磁悬浮系统的控制方法、装置、磁悬浮系统和存储介质与流程

1.本发明属于磁悬浮技术领域，具体涉及一种磁悬浮系统的控制方法、装置、磁悬浮系统和存储介质，尤其涉及一种磁悬浮轴承系统的轴向控制方法、装置、磁悬浮系统和存储介质。


背景技术：

2.磁悬浮系统已广泛应用于制冷领域，随着用户制冷要求的提高，磁悬浮系统的运行可靠性变得尤为重要。在磁悬浮系统中，要实现轴向稳定悬浮，需要磁轴承控制器给轴向磁轴承线圈通入控制电流，进而产生轴向力，控制止推盘，使转子轴向稳定悬浮。由于磁悬浮系统大多采用双级叶轮压缩冷媒(以叶轮单端悬挂为例)，会出现轴向大负载力的情况，即运行于较恶劣工况下时，压缩后气体会产生较大的轴向力，对转子轴向稳定性产生影响；同时，也会出现转子伸长的情况，即随着转速升高，涡流效应愈加明显，转子存在因发热而伸长的情况，由此发生运行中止推盘跟随转子一起后移的情况出现；此外，还会出现止推盘松脱移位的情况，即由于装配工艺等原因，运行过程中，存在止推盘松脱导致移位的情况。
3.由于磁悬浮系统为闭环负反馈控制，出现以上三种情况(轴向大负载力、转子伸长、止推盘松脱移位)时，为使转子轴向稳定悬浮于参考位置，止推盘两侧轴向轴承必然提供不均衡的电磁力，其结果必然使其中一侧轴向轴承线圈产生大电流。
4.上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于，提供一种磁悬浮系统的控制方法、装置、磁悬浮系统和存储介质，以解决在磁悬浮系统运行过程中，会因轴向大负载力、转子发热伸长、止推盘松动移位等问题，导致止推盘两侧轴向轴承的轴向力不均衡的问题，达到通过对轴向轴承的控制进行位移补偿，可有效避免磁悬浮系统运行过程中止推盘两侧轴向轴承的轴向力不平衡的效果。
6.本发明提供一种磁悬浮系统的控制方法中，所述磁悬浮系统，包括：轴向轴承组；所述轴向轴承组，包括：第一轴向轴承和第二轴向轴承；所述磁悬浮系统，还包括：止推盘；所述止推盘，位于所述第一轴向轴承与所述第二轴向轴承之间；所述磁悬浮系统的控制方法，包括：确定所述磁悬浮系统在当前工况下的轴向工作电流的允许最大波动电流平均值；在所述磁悬浮系统在当前工况下运行的情况下，获取所述第一轴向轴承的线圈电流和所述第二轴向轴承的线圈电流；将所述第一轴向轴承的线圈电流记为第一电流，并将所述第二轴向轴承的线圈电流记为第二电流；确定所述第一电流与所述第二电流的差值，并将所述第一电流与所述第二电流的差值记为所述第一轴向轴承和所述第二轴向轴承的工作电流差值；根据所述工作电流差值与所述允许最大波动电流平均值、以及所述第一电流与所述第二电流，对所述止推盘两侧的所述第一轴向轴承与所述第二轴向轴承的轴向力进行平衡
控制。
7.在一些实施方式中，确定所述磁悬浮系统在当前工况下的轴向工作电流的允许最大波动电流平均值，包括：根据设定工况与设定轴向电流工作参数之间的对应关系，将该对应关系中与所述当前工况相同的设定工况所对应的设定轴向电流工作参数，确定为与所述当前工况对应的当前轴向电流工作参数；所述设定轴向电流工作参数与所述当前轴向电流工作参数中的轴向电流工作参数，包括：轴向工作电流最大值、轴向工作电流最小值；根据所述当前轴向电流工作参数中轴向工作电流最大值、轴向工作电流最小值，确定在所述当前工况下的轴向工作电流的允许最大波动电流平均值。
8.在一些实施方式中，获取所述第一轴向轴承的线圈电流和所述第二轴向轴承的线圈电流，包括：按设定时间间隔，获取一组所述轴向轴承组的线圈电流；一组所述轴向轴承组的线圈电流，包括：所述第一轴向轴承的线圈电流和所述第二轴向轴承的线圈电流。
