本发明公开了一种基于智能材料可控制轴系径向振动的主动磁轴承系统，涉及电磁技术领域，包括外壳、智能材料作动器、铁芯、励磁线圈、位置传感器、转子、振动传感器、信号采集模块、主动控制器、第一功率放大器、励磁控制器、第二功率放大器；智能材料位于壳体内部成径向分布，智能材料与铁芯直接相连，铁芯上绕有励磁线圈；位置传感器在铁芯和转子之间；主动控制器控制轴系径向振动和转子位置；第一功率放大器驱动智能材料作动器；第二功率放大器驱动励磁线圈；励磁控制器控制励磁电流。直接通过控制智能材料的位移输出控制转子的位置，控制方式简单可靠，结合振动传感器通过智能材料作动器可以有效控制轴系的径向振动，降低对基座的冲击。
1.一种基于智能材料可控制轴系径向振动的主动磁轴承系统，其特征在于，包括：外壳、智能材料作动器、铁芯、励磁线圈、位置传感器、转子、振动传感器、信号采集模块、主动控制器、第一功率放大器、励磁控制器、第二功率放大器；
所述智能材料作动器的智能材料位于壳体内部成径向分布，所述智能材料与所述铁芯直接相连，所述铁芯上绕有所述励磁线圈；所述位置传感器在所述铁芯和所述转子之间；所述智能材料作动器、所述铁芯、所述励磁线圈、所述转子、所述位置传感器设置在所述外壳内部；所述位置传感器和所述振动传感器分别连接到所述信号采集模块的输入，所述信号采集模块的输出分别与所述主动控制器和所述励磁控制器的输入连接，所述主动控制器的输出与所述第一功率放大器连接，所述第一功率放大器与所述智能材料作动器连接；所述励磁控制器的输出与所述第二功率放大器连接，所述第二功率放大器与所述励磁线圈连接；
2.根据权利要求1所述的基于智能材料可控制轴系径向振动的主动磁轴承系统，其特征在于，所述位置传感器和所述振动传感器的信号通过所述信号采集模块传递到所述主动控制器；所述主动控制器通过处理数据和运行预定算法输出控制信号至所述第一功率放大器；所述第一功率放大器根据所述主动控制器的输出驱动指定的智能材料运作；所述励磁控制器根据所述信号采集模块发送的位置信息通过所述第二功率放大器驱动所述励磁线圈。
3.根据权利要求2所述的基于智能材料可控制轴系径向振动的主动磁轴承系统，其特征在于，所述位置传感器、所述振动传感器、所述信号采集模块、所述主动控制器、所述第一功率放大器、所述智能材料作动器构成一个实时的闭环转子位置和轴系径向振动控制系统。
4.根据权利要求2所述的基于智能材料可控制轴系径向振动的主动磁轴承系统，其特征在于，所述位置传感器、所述振动传感器、所述信号采集模块、所述励磁控制器、所述第二功率放大器和所述励磁线圈共同构成闭环的转子位置控制系统。
5.根据权利要求1至4任一所述的基于智能材料可控制轴系径向振动的主动磁轴承系统，其特征在于，所述智能材料包括压电堆材料、磁致伸缩材料中的至少一种。
一种基于智能材料可控制轴系径向振动的主动磁轴承系统
技术领域
[0001] 本发明涉及电磁技术领域，尤其是一种基于智能材料可控制轴系径向振动的主动磁轴承系统。
背景技术
[0002] 磁轴承具有无摩擦、无磨损、无需润滑的特点，转子可以高速旋转，其转速只受转子材料强度的限制，功耗和噪声极低，能适用于多种复杂的应用环境。磁轴承的另一个突出优点是转子运行状态可以由控制系统实时检测，可以在线评估不平衡大小并能对不平衡进行主动控制，从而使转子系统的控制达到很高的精度。
[0003] 目前磁轴承难以大规模工程应用的原因是由于气隙、磁滞等原因测存在使结构具有局部非线性，增加控制难度，难以实现精确的位置控制。另外，对海军舰艇而言，轴系的径向振动会激励壳体，导致壳体振动并产生辐射声，暴露自身位置降低隐身性能。
发明内容
[0004] 本发明针对上述问题及技术需求，提出了一种基于智能材料可控制轴系径向振动的主动磁轴承系统。
[0005] 本发明的技术方案如下：
[0006] 一种基于智能材料可控制轴系径向振动的主动磁轴承系统，包括：外壳、智能材料作动器、铁芯、励磁线圈、位置传感器、转子、振动传感器、信号采集模块、主动控制器、第一功率放大器、励磁控制器、第二功率放大器；
[0007] 所述智能材料作动器的智能材料位于壳体内部成径向分布，所述智能材料与所述铁芯直接相连，所述铁芯上绕有所述励磁线圈；所述位置传感器在所述铁芯和所述转子之间；所述智能材料作动器、所述铁芯、所述励磁线圈、所述转子、所述位置传感器设置在所述外壳内部；所述位置传感器和所述振动传感器分别连接到所述信号采集模块的输入，所述信号采集模块的输出分别与所述主动控制器和所述励磁控制器的输入连接，所述主动控制器的输出与所述第一功率放大器连接，所述第一功率放大器与所述智能材料作动器连接；所述励磁控制器的输出与所述第二功率放大器连接，所述第二功率放大器与所述励磁线圈连接；
[0008] 所述主动控制器用于控制轴系径向振动和转子位置；
[0009] 所述第一功率放大器用于驱动所述智能材料作动器；
[0010] 所述第二功率放大器用于驱动所述励磁线圈；
[0011] 所述励磁控制器用于控制励磁电流。
