專利名稱：撓性轉子系統(tǒng)電磁軸承的神經(jīng)網(wǎng)絡控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及撓性轉子系統(tǒng)電磁軸承的神經(jīng)網(wǎng)絡控制裝置。
電磁軸承是利用電磁力使轉子在懸浮狀態(tài)下實現(xiàn)非接觸式超高速轉動的軸承系統(tǒng)，而電磁軸承的控制是實現(xiàn)轉子懸浮超高速轉動的關鍵。在轉動過程中，由于轉子存在X、Y、Z三個方向共五個自由度的振動，基于振動分析技術的開環(huán)設計式的控制方法根本無法奏效。而基于軟件方式的自適應控制、學習控制等方法，由于計算機硬件、軟件條件的限制，其控制的實時性很差，無法得到令人滿意的效果。因此，超高速轉子系統(tǒng)電磁軸承的實時控制，是一直都沒有得到解決的問題。
本發(fā)明的目的是提供一種由具有并行信號處理功能的數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡高速調節(jié)器構成的電磁軸承的實時控制裝置，能夠在轉子轉動一周內(nèi)施加若干次控制作用來抑制轉子的振動，從而解決超高速轉子系統(tǒng)電磁軸承的實時控制。
本發(fā)明所采用的技術方案是在撓性轉子系統(tǒng)的轉軸A端X和Y兩個方向分別安裝能檢測A端X、Y方向位移偏差的渦流傳感器a、b，在轉軸B端X和Y兩個方向分別安裝能檢測B端X和Y方向位移偏差的渦流傳感器c、d，在轉軸上安裝能隨轉軸轉動的一個圓盤，相對于圓盤端面安裝能檢測轉軸在Z方向位移偏差的渦流傳感器e，每個傳感器a、b、c、d、e其檢測信號分別送至與之相連的信號放大AAX、AAY、ABX、ABY、AZ，進行放大，放大后的信號分別為V1AX、V1AY、V1BX、V1BY、V1Z，送入各自的數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡高速調節(jié)器CAX、CAY、CBX、CBY、CZ的壓頻轉換器VFC1，經(jīng)控制律運算后，由其數(shù)模轉換器DAC輸出控制信號V3AX、V3AY、V3BX、V3BY、V3Z，經(jīng)電壓/電流轉換和電流放大器IAX、IAY、IBX、IBY、IZ進行功率放大后，加在轉軸A、B兩端電磁軸承X方向定子繞組FAX、FBX，Y方向定子繞組FAY、FBY，A、B兩端的電磁軸承Z方向定子繞組FZ上，分別組成五個獨立的反饋控制回路，在各自的數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡高速控制器的壓頻轉換器VFC2上，分別所加的代表設定值的信號其值為零。
本發(fā)明與背景技術相比，具有的有益的效果是由于在撓性轉子系統(tǒng)的轉軸A、B兩端的X、Y兩個方向、轉軸Z方向分別采用渦流傳感器、信號放大器、數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡高速調節(jié)器、電流放大器和電磁軸承構成X、Y、Z三個方向共五個自由度的反饋控制回路，實現(xiàn)了電磁軸承的實時控制，由于數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡高速調節(jié)器可在微秒級實現(xiàn)控制律的運算，故能實時有效地消除轉子轉動過程中產(chǎn)生的振動位移，使轉子系統(tǒng)達到高速穩(wěn)定的轉動。
下面結合附圖，通過對實施例的描述給出本發(fā)明的細節(jié)。


圖1本發(fā)明的結構框圖;
圖2轉子電磁軸承系統(tǒng)結構示意圖;
圖3信號放大器的線路圖;
圖4電流放大器的線路圖;
圖5數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡高速調節(jié)器上增加的滯后補償線路框圖;
圖6本發(fā)明的另一種參數(shù)自整定優(yōu)化控制結構框圖;
如圖1、圖2所示，撓性轉子系統(tǒng)為R，轉子1的轉軸3兩端分別稱為A端和B端，在轉軸3左右端利用電磁軸承的定子和線圈繞組11、12、5、6產(chǎn)生的電磁力將轉子1懸浮起來的轉子系統(tǒng)，同時在轉軸3左右端面利用電磁軸承的定子和線圈13、14、7、8產(chǎn)生的電磁力來確定轉子在Z方向的位置，電磁軸承支架10裝在底板9上。在轉軸3的A、B端分別裝有檢測X、Y方向的位移偏差的渦流傳感器a、b、c、d，用來檢測轉軸3的A、B端在X、Y方向的位移偏差，在轉軸3上裝有定位圓盤4，在圓盤4側面相對于圓盤裝有渦流傳感器e，用來檢測轉軸3的Z方向的位移偏差。渦流傳感器a、b、c、d、e其檢測信號分別送至與之相連的信號放大器AAX、AAY、ABX、ABY、AZ進行放大，放大后的信號分別為V1AX、V1AY、V1BX、V1BY、V1Z，送入各自的數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡高速調節(jié)器CAX、CAY、CBX、CBY、CZ的壓頻轉換器VFC1，經(jīng)控制律運算后，由其數(shù)模轉換器DAC輸出控制信號V3AX、V3AY、V3BX、V3BY、V3Z，又經(jīng)電壓/電流轉換和功率放大后，加在轉軸3的A、B兩端的電磁軸承X方向繞組12和5的FAX和FBX上，Y方向繞組12和5的FAY和FBY上，Z方向繞組14和7的FZ上，分別組成五個獨立的反饋控制回路，圖2中2為測速齒輪，在數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡高速調節(jié)器的壓頻轉換器VFC2上，分別所加的代表設定值信號的V2AX、V2AY、V2BX、V2BY、V2Z其值為零。