9.在一些实施方式中，根据所述工作电流差值与所述允许最大波动电流平均值、以及所述第一电流与所述第二电流，对所述止推盘两侧的所述第一轴向轴承与所述第二轴向轴承的轴向力进行平衡控制，包括：对所述第一电流和所述第二电流的获取次数进行计数，得到当前计数次数；在所述当前计数次数达到设定值的情况下，将所述当前计数次数确定为基准计数次数；结合所述工作电流差值与所述允许最大波动电流平均值之间的大小关系，或者结合所述工作电流差值与所述允许最大波动电流平均值之间的大小关系、以及所述第一电流与所述第二电流之间的大小关系，对所述基准计数次数进行更新，得到更新计数次数；根据所述更新计数次数，确定所述止推盘两侧所述轴向轴承组的轴向力是否平衡，以确定所述磁悬浮系统中转子的轴向运行状态是否正常；若所述转子的轴向运行状态正常，则继续根据所述轴向参考位置，控制所述转子继续运行；若所述转子的轴向运行状态出现异常，则对所述转子的轴向参考位置进行补偿，得到补偿轴向参考位置；并根据所述补偿轴向参考位置，控制所述转子继续运行。
10.在一些实施方式中，结合所述工作电流差值与所述允许最大波动电流平均值之间的大小关系，或者结合所述工作电流差值与所述允许最大波动电流平均值之间的大小关系、以及所述第一电流与所述第二电流之间的大小关系，对所述基准计数次数进行更新，得到更新计数次数，包括：若所述工作电流差值的绝对值大于所述允许最大波动电流平均值的绝对值、且所述第一电流大于所述第二电流，则对所述基准计数次数加1，得到所述更新计数次数；若所述工作电流差值的绝对值大于所述允许最大波动电流平均值的绝对值、且所述第一电流小于所述第二电流，则对所述基准计数次减1，得到所述更新计数次数；若所述工作电流差值的绝对值小于所述允许最大波动电流平均值的绝对值，则将所述基准计数次作为所述更新计数次数。
11.在一些实施方式中，根据所述更新计数次数，确定所述止推盘两侧所述轴向轴承组的轴向力是否平衡，以确定所述磁悬浮系统中转子的轴向运行状态是否正常，包括：在所述工作电流差值的绝对值大于所述允许最大波动电流平均值的绝对值、且所述第一电流大于所述第二电流的情况下，若所述更新计数次数大于或等于第一设定计数值，则确定所述轴向轴承组的轴向存在向后负载力或所述止推盘发生后移，即确定所述磁悬浮系统中转子的轴向运行状态出现异常；第一设定计数值，大于所述设定值；在所述工作电流差值的绝对值大于所述允许最大波动电流平均值的绝对值、且所述第一电流小于所述第二电流的情况
下，若所述更新计数次数小于或等于第二设定计数值，则确定所述止推盘发生前移，即确定所述磁悬浮系统中转子的轴向运行状态出现异常；第二设定计数值，小于所述设定值；在所述工作电流差值的绝对值小于所述允许最大波动电流平均值的绝对值的情况下，若所述更新计数次数大于第二设定计数值、且小于第一设定计数值，则确定所述磁悬浮系统中转子的轴向运行状态正常。
12.在一些实施方式中，对所述转子的轴向参考位置进行补偿，包括：确定所述轴向轴承组的轴向电流变化量平均值；将所述轴向轴承组的电流刚度系数与位移刚度系数的比值、所述轴向轴承组的轴向电流变化量平均值、以及设定方向系数的乘积，确定为所述转子的轴向补偿位移；将所述轴向参考位置与所述轴向补偿位移之和，确定为所述转子的补偿轴向参考位置。