[0012] 其进一步的技术方案为：所述位置传感器和所述振动传感器的信号通过所述信号采集模块传递到所述主动控制器；所述主动控制器通过处理数据和运行预定算法输出控制信号至所述第一功率放大器；所述第一功率放大器根据所述主动控制器的输出驱动指定的智能材料运作；所述励磁控制器根据所述信号采集模块发送的位置信息通过所述第二功率放大器驱动所述励磁线圈。
[0013] 其进一步的技术方案为：所述位置传感器、所述振动传感器、所述信号采集模块、所述主动控制器、所述第一功率放大器、所述智能材料作动器构成一个实时的闭环转子位置和轴系径向振动控制系统。
[0014] 其进一步的技术方案为：所述位置传感器、所述振动传感器、所述信号采集模块、所述励磁控制器、所述第二功率放大器和所述励磁线圈共同构成闭环的转子位置控制系统。
[0015] 其进一步的技术方案为：所述智能材料包括压电堆材料、磁致伸缩材料中的至少一种。
[0016] 本发明的有益技术效果是：
[0017] 将磁轴承的位置控制和轴系的径向振动控制融为一体，通过直接控制智能材料的位移输出提高转子的位置控制精度；避免直接通过调整励磁电流对转子的位置进行调整，简化磁轴承的位置控制难度；另外，借助振动传感器可对轴系的径向振动进行控制，降低轴系振动对基座的激励。
附图说明
[0018] 图1是本发明一个实施例提供的基于智能材料可控制轴系径向振动的主动磁轴承系统的示意图。
具体实施方式
[0019] 下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
[0020] 针对现有技术存在的不足，本发明基于磁悬浮和振动主动控制方法，利用智能材料改进磁轴承的位置控制方法、改善位置控制精度，同时控制轴系的径向振动。图1是本发明一个实施例提供的基于智能材料可控制轴系径向振动的主动磁轴承系统的示意图，如图1所示，该系统可以包括：外壳1、智能材料作动器2、铁芯3、励磁线圈4、位置传感器5、转子6、振动传感器7、信号采集模块8、主动控制器9、第一功率放大器10、励磁控制器11、第二功率放大器12。
[0021] 智能材料作动器2的智能材料位于壳体内部成径向分布，智能材料与铁芯3直接相连，铁芯3上绕有励磁线圈4。
[0022] 可选的，智能材料包括压电堆材料、磁致伸缩材料等材料中的至少一种。
[0023] 位置传感器5在铁芯3和转子6之间；智能材料作动器2、铁芯3、励磁线圈4、转子6、位置传感器5设置在外壳1内部；位置传感器5和振动传感器7分别连接到信号采集模块8的输入，信号采集模块8的输出分别与主动控制器9和励磁控制器11的输入连接，主动控制器9的输出与第一功率放大器10连接，第一功率放大器10与智能材料作动器2连接；励磁控制器11的输出与第二功率放大器12连接，第二功率放大器12与励磁线圈4连接。
[0024] 主动控制器9用于控制轴系径向振动和转子位置。
[0025] 第一功率放大器10用于驱动智能材料作动器2。
[0026] 第二功率放大器12用于驱动励磁线圈4。
[0027] 励磁控制器11用于控制励磁电流。
[0028] 位置传感器5和振动传感器7的信号通过信号采集模块8传递到主动控制器9；主动控制器9通过处理数据和运行预定算法输出控制信号至第一功率放大器10；第一功率放大器10根据主动控制器9的输出驱动指定的智能材料运作；励磁控制器11根据信号采集模块8发送的位置信息通过第二功率放大器12驱动励磁线圈4。
[0029] 位置传感器5、振动传感器7、信号采集模块8、主动控制器9、第一功率放大器10、智能材料作动器2构成一个实时的闭环转子位置和轴系径向振动控制系统。
[0030] 可以通过直接控制智能材料的位移输出控制转子的位置，不需要通过控制励磁电流控制转子的位置，控制方式简单可靠。
[0031] 位置传感器5、振动传感器7、信号采集模块8、励磁控制器11、第二功率放大器12和励磁线圈4共同构成闭环的转子位置控制系统。该系统一般在系统启动稳定后起监测作用，在前一个控制系统失效或转子位移超过智能材料的有效输出位移时作用。
[0032] 结合振动传感器7通过智能材料作动器2可以有效控制轴系的径向振动，降低对基座的冲击，对舰艇而言可以有效降低桨-轴振动对壳体的冲击，削弱壳体声辐射，提高隐身性能。
[0033] 可选的，励磁电流一般保持恒定，无需根据位置信息进行更改，仅在振动控制系统失效或位置改变超过智能材料的有效输出位移范围时进行调整。
[0034] 可选的，智能材料、铁芯3以及励磁线圈4可以根据振动控制算法成熟度以及位置控制精度要求进行设计，一组励磁线圈与永磁体可以控制一个方向的振动，两组垂直的励磁线圈与永磁体采用矢量控制原理即可控制圆周平面内任意方向的振动，在相应方向增加励磁线圈和永磁体，也可控制对应方向的振动。
[0035] 本发明实施例将磁轴承的位置控制和轴系的径向振动控制融为一体，简化系统与结构，提高系统的集成度和工程实用性，两个控制系统相互独立运行，互为冗余，保障系统的安全稳定可靠运行。
[0036] 以上所述的仅是本发明的优先实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。