以上的數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡高速調節(jié)器CAX、CAY、CBX、CBY、CZ可采用正如申請人已申請發(fā)明專利的“數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡高速比例、積分、微分調節(jié)器”，申請日為1994年9月10日，申請?zhí)枮?4108684.4;或“數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡高速不完全微分比例、積分、微分調節(jié)器”，申請日為1994年9月10日，申請?zhí)枮?4108685.2。
由于轉子系統(tǒng)轉軸的振動位移是在X、Y和Z三個方向同時存在的，它在任一時刻的位移都是在X、Y、Z方向位移的矢量合成，故其任一時刻的振動位移都可分解為X方向位移、Y方向位移和Z方向的位移。現(xiàn)以X方向(即A端或B端的X方向)的控制回路為例由渦流傳感器a(或c)測得轉軸在X方向的位移信號后，如圖3所示，經(jīng)由LM741C構成的信號放大器AAX(或ABX)放大后，可獲得X方向的位移信號V1AX(或V1BX)，該信號送往數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡高速調節(jié)器CAX(或CBX)的壓頻轉換器VFC1，而數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡高速調節(jié)器的另一輸入端，即設定值輸入端此處則應設定V2AX(或V2BX)為零，經(jīng)調節(jié)器控制律運算后，送入模數(shù)轉換器DAC輸出為控制作用電壓信號V3AX(或V3BX)。電壓信號V3AX(或V3BX)送如圖4所示的電壓/電流轉換和電流放大器IAX(或IBX)進行功率放大，首先V3AX(或V3BX)經(jīng)由雙重運算放大器RC4558和三極管2SC945構成的電壓/電流轉換電路轉換為電流信號，然后經(jīng)由2SC2333、2S2336A和四只2SD555構成的達林頓式逐級放大電路進行功率放大，經(jīng)過功率放大的電流加在電磁軸承的X方向定子繞組上，這樣就構成了X方向的反饋控制回路。在這樣一個回路中，當渦流傳感器檢測到位移偏差不為零時(設轉子正常轉動的設定位置對應渦流傳感器的輸出為零)，該信號經(jīng)放大、控制律運算并輸出、產(chǎn)生控制作用并經(jīng)功率放大后由電磁軸承定子線圈產(chǎn)生電磁力來消除這個位移偏差，其他Y方向及Z方向的反饋控制回路類同。
考慮到數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡高速調節(jié)器輸出控制電壓信號、經(jīng)放大等過程轉換為電磁作用力，會產(chǎn)生一定的時滯效應，故需對所采用的數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡高速調節(jié)器進行滯后補償，如圖5所示，在數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡高速調節(jié)器CAX、CAY、CBX、CBY、CZ中的數(shù)據(jù)鎖定器SS1的輸出端信號，一路經(jīng)數(shù)據(jù)鎖定器SSa送減法器JF，另一路直接送減法器JF，減法器JF輸出送乘法器CF、加法器A，與數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡高速調節(jié)器中的數(shù)據(jù)鎖定器SS3連接，與乘法器CF另一輸入端相連的是數(shù)據(jù)鎖定器SSb，SSb中存的是系數(shù)kb，與加法器A另一輸入端相連的是數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡高速調節(jié)器的減法器JF1，即利用位移偏差的微分進行補償，取本周期與上周期位移偏差對應的脈沖個數(shù)之差，該差乘以一個系數(shù)kb后加到數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡高速調節(jié)器的位移檢測值與設定值所對應的脈沖個數(shù)之差上。
