2-4判定當(dāng)前接收的來自高速A/D轉(zhuǎn)換器2-3的信號 為線圈電流檢測信號ima的數(shù)字信號，在Usel的值保持為1直到發(fā)生變化的時(shí)間段A t( A t = Ts/4)內(nèi)，數(shù)字信號處理器2-4接收并儲存線圈電流檢測信號ima的數(shù)字信號為長度為M的向 量:ida= [ ima( 1 )，ima( 2)，ima( 3)，…ima(M)]，向量長度M由高速A/D轉(zhuǎn)換器2-3的采樣頻率Fs和 A t決定：
[0化9] M=Fs ? At
[0060]再定義時(shí)間向量：*3=[0，1化，2化一1化]，就可通過最小二乘法獲得線圈電流 檢測信號ima在時(shí)間段A t內(nèi)相對時(shí)間變化率的擬合值dima/化：
[0062]設(shè)線圈電流ia流過的線圈負(fù)載為線圈負(fù)載a,則已知dima/dt后，利用線圈負(fù)載a的 電壓平衡方程可求得改線圈負(fù)載的電感大?。?br>[0064] 式中Ua為線圈負(fù)載兩端的電壓值(令Vs為移相控制的開關(guān)功率放大器1的直流母線 電壓，則當(dāng)diMtX)時(shí)，有Ua = Vs,當(dāng)di/d<0時(shí)，有Ua = -Vs),瓦為向量ida的平均值，R為電磁軸 承本體4中線圈負(fù)載a的電阻值，La為線圈負(fù)載a的電感值。由于Vs和R為常值，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí) 就已確定。故若已知在及其變化率di/化，就可W通過上式求得線圈電感La。
[0065] 接著利用轉(zhuǎn)子氣隙與線圈電感的關(guān)系，得到線圈負(fù)載a處的轉(zhuǎn)子氣隙估計(jì)值ga:
[0067] 上式中，y〇為真空磁導(dǎo)率常數(shù)，N為線圈負(fù)載a的應(yīng)數(shù)，Ag為線圈負(fù)載a所在電磁軸承 磁極的鐵屯、等效截面積。
[0068] 已知轉(zhuǎn)子氣隙估計(jì)值ga，可W求得線圈負(fù)載a處的轉(zhuǎn)子位移估計(jì)值Xa:
[0069] Xa =阱 ￡i-ga
[0070] 式中g(shù)oa為線圈負(fù)載a處的轉(zhuǎn)子氣隙額定值。
[0071] 最后，可W通過離散比例積分微分(PID)控制等常用有傳感器主動電磁軸承控制 算法產(chǎn)生控制信號Uca,運(yùn)里W離散PID控制算法為例說明：
[0073]上式中，UcaO為控制信號Uca的初始值，Uca化)為第k個(gè)控制時(shí)刻的控制信號Uca的值， Xa化)為當(dāng)前控制時(shí)刻的轉(zhuǎn)子位移估計(jì)值Xa的值，Xa化-I)為第k-1個(gè)控制時(shí)刻的轉(zhuǎn)子位移估 計(jì)值Xa的值，KPa、Kla和KDa分別為標(biāo)準(zhǔn)PID控制算法中的比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)，為 保證系統(tǒng)穩(wěn)定，應(yīng)有虹3〉0，1(13〉0，時(shí)3〉0，虹3、1(13和時(shí)3的具體取值需使用常規(guī)？10控制算法的 參數(shù)整定方法并結(jié)合實(shí)驗(yàn)調(diào)試獲得。
[0074]類似上述過程，可W獲得線圈負(fù)載b處的轉(zhuǎn)子位移估計(jì)值Xb,線圈負(fù)載C處的轉(zhuǎn)子 位移估計(jì)值X。和線圈負(fù)載d處的轉(zhuǎn)子位移估計(jì)值Xd。其他屯路控制信號的計(jì)算公式如下：
