在异常，总控制器暂停设备启动，向磁轴承控制模块输出算法切换信号，即启动为自校准算法；

具体的，径向磁悬浮轴承6配套位移传感器的自校准方式为：

磁悬浮设备启动时，设备进行自检，若磁悬浮轴承及传感器悬浮状态存在异常，总控制器向磁悬浮控制模块输出信号，磁轴承控制模块切换控制算法。

如图5所示，由磁悬浮控制器输出控制信号，同步增大磁极对A和磁极对E的励磁电流，同时将其他磁极对1的励磁电流降为0，磁极对A和磁极对E的电磁吸力同时向上，使转子2向上方移动直至y轴正方向上最大可移动范围的上边界。如图6和图7所示。此时悬浮对象靠近位移传感器探头A和E且无法继续移动，则调整位移传感器A、B和位移传感器E、F在模块上对应的数字电位器，使位移传感器模块在AB路和EF路输出电压值为X1。

如图8所示，而后由磁悬浮控制器输出控制信号，同步增大磁极对B和磁极对F的励磁电流，同时将其他磁极对1的励磁电流降为0，磁极对B和磁极对F的电磁吸力同时向下，使转子2向下方移动直至y轴负方向上最大可移动范围的下边界。如图9和图10所示。此时悬浮对象靠近位移传感器探头B和F且无法继续移动，则调整位移传感器A、B和位移传感器E、F在模块上对应的数字电位器，使位移传感器模块在AB路和EF路输出电压值为Y1。

从而判定转子2在y轴方向上的最大可移动范围内移动，位移传感器的输出电压值在区间[X1,Y1]内。当磁悬浮系统静态悬浮时，转子2悬浮在磁极对A、E与在磁极对B、F之间，位移传感器此时输出电压值为（X1+Y1）/2。其中位移传感器A、B位于y轴方向上，位移传感器E、F位于y轴方向上。

同理，进行x轴方向上位移传感器C、D和位移传感器G、H的自校准，得到转子2在x轴方向上的最大可移动范围内移动，位移传感器的输出电压值在区间[X2,Y2]内。当磁悬浮系统静态悬浮时，转子2悬浮在磁极对C、G与在磁极对D、H之间，位移传感器此时输出电压值为（X2+Y2）/2。

轴向磁悬浮轴承4配套位移传感器的自校准方式为：

如图11所示，轴向磁悬浮轴承I和轴向磁悬浮轴承J套装在转子推力盘或轴肩5的两侧，图11仅仅示意出转子2以及轴向磁悬浮轴承I和J的一个电磁铁。由磁悬浮控制器输出控制信号，增大轴向磁悬浮轴承J的励磁电流，同时将另一个轴向磁悬浮轴I的励磁电流降为0，轴向磁悬浮轴承J的电磁吸力向右，使转子2向右移动直至z轴正方向上最大可移动范围的右边界，此时悬浮对象靠近位移传感器探头3且无法继续移动，则调整两个位移传感器在模块上对应的数字电位器，使位移传感器模块在IJ路输出电压值为X3。

而后增大轴向磁悬浮轴承I的励磁电流，同时将轴向磁悬浮轴承J的励磁电流降为0，轴向磁悬浮轴承I的电磁吸力向左，使转子2向左移动直至z轴负方向上最大可移动范围的左边界，此时悬浮对象靠近位移传感器探头3且无法继续移动，则调整两个位移传感器在模块上对应的数字电位器，使位移传感器模块在IJ路输出电压值为Y3。

从而判定转子2沿轴向的最大可移动范围内移动，位移传感器模块的输出值在区间[X3,Y3]内。当磁悬浮系统静态悬浮下，当转子2在z轴方向上最大可移动范围中间时，则调整两个位移传感器在模块上对应的数字电位器，使位移传感器模块在IJ路输出电压值为（X3+Y3）/2。需要说明的是，当转子推力盘或轴肩5悬浮在轴向磁悬浮轴承I和J中间时，转子2位于z轴方向上最大可移动范围的中间位置。