13.与上述方法相匹配，本发明另一方面提供一种磁悬浮系统的控制装置中，所述磁悬浮系统，包括：轴向轴承组；所述轴向轴承组，包括：第一轴向轴承和第二轴向轴承；所述磁悬浮系统，还包括：止推盘；所述止推盘，位于所述第一轴向轴承与所述第二轴向轴承之间；所述磁悬浮系统的控制装置，包括：获取单元和控制单元；其中，所述控制单元，被配置为确定所述磁悬浮系统在当前工况下的轴向工作电流的允许最大波动电流平均值；所述获取单元，被配置为在所述磁悬浮系统在当前工况下运行的情况下，获取所述第一轴向轴承的线圈电流和所述第二轴向轴承的线圈电流；将所述第一轴向轴承的线圈电流记为第一电流，并将所述第二轴向轴承的线圈电流记为第二电流；所述控制单元，还被配置为确定所述第一电流与所述第二电流的差值，并将所述第一电流与所述第二电流的差值记为所述第一轴向轴承和所述第二轴向轴承的工作电流差值；所述控制单元，还被配置为根据所述工作电流差值与所述允许最大波动电流平均值、以及所述第一电流与所述第二电流，对所述止推盘两侧的所述第一轴向轴承与所述第二轴向轴承的轴向力进行平衡控制。
14.在一些实施方式中，所述控制单元，确定所述磁悬浮系统在当前工况下的轴向工作电流的允许最大波动电流平均值，包括：根据设定工况与设定轴向电流工作参数之间的对应关系，将该对应关系中与所述当前工况相同的设定工况所对应的设定轴向电流工作参数，确定为与所述当前工况对应的当前轴向电流工作参数；所述设定轴向电流工作参数与所述当前轴向电流工作参数中的轴向电流工作参数，包括：轴向工作电流最大值、轴向工作电流最小值；根据所述当前轴向电流工作参数中轴向工作电流最大值、轴向工作电流最小值，确定在所述当前工况下的轴向工作电流的允许最大波动电流平均值。
15.在一些实施方式中，所述获取单元，获取所述第一轴向轴承的线圈电流和所述第二轴向轴承的线圈电流，包括：按设定时间间隔，获取一组所述轴向轴承组的线圈电流；一组所述轴向轴承组的线圈电流，包括：所述第一轴向轴承的线圈电流和所述第二轴向轴承的线圈电流。
16.在一些实施方式中，所述控制单元，根据所述工作电流差值与所述允许最大波动电流平均值、以及所述第一电流与所述第二电流，对所述止推盘两侧的所述第一轴向轴承与所述第二轴向轴承的轴向力进行平衡控制，包括：对所述第一电流和所述第二电流的获取次数进行计数，得到当前计数次数；在所述当前计数次数达到设定值的情况下，将所述当前计数次数确定为基准计数次数；结合所述工作电流差值与所述允许最大波动电流平均值之间的大小关系，或者结合所述工作电流差值与所述允许最大波动电流平均值之间的大小
关系、以及所述第一电流与所述第二电流之间的大小关系，对所述基准计数次数进行更新，得到更新计数次数；根据所述更新计数次数，确定所述止推盘两侧所述轴向轴承组的轴向力是否平衡，以确定所述磁悬浮系统中转子的轴向运行状态是否正常；若所述转子的轴向运行状态正常，则继续根据所述轴向参考位置，控制所述转子继续运行；若所述转子的轴向运行状态出现异常，则对所述转子的轴向参考位置进行补偿，得到补偿轴向参考位置；并根据所述补偿轴向参考位置，控制所述转子继续运行。
17.在一些实施方式中，所述控制单元，结合所述工作电流差值与所述允许最大波动电流平均值之间的大小关系，或者结合所述工作电流差值与所述允许最大波动电流平均值之间的大小关系、以及所述第一电流与所述第二电流之间的大小关系，对所述基准计数次数进行更新，得到更新计数次数，包括：若所述工作电流差值的绝对值大于所述允许最大波动电流平均值的绝对值、且所述第一电流大于所述第二电流，则对所述基准计数次数加1，得到所述更新计数次数；若所述工作电流差值的绝对值大于所述允许最大波动电流平均值的绝对值、且所述第一电流小于所述第二电流，则对所述基准计数次减1，得到所述更新计数次数；若所述工作电流差值的绝对值小于所述允许最大波动电流平均值的绝对值，则将所述基准计数次作为所述更新计数次数。
18.在一些实施方式中，所述控制单元，根据所述更新计数次数，确定所述止推盘两侧所述轴向轴承组的轴向力是否平衡，以确定所述磁悬浮系统中转子的轴向运行状态是否正常，包括：在所述工作电流差值的绝对值大于所述允许最大波动电流平均值的绝对值、且所述第一电流大于所述第二电流的情况下，若所述更新计数次数大于或等于第一设定计数值，则确定所述轴向轴承组的轴向存在向后负载力或所述止推盘发生后移，即确定所述磁悬浮系统中转子的轴向运行状态出现异常；第一设定计数值，大于所述设定值；在所述工作电流差值的绝对值大于所述允许最大波动电流平均值的绝对值、且所述第一电流小于所述第二电流的情况下，若所述更新计数次数小于或等于第二设定计数值，则确定所述止推盘发生前移，即确定所述磁悬浮系统中转子的轴向运行状态出现异常；第二设定计数值，小于所述设定值；在所述工作电流差值的绝对值小于所述允许最大波动电流平均值的绝对值的情况下，若所述更新计数次数大于第二设定计数值、且小于第一设定计数值，则确定所述磁悬浮系统中转子的轴向运行状态正常。
19.在一些实施方式中，所述控制单元，对所述转子的轴向参考位置进行补偿，包括：确定所述轴向轴承组的轴向电流变化量平均值；将所述轴向轴承组的电流刚度系数与位移刚度系数的比值、所述轴向轴承组的轴向电流变化量平均值、以及设定方向系数的乘积，确定为所述转子的轴向补偿位移；将所述轴向参考位置与所述轴向补偿位移之和，确定为所述转子的补偿轴向参考位置。
20.与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种磁悬浮系统，包括：以上所述的磁悬浮系统的控制装置。
21.与上述方法相匹配，本发明再一方面提供一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行以上所述的磁悬浮系统的控制方法。
22.由此，本发明的方案，通过在磁悬浮系统的运行过程中，按设定时间间隔对轴向轴承线圈电流进行采样，获取轴向轴承线圈的电流偏差，进而通过轴向轴承线圈的电流偏差
获取需补偿的轴向位移，从而对轴向轴承的控制进行位移补偿，从而，通过对轴向轴承的控制进行位移补偿，可有效避免磁悬浮系统运行过程中止推盘两侧轴向轴承的轴向力不平衡。
23.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
24.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
25.图1为本发明的磁悬浮系统的控制方法的一实施例的流程示意图；
26.图2为本发明的方法中确定所述磁悬浮系统在当前工况下的轴向工作电流的允许最大波动电流平均值的一实施例的流程示意图；
27.图3为本发明的方法中对所述止推盘两侧的所述第一轴向轴承与所述第二轴向轴承的轴向力进行平衡控制的一实施例的流程示意图；
28.图4为本发明的方法中对所述转子的轴向参考位置进行补偿的一实施例的流程示意图；
29.图5为本发明的磁悬浮系统的控制装置的一实施例的结构示意图；
30.图6为磁悬浮转子系统的结构示意图；
31.图7为转子止推盘的轴向受力示意图；
32.图8为电磁力f与线圈电流i之间的关系曲线示意图；
33.图9为止推盘的移位的结构示意图，其中，a)为转子正常运行情况下止推盘的位置示意图，b)为转子发热伸长情况下止推盘的位置示意图，c)为止推盘松动移位的位置示意图；
34.图10为止推盘移位的识别逻辑框图；
35.图11为轴向位移的控制环路示意图。
36.结合附图，本发明实施例中附图标记如下：
37.102-获取单元；104-控制单元。
具体实施方式
38.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
39.考虑到，在磁悬浮系统运行过程中，会因轴向大负载力、转子发热伸长、止推盘松动移位等问题，导致止推盘两侧轴向轴承的轴向力不均衡的问题。另外，也考虑到，如果止推盘两侧轴向轴承的轴向力不均衡，那么，受轴向轴承自身材料、结构参数等影响，轴向轴承线圈电流存在线性工作区和非线性工作区，当轴向轴承线圈电流处于非线性区，对由于材料等原因会导致轴向轴承线圈电流饱和，进而限制轴向轴承的电磁力，影响轴向轴承控制器实际控制效果，同时，磁悬浮系统无法运行于较极端工况，限制磁悬浮系统运行的工况范围；还有，长时间大电流运行，会影响轴向轴承线圈的可靠性，甚至出现轴向轴承线圈烧
毁的严重后果。本发明的方案，提出一种磁悬浮系统的控制方案，尤其是一种磁悬浮轴承系统的轴向控制方案。
40.根据本发明的实施例，提供了一种磁悬浮系统的控制方法，如图1所示本发明的方法的一实施例的流程示意图。所述磁悬浮系统，包括：轴向轴承组。所述轴向轴承组，包括：第一轴向轴承和第二轴向轴承，第一轴向轴承如轴向轴承1，第二轴向轴承如轴向轴承2。所述磁悬浮系统，还包括：止推盘。所述止推盘，位于所述第一轴向轴承与所述第二轴向轴承之间。
41.图6为磁悬浮转子系统的结构示意图。如图6所示，在磁悬浮转子系统中，阻油套、止推盘均套装在转子上，与转子为一体，保护石墨作为磁悬浮轴向轴承保护的一种方案，当轴向轴承位移波动较大导致止推盘撞击轴向轴承时，可以起保护作用。当然，也可以使用滚珠轴承替代保护石墨。
42.图7为转子止推盘的轴向受力示意图。如图7所示，在磁悬浮系统运行过程中，两侧轴向轴承线圈电流iz1、iz2通过对止推盘产生电磁力f(如电磁力f1、电磁力f2)，使转子轴向稳定悬浮于参考位置。采用位移传感器，将转子位置变化值转化为电压值，与控制器一起实现位置闭环控制。
43.图8为电磁力f与线圈电流i之间的关系曲线示意图。在图8所示的例子中，a为线性工作区，对应的电流a、b分别为最小工作电流i
工作min
、最大工作电流i
工作max
，对应的电磁力c、d分别为最小电磁力f
工作min
、最大电磁力f
工作max
。当电流增大并进入b饱和区，最大电流n称为最大饱和电流i
饱
，对应的电磁力m为最大饱和电磁力f
饱
。即，在图8所示的例子中，a为最小工作电流i
工作min
，b为最大工作电流i
工作max
，c为最小工作电流对应的最小电磁力f
工作min
，d为最大工作电流对应的最大电磁力f
工作max
，n为最大饱和电流i
饱
，m为最大饱和电流对应的最大饱和电磁力f
饱
。
44.图9为止推盘的移位的结构示意图，其中，a)为转子正常运行情况下止推盘的位置示意图，b)为转子发热伸长情况下止推盘的位置示意图，c)为止推盘松动移位的位置示意图。图9中a)为图6的简化结构示意图。
45.在图9中a)所示的例子中，轴向位移传感器与阻油套之间距离为轴向参考位置p_ref(＝采样电压/传感器灵敏度)，此时位置p为转子悬浮于轴向参考位置p_ref时止推盘所处位置，此时止推盘距离轴向轴承1、轴向轴承2的距离分别为m1、m2，m1 m2为止推盘在轴向前后可移动最大距离。当止推盘紧贴轴向轴承1时，对应的转子轴向位置最小值p_azmin，此时轴向轴承1线圈电流处于最小值、电磁力处于最小值，对应图8中的a点附近。并且，轴向轴承2线圈电流处于最大值、电磁力处于最大值，对应图8中b点附近。当止推盘紧贴轴向轴承2，对应转子位置最大值p_azmax，此时轴向轴承1与轴向轴承2的电流、电磁力正好与上一种情况(即止推盘紧贴轴向轴承1的情况)相反。其中，转子轴向位置，即在运行过程中，通过位移传感器实时检测获得到的转子轴向位置。
46.当出现轴向负载力时，如图9中a)中箭头方向所示，为使转子轴向悬浮于参考位置p_ref，轴向轴承1线圈电流iz1增大、轴向轴承2线圈电流iz2减小。并且，轴向负载力越大，轴向轴承1线圈电流iz1增大、轴向轴承2线圈电流iz2减小的得越明显，甚至会超出线性工作区a，增大或减小至非线性工作区，即电流饱和或电流过小。