[00劇式中Ucb化）、Ucc化）、Ucd化）、Uce化）、UcKk)、Ucg化)和Uch化)分別為第k個(gè)控制時(shí)刻的 枉制f曰虧Ucb、Ucc、Ucd、Uce、Ucf、Ucg和Uch的值，UcbO、UccO、UcdO、UceO、Ucf 0、UcgO和UchO分力[J為枉制f曰 號 Ucb、Ucc、Ucd、Uce、Ucf、Ucg和Uch的初始值，Xb化）、Xc化）、Xd化）、Xe化）、Xf化）、Xg化）和Xh化）為 第1^個(gè)控制時(shí)刻轉(zhuǎn)子位移估計(jì)值^、義。、義(1、私、站、相和》1的值，別化-1)、義?；?1)、義(1化-1)、又6 化-1)、xKk-l)、Xg(k-l)和Xh(k-l)為第k-1個(gè)控制時(shí)刻轉(zhuǎn)子位移估計(jì)值亂、義。、義(1、^、財(cái)、耐和 Xh的值，Kpb、Kpc和Kpd分別為標(biāo)準(zhǔn)PID控制算法中的比例系數(shù)，Kib、Kic和Kid分別為標(biāo)準(zhǔn)PID控 審隱法中的積分系數(shù)，KDbJDc和KDd分別為標(biāo)準(zhǔn)PID控制算法中的微分系數(shù)。
[008；3] 對數(shù)字信號處理器2-4生成的八路控制信號11。3、11。6、11。。、11。<1、11。6、11。:、山8和11心其中 控制信號Uca~Ucd通過D/A轉(zhuǎn)換器2-5進(jìn)行數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換后，發(fā)送給PWM移相控制的開關(guān)功率 放大器1，分別用于控制線圈電流ia~id的大小。控制信號Uce~Uch通過D/A轉(zhuǎn)換器2-5進(jìn)行數(shù) 字模擬轉(zhuǎn)換后，發(fā)送給開關(guān)功率放大器3,分別用于控制線圈電流ig~ih的大小。
[0084] 電磁軸承本體4包括四自由度徑向電磁軸承定子、轉(zhuǎn)子和基座等，其中定子包含定 子鐵屯、和八個(gè)線圈負(fù)載:線圈負(fù)載a、線圈負(fù)載b、線圈負(fù)載C、線圈負(fù)載d、線圈負(fù)載e、線圈負(fù) 載f、線圈負(fù)載g和線圈負(fù)載h。電磁軸承本體4接收來自PWM移相控制的開關(guān)功率放大器1輸 出的線圈電流ia~id,并將線圈電流分別通入線圈負(fù)載a~線圈負(fù)載d。電磁軸承本體4接收 來自開關(guān)功率放大器3輸出的線圈電流ie~ih，并將線圈電流分別通入線圈負(fù)載e~線圈負(fù) 載h。
[0085] 如圖2所示，為第一磁軸承6和第二磁軸承7在轉(zhuǎn)子5軸向上的空間位置關(guān)系，第一 磁軸承6和第二磁軸承7分別位于轉(zhuǎn)子的軸向兩端，提供對轉(zhuǎn)子5在四個(gè)自由度上的控制。
[0086] 如圖3所示，為第一磁軸承6的結(jié)構(gòu)示意圖。第一磁軸承6由磁極AY+、磁極AY-、磁極 AX+和磁極AX-組成，且各磁極均由磁極鐵屯、8和線圈負(fù)載9構(gòu)成。圖3中轉(zhuǎn)子上的坐標(biāo)軸yA和 xA分別表示垂直和水平方向的兩個(gè)轉(zhuǎn)子運(yùn)動自由度，坐標(biāo)軸中屯、轉(zhuǎn)子質(zhì)屯、重合。在坐標(biāo)軸 yA上，磁極AY+位于yA〉0-側(cè)且其中軸線位yA軸對齊，磁極AY-位于yA<0-側(cè)且其中軸線與 yA軸對齊。在坐標(biāo)軸xA上，磁極Ax+位于xA〉0-側(cè)且中軸線與xA軸對齊，磁極AX-位于xA<0- 側(cè)且其中軸線位與xA軸對齊。磁極AY+、磁極AY-、磁極AX+和磁極AX-中的線圈負(fù)載分別對應(yīng) 圖1中電磁軸承本體中的線圈負(fù)載a、線圈負(fù)載e、線圈負(fù)載f、線圈負(fù)載b。