实施例6

在实施例1的基础上，本实施例提供一种基于磁悬浮轴承的位移传感器的自校准控制方法，具体的：

所述磁悬浮系统为常导式磁悬浮列车悬浮系统，常导式磁悬浮列车悬浮系统中采用磁悬浮直线电机，如图13和图14所示，磁悬浮直线电机包括磁悬浮直线电机定子15和磁悬浮直线电机动子16。

如图13所示，所述常导式磁悬浮列车悬浮系统包括磁悬浮列车底座13和列车轨道14，

所述磁悬浮列车底座13上设置倒U型抱轨，在倒U型抱轨内侧，x轴方向上对称设置导向磁铁10，在y方向上设置悬浮和牵引磁铁7与辅助支承轮12；且辅助支承轮12位于U型抱轨内侧的顶部；

列车轨道14为T型，列车轨道14固定设于倒U型抱轨内；列车轨道14的顶部设置有支撑轨道，支撑轨道位于辅助支承轮12的下方；支撑轨道的下方设置有长定子铁芯及绕组8，并且长定子铁芯及绕组8位于悬浮和牵引磁铁7的上方；列车轨道14的两侧设置有钢反应轨9。

在悬浮和牵引磁铁7中通入励磁电流，磁悬浮列车底座13上的悬浮和牵引磁铁7与列车轨道14上长定子铁芯及绕组8之间产生电磁吸力抵消磁悬浮列车的重力。

如图14所示，相邻的悬浮和牵引磁铁7之间中设置有位移传感器，用于检测悬浮和牵引磁铁7与轨道上长定子铁芯及绕组8之间的距离；

相邻的导向磁铁10之间中设置有位移传感器，用于检测导向磁铁10与钢反应轨9之间的距离。

具体的，相邻的悬浮和牵引磁铁7之间中设置有两个位移传感器，一个位移传感器用来检测悬浮和牵引磁铁7与轨道上长定子铁芯及绕组8之间的距离；另一个位移传感器采用外壳将探头封装，用来补偿温度带来的偏移，两个位移传感器互为差动，在位移传感器模块上对应一个通道，实现对位移传感器的差动补偿。

同理，相邻的导向磁铁10之间中设置有两个位移传感器。

总控制器根据实际距离的电压信号与标准偏差量，通过磁轴承控制模块和功率放大模块调节电磁铁线圈中励磁电流的大小，以保持悬浮气隙（如10mm左右）。

磁悬浮列车上导向磁铁10对列车轨道14侧面的钢反应轨9产生侧向吸力，在导向磁铁10线圈之间同样装有位移传感器探头3，列车运行过程中发生位置偏移，则位移传感器探头3将检测到精确偏移量并经由采样模块和位移传感器模块转换为电压信号，通过磁轴承控制模块和功率放大模块调整励磁电流，使轨道始终处于列车的中心位置。

为保证控制精度，每组磁极均配有专门的位移传感器系统。

实施例7

在实施例6的基础上，本实施例提供一种基于磁悬浮轴承的位移传感器的自校准控制方法，具体的：

在磁悬浮系统为常导式磁悬浮列车悬浮系统的情况下，所述当设备自检存在异常时，则对位移传感器进行自校准。

如图16所示常导式磁悬浮列车悬浮系统的自校准过程，包括：

列车启动前，先进行自检；

若磁悬浮列车悬浮系统状态存在异常，则总控制器向磁悬浮控制模块输出信号，磁轴承控制模块进行切换算法，及采用自校正算法；

沿y轴方向上磁悬浮配套位移传感器的自校准，具体为：

如图15所示，由磁悬浮控制器输出控制信号，增大能够产生y轴方向作用力的悬浮和牵引磁铁7线圈中的励磁电流，悬浮和牵引磁铁7与长定子铁芯及绕组8之间的电磁吸力抵消磁悬浮列车自身的重力，磁悬浮列车向上移动，使悬浮和牵引磁铁7与长定子铁芯及绕组8接触，调整每个位移传感器探头3所在通道上对应的数字电位器，使位移传感器模块在列车上移时输出电压值为X4；