47.如图9中b)所示，为转子发热伸长示意图，由于轴向参考位置p_ref不变，转子向后
伸长，为避免止推盘移动至与轴向轴承2紧贴，同样由于磁悬浮控制系统的负反馈控制，轴向轴承1线圈电流iz1增大、轴向轴承2线圈电流iz2减小，且轴随着转子发热伸长量的增大，轴向轴承1线圈电流iz1增大、轴向轴承2线圈电流iz2减小得越明显，直到增大至最大饱和电流或减小至最小电流。
48.如图9中c)所示，为止推盘松动移位示意图，与上述同理，止推盘后移时，轴向轴承1线圈电流iz1增大、轴向轴承2线圈电流iz2减小。止推盘前移时，轴向轴承1线圈电流iz1减小、轴向轴承2线圈电流iz2增大。
49.所述磁悬浮系统的控制方法，包括：步骤s110至步骤s140。
50.在步骤s110处，在所述磁悬浮系统运行的情况下，确定所述磁悬浮系统在当前工况下的轴向工作电流的允许最大波动电流平均值。例如：所述磁悬浮系统在当前工况下的轴向工作电流的允许最大波动电流平均值，为如允许的工作电流最大波动的平均值
51.在一些实施方式中，结合图2所示本发明的方法中确定所述磁悬浮系统在当前工况下的轴向工作电流的允许最大波动电流平均值的一实施例流程示意图，进一步说明步骤s110中确定所述磁悬浮系统在当前工况下的轴向工作电流的允许最大波动电流平均值的具体过程，包括：步骤s210和步骤s220。
52.步骤s210，根据设定工况与设定轴向电流工作参数之间的对应关系，将该对应关系中与所述当前工况相同的设定工况所对应的设定轴向电流工作参数，确定为与所述当前工况对应的当前轴向电流工作参数。所述设定轴向电流工作参数与所述当前轴向电流工作参数中的轴向电流工作参数，包括：轴向工作电流最大值、轴向工作电流最小值。
53.步骤s220，根据所述当前轴向电流工作参数中轴向工作电流最大值、轴向工作电流最小值，确定在所述当前工况下的轴向工作电流的允许最大波动电流平均值。
54.图10为止推盘移位的识别逻辑框图。在图10中，i
工作max
为正常工作最大电流，i
工作min
为正常工作最小电流，为正常工作时允许的电流最大波动的平均值。i
z1i
、i
z2i
为第i组轴向电流，0＜i＜＝100，δii＝i
z1i-i
z2i
为第i组轴向电流差值(或称为波动值)。m为计数器的技术基准，为100。如图10所示，磁悬浮系统中磁悬浮轴承轴向控制方法，包括：
55.步骤1、轴向轴承线圈工作电流i与轴向参考位置p_ref、磁悬浮系统运行工况有较大关系，其中，轴向参考位置p_ref为磁悬浮系统预设值。通过大量实验数据，可获取不同运行工况(即不同应用场合、不同运行状态等)、不同轴向参考位置p_ref对应的轴向工作电流最大值i
工作max
、轴向工作电流最小值i
工作min
，以及允许的工作电流最大波动的平均值并存入磁轴承控制器的eeprom中。
56.其中，不同运行工况，如：离心式磁悬浮冷水机组运行工况，为iplv(综合部分负荷系数)25％、iplv50％、iplv75％、iplv100％等的磁悬浮空气压缩机测试用工况等。
57.步骤2、当磁悬浮系统正常运行于某一工况下时，从磁轴承控制器的eeprom中读取与该工况对应的轴向工作电流最小值i
工作min
、轴向工作电流最大值i
工作max
、允许的工作电流最大波动的平均值
58.在步骤s120处，在所述磁悬浮系统在当前工况下运行的情况下，获取所述第一轴
向轴承的线圈电流和所述第二轴向轴承的线圈电流。将所述第一轴向轴承的线圈电流记为第一电流，并将所述第二轴向轴承的线圈电流记为第二电流。例如：所述第一轴向轴承的线圈电流记为第一电流为轴向轴承1线圈电流iz1，所述第一轴向轴承的线圈电流记为第二电流为轴向轴承2线圈电流iz2。