[0087] 如圖4所示，第二磁軸承7由磁極BY+、磁極BY-、磁極BX+和磁極BX-組成，且均由磁 極鐵屯、8和線圈負(fù)載9構(gòu)成。圖4中轉(zhuǎn)子5上的坐標(biāo)軸yB和XB分別表示垂直和水平方向的兩個(gè) 轉(zhuǎn)子運(yùn)動自由度，坐標(biāo)軸中屯、與轉(zhuǎn)子質(zhì)屯、重合。在坐標(biāo)軸yB上，磁極BY+位于yB〉0-側(cè)且其 中軸線位與yB軸對齊，磁極BY-位于yB<0-側(cè)且其中軸線位與yB軸對齊。在坐標(biāo)軸XB上，磁 極Bx+位于xB〉0-側(cè)且中軸線與XB軸對齊，磁極BX-位于xB<0-側(cè)且其中軸線位與XB軸對 齊。磁極BY+、磁極BY-、磁極BX+和磁極BX-中的線圈負(fù)載分別對應(yīng)圖1中電磁軸承本體4中的 線圈負(fù)載C、線圈負(fù)載g、線圈負(fù)載h、線圈負(fù)載d。
[0088] 如圖5所示，為PWM移相控制的開關(guān)功率放大器1輸出的線圈電壓Ua~Ud和線圈電流 ia~id的波形示意圖和多路復(fù)選電路2-2選通信號Usel的時(shí)序示意圖。
[0089] 圖5中(a)為多路復(fù)選電路2-2接收的來自觸發(fā)與定時(shí)電路2-1的選通信號Usei的時(shí) 序示意圖，Usel=I表示僅允許線圈電流檢測信號ima經(jīng)過多路復(fù)選電路2-2傳輸?shù)礁咚貯/D轉(zhuǎn) 換器2-3,其他線圈電流檢測信號imb~imd不允許通過，依此類推。Wpwm信號Uga中一個(gè)檢測 周期的上升沿后的Ts/8為起始時(shí)刻，選通信號Usel在時(shí)序上表現(xiàn)為Usel = 1、2、1、2、3、4、3、4， 每個(gè)值持續(xù)Ts/4,并W2Ts為周期重復(fù)上述Usel的變化過程。
[0090] 圖5中（b)為PWM移相控制的開關(guān)功率放大器1通道a輸出的線圈電壓Ua、線圈電流ia 的波形示意圖。由于PWM移相控制的開關(guān)功率放大器1為兩電平電流型PWM開關(guān)功率放大器， PWM移相控制的開關(guān)功率放大器1輸出的線圈電壓Ua與PWM信號Uga的波形變化趨勢一致，即 當(dāng)Uga為高電平時(shí)，Ua = +Vs，當(dāng)Uga為低電平時(shí)，Ua = -Vs,故在圖（b)中不再畫出HVM信號Uga的 波形，而W線圈電壓Ua的波形等效代替。
[0091] 如圖5中（b)所示，PWM信號Uga是周期為Ts的方波信號，分為檢測周期和控制周期， 在檢測周期內(nèi)Uga的占空比為0.5,在控制周期內(nèi)Uga的占空比由來自電磁軸承轉(zhuǎn)子位移估計(jì) 及控制電路2的控制信號Uca和來自功放主電路1-2中電流傳感器輸出的線圈電流檢測信號 ima決定。線圈電流ia的波形如圖中標(biāo)示為虛線的=角波所示，ia的變化規(guī)律由PWM信號Uga決 定，當(dāng)Uga為高電平時(shí)，線圈電壓Ua為開關(guān)功率放大器的直流母線電壓Vs，線圈電流上升，當(dāng) Uga為低電平時(shí)，線圈電壓Ua為-Vs,線圈電流下降。高速A/D轉(zhuǎn)換器2-3對線圈電流ia的數(shù)據(jù)采 集發(fā)生在Uga的檢測周期內(nèi)，具體過程如下：在觸發(fā)與定時(shí)電路2