而后将悬浮和牵引磁铁7线圈中的励磁电流减小为0，列车受重力影响下移，列车上的辅助支撑轮与支承轨道11接触，调整每个位移传感器探头3所在通道上对应的数字电位器，使位移传感器模块在列车下移时输出电压值为Y4；

从而判定磁悬浮列车在y轴方向的最大可移动范围内移动，传感器的输出值在区间[X4,Y4]内。列车悬浮在轨道中间，位移传感器此时输出电压值为（X4+Y4）/2。其中y轴方向负方向为重力方向。

同理，x轴方向上磁悬浮配套位移传感器的自校准，具体为：

由磁悬浮控制器输出控制信号，增大能够产生x轴方向作用力的左侧导向磁铁10线圈中的励磁电流，并将右侧导向磁铁10线圈中的励磁电流调整为0；将使左侧导向磁铁10与钢反应轨9接触，调整每个位移传感器探头3所在通道上对应的数字电位器，使位移传感器模块在列车上移时输出电压值为X5。

而后增大能够产生x轴方向作用力的右侧导向磁铁10线圈中的励磁电流，并将左侧导向磁铁10线圈中的励磁电流调整为0；将使右侧导向磁铁10与钢反应轨9接触，调整每个位移传感器探头3所在通道上对应的数字电位器，使位移传感器模块在列车右移时输出电压值为Y5。

从而判定磁悬浮列车在x轴方向的最大可移动范围内移动，传感器的输出值在区间[X5,Y5]内。当磁悬浮系统静态悬浮时，磁悬浮列车悬浮在轨道中间，位移传感器此时输出位移信号为（X5+Y5）/2。

实施例8

本实施例提供基于磁悬浮轴承的位移传感器的自校准控制装置，包括：

采样模块，用于获取位移传感器输出的位移信号及磁悬浮系统的运行参数；

在本实施例中，如图1所示，采样模块包括位移传感器和温度传感器，本实施例中采用温度传感器采用型号为PT100的温度传感器。

传感器模块，用于对获取的位移传感器输出的位移信号及磁悬浮系统的运行参数进行处理；

在本实施例中，传感器模块包括温度传感器模块和位移传感器模块，温度传感器模块和位移传感器模块处理后的数据传输至总控制器中。

控制模块，用于基于处理后的数据对磁悬浮系统进行设备自检；当设备自检合格时，则设备启动并运行；当设备自检存在异常时，则进行算法切换，对位移传感器进行自校准；

自校准模块，用于运行自校准算法，即增大磁悬浮轴承中能够产生x轴或y轴或z轴的正/负方向上作用力的电磁铁励磁电流，将磁悬浮轴承中能够产生其他方向作用力的电磁铁励磁电流减小为0；则悬浮对象在x轴或y轴或z轴的方向上的最大可移动范围内，标定位移传感器模块的输出值在区间[X,Y]内；在磁悬浮系统静态悬浮状态下，当悬浮对象悬浮在x轴或y轴或z轴上最大可移动范围中间时，标定位移传感器输出的位移信号值为（X+Y）/2；从而完成位移传感器自校准。

在本实施例中，控制模块包括总控制器和磁轴承控制模块，当设备自检合格时，则总控制器向磁轴承控制模块输出设备运行信号，磁轴承控制模块输出信号经过功率放大器放大控制径向磁悬浮轴承6或轴向磁悬浮轴承4的励磁电流；

当设备自检存在异常时，总控制器暂停设备启动，向磁轴承控制模块输出算法切换信号，启动自校准模块进行自校准。当自校准完成后，磁轴承控制模块切换回原算法，并向总控制器输出自检信号，总控制器再次进行设备自检，重复上述步骤，直至自检合格。

上述内容，为本发明的几种实施案例，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。