59.在一些实施方式中，步骤s120中获取所述第一轴向轴承的线圈电流和所述第二轴向轴承的线圈电流，包括：按设定时间间隔，获取一组所述轴向轴承组的线圈电流。一组所述轴向轴承组的线圈电流，包括：所述第一轴向轴承的线圈电流和所述第二轴向轴承的线圈电流。
60.如图10所示，磁悬浮系统中磁悬浮轴承轴向控制方法，还包括：在步骤2中，磁轴承控制器每隔设定时间如每隔5min自动获取100组轴向轴承线圈电流iz1、iz2，即100组的轴向轴承1线圈电流iz1、轴向轴承2线圈电流iz2，并分别计算每组工作电流差值δii＝i
z1i-i
z2i
，i表示组数，且i为小于或等于100的正整数。其中，i
z1i
、i
z2i
分别表示第一轴向轴承、第二轴向轴承的第i组轴向电流。
61.例如：以100为基数，方便软件编程逻辑中，向上计数大于150次时，判定轴向存在向后负载力或止推盘后移；向下计数小于50次时，判定止推盘前移；计数值大于50小于150时，判定在正常运行中。
62.在步骤s130处，确定所述第一电流与所述第二电流的差值，并将所述第一电流与所述第二电流的差值记为所述第一轴向轴承和所述第二轴向轴承的工作电流差值。例如：所述第一轴向轴承和所述第二轴向轴承的工作电流差值，为工作电流差值δi
z1z2
＝i
z1-i
z2
。
63.在步骤s140处，根据所述工作电流差值与所述允许最大波动电流平均值、以及所述第一电流与所述第二电流，对所述止推盘两侧的所述第一轴向轴承与所述第二轴向轴承的轴向力进行平衡控制。
64.本发明的方案提出的一种磁悬浮系统的控制方案，具体是一种磁悬浮轴承轴向位置补偿控制方案，通过获取运行中轴向轴承线圈的电流偏差，并通过电流偏差获取需补偿的轴向位移，从而对轴向轴承的控制进行位移补偿，可有效避免磁悬浮系统运行过程中止推盘两侧轴向轴承的轴向力不平衡，进而保证轴向轴承线圈电流始终工作在线性区范围，扩大磁悬浮系统运行的工况范围，提高磁悬浮系统轴向运行的稳定性，同时提高轴向轴承线圈的工作可靠性。
65.在一些实施方式中，步骤s140中根据所述工作电流差值与所述允许最大波动电流平均值、以及所述第一电流与所述第二电流，对所述止推盘两侧的所述第一轴向轴承与所述第二轴向轴承的轴向力进行平衡控制的具体过程，参见以下示例性说明。
66.下面结合图3所示本发明的方法中对所述止推盘两侧的所述第一轴向轴承与所述第二轴向轴承的轴向力进行平衡控制的一实施例流程示意图，进一步说明步骤s140中对所述止推盘两侧的所述第一轴向轴承与所述第二轴向轴承的轴向力进行平衡控制的具体过程，包括：步骤s310至步骤s350。
67.步骤s310，对所述第一电流和所述第二电流的获取次数进行计数，得到当前计数次数。一个计数次数下，获取一组所述轴向轴承组的线圈电流。在所述当前计数次数达到设定值的情况下，将所述当前计数次数确定为基准计数次数。例如：基准计数次数m＝100。
68.步骤s320，结合所述工作电流差值与所述允许最大波动电流平均值之间的大小关
系，或者结合所述工作电流差值与所述允许最大波动电流平均值之间的大小关系、以及所述第一电流与所述第二电流之间的大小关系，对所述基准计数次数进行更新，得到更新计数次数。
69.在一些实施方式中，步骤s320中结合所述工作电流差值与所述允许最大波动电流平均值之间的大小关系，或者结合所述工作电流差值与所述允许最大波动电流平均值之间的大小关系、以及所述第一电流与所述第二电流之间的大小关系，对所述基准计数次数进行更新，得到更新计数次数，包括以下三种更新情况：
70.第一种更新情况：若所述工作电流差值的绝对值大于所述允许最大波动电流平均值的绝对值、且所述第一电流大于所述第二电流，则对所述基准计数次数加1，得到所述更新计数次数。
71.第二种更新情况：若所述工作电流差值的绝对值大于所述允许最大波动电流平均值的绝对值、且所述第一电流小于所述第二电流，则对所述基准计数次减1，得到所述更新计数次数。
72.第三种更新情况：若所述工作电流差值的绝对值小于所述允许最大波动电流平均值的绝对值，则将所述基准计数次作为所述更新计数次数。
73.步骤s330，根据所述更新计数次数，确定所述止推盘两侧所述轴向轴承组的轴向力是否平衡，以确定所述磁悬浮系统中转子的轴向运行状态是否正常。
74.在一些实施方式中，步骤s330中根据所述更新计数次数，确定所述止推盘两侧所述轴向轴承组的轴向力是否平衡，以确定所述磁悬浮系统中转子的轴向运行状态是否正常，包括以下三种确定情况：
75.第一种确定情况：在所述工作电流差值的绝对值大于所述允许最大波动电流平均值的绝对值、且所述第一电流大于所述第二电流的情况下，若所述更新计数次数大于或等于第一设定计数值，则确定所述轴向轴承组的轴向存在向后负载力或所述止推盘发生后移，即确定所述磁悬浮系统中转子的轴向运行状态出现异常。第一设定计数值，大于所述设定值。
76.第二种确定情况：在所述工作电流差值的绝对值大于所述允许最大波动电流平均值的绝对值、且所述第一电流小于所述第二电流的情况下，若所述更新计数次数小于或等于第二设定计数值，则确定所述止推盘发生前移，即确定所述磁悬浮系统中转子的轴向运行状态出现异常。第二设定计数值，小于所述设定值。
77.第三种确定情况：在所述工作电流差值的绝对值小于所述允许最大波动电流平均值的绝对值的情况下，若所述更新计数次数大于第二设定计数值、且小于第一设定计数值，则确定所述磁悬浮系统中转子的轴向运行状态正常。
78.如图10所示，磁悬浮系统中磁悬浮轴承轴向控制方法，还包括：在步骤2中，计数器以设定基准次数如100为基准值开始向上、向下计数，i
z1i
表示第一轴向轴承的第i组轴向电流，i
z2i
表示第二轴向轴承的第i组轴向电流。下面分几种情况，对磁悬浮轴承轴向控制情况进行示例性说明。
79.情况一：当第i组工作电流差值的绝对值|δii|，大于允许的最大波动电流值(即工作电流最大波动的平均值的绝对值)时，即且iz1i＞iz2i时，计数器的计数次数加1，得到计数器的累加次数值。当计数器的累加次数值大于或等于150次时，此时判定转子轴向存在向后的负载力，或转子止推盘出现后移(转子伸长结果同样为止推盘后移)。否则，当计数器的累加次数值小于150次时，判定转子正常，设定时间如5min后重新进行判断。
80.情况二：当第i工作电流差值的绝对值|δii|，大于允许的最大波动电流值(即工作电流最大波动的平均值的绝对值)时，即且iz1i＜iz2i时，计数器的计数次数减1，当计数器的累加次数值小于或等于50次时，此时判定转子止推盘前移(本发明的方案所述磁悬浮系统结构不存在转子向前伸长或存在向前的轴向力的情况)。否则，当计数器的累加次数值大于50次时，判定转子正常，设定时间如5min后重新进行判断。
81.情况三：当第i工作电流差值的绝对值|δii|，小于允许的最大波动电流值(即工作电流最大波动的平均值的绝对值)时，即时，计数器的计数次数不加也不减，得到计数器的累加次数值。当计数器的累加次数值大于50、且小于150时，此时判定转子轴向正常运行，设定时间如5min后重新进行判断。
82.当然，以上三种情况判定完毕后，均需恢复计数器为初始值100。
83.步骤s340，若所述转子的轴向运行状态正常，则继续根据所述轴向参考位置，控制所述转子继续运行。
84.步骤s350，若所述转子的轴向运行状态出现异常，则对所述转子的轴向参