為了進一保證轉子在外界干擾下仍能快速回復平穩(wěn)，本發(fā)明又在五個反饋控制回路上增加一個以8098為核心的微處理機系統(tǒng)，它的輸入信號是V1AX、V1AY、V1BX、V1BY、V1Z、V3AX、V3AY、V3BX、V3BY、V3Z，在微處理機中固化有用匯編語言編寫的程序，用于優(yōu)化各調節(jié)器的比例、積分、微分參數(shù)，并輸出下載到五個調節(jié)器上。
本發(fā)明采用的壓頻轉換器為AD650，模數(shù)轉換器為DAC-08H，數(shù)據(jù)鎖定器為SN74LS75，加法器為SN74LS283，乘法器為16×16位乘法器，減法器由加法器和原反碼選擇器SN74H87組成。
權利要求
1.一種撓性轉子系統(tǒng)電磁軸承的神經(jīng)網(wǎng)絡控制裝置，其特征是在撓性轉子系統(tǒng)[R]的轉軸[3]A端X和Y兩個方向分別安裝能檢測A端X和Y兩個方向位移偏差的渦流傳感器[a]、[b]，在轉軸[3]B端X和Y兩個方向分別安裝能檢測B端X和Y兩個方向位移偏差的渦流傳感器[c]、[d]，在轉軸[3]上安裝能隨轉軸轉動的一個圓盤[4]，相對于圓盤[4]端面安裝能檢測轉軸[3]在Z方向位移偏差的渦流傳感器[e]，每個傳感器[a]、[b]、[c]、[d]、[e]其檢測信號分別送至與之相連的信號放大器AAX、AAY、ABX、ABY、AZ進行放大，放大后的信號分別為V1AX、V1AY、V1BX、V1BY、V1Z，送入各自的數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡高速調節(jié)器CAX、CAY、CBX、CBY、CZ的壓頻轉換器VFC1，經(jīng)控制律運算后，由其數(shù)模轉換器DAC輸出控制信號V3AX、V3AY、V3BX、V3BY、V3Z，經(jīng)電壓/電流轉換和電流放大器IAX、IAY、IBX、IBY、IZ進行功率放大后，加在轉軸A、B兩端電磁軸承X方向定子繞組FAX、FBX，Y方向定子繞組FAY、FBY，A、B兩端面的電磁軸承Z方向定子繞組FZ上，分別組成五個獨立的反饋控制回路，在各自的數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡高速調節(jié)器CAX、CAY、CBX、CBY、CZ的壓頻轉換器VFC2上，分別所加的代表設定值的信號V2AX、V2AY、V2BX、V2BY、V2Z，其值為零。
2.根據(jù)權利要求1所述的撓性轉子系統(tǒng)電磁軸承的神經(jīng)網(wǎng)絡控制裝置，其特征是分別在數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡高速調節(jié)器CAX、CAY、CBX、CBY、CZ中的數(shù)據(jù)鎖定器SS1的輸出端信號，一路經(jīng)數(shù)據(jù)鎖定器SSa送減法器JF，另一路送減法器JF，減法器JF輸出送乘法器CF、加法器A，與數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡高速調節(jié)器中的數(shù)據(jù)鎖定器SS3連接，與乘法器CF另一端輸入端相連的是數(shù)據(jù)鎖定器SSb，與加法器A另一輸入端相連的是數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡高速調節(jié)器的減法器JF1。
3.根據(jù)權利要求1所述的撓性轉子系統(tǒng)電磁軸承的神經(jīng)網(wǎng)絡控制裝置，其特征是在五個反饋控制回路上，增加一個8098微處理機系統(tǒng)，它的輸入信號是V1AX、V1AY、V1BX、V1BY、V1Z;V3AX、V3AY、V3BX、V3BY、V3Z，它的輸出信號分別是五個數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡高速調節(jié)器的比例積分微分參數(shù)。
全文摘要
一種撓性轉子系統(tǒng)電磁軸承的神經(jīng)網(wǎng)絡控制裝置，是在撓性轉子系統(tǒng)的轉軸A、B兩端的X和Y兩個方向，轉軸的Z方向分別采用渦流傳感器、信號放大器、數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡高速調節(jié)器、電流放大器和電磁軸承構成X、Y、Z三個方向共五個自由度的反饋回路，實現(xiàn)電磁軸承的實時控制，由于數(shù)字式神經(jīng)網(wǎng)絡高速調節(jié)器可在微秒級實現(xiàn)控制律的運算，故能實時有效地消除轉子轉動過程中產(chǎn)生的振動位移，使轉子系統(tǒng)達到高速穩(wěn)定的轉動。
文檔編號G05B5/01GK1106939SQ94118600
公開日1995年8月16日 申請日期1994年12月9日 優(yōu)先權日1994年12月9日
發(fā)明者鮑立威 申請人:浙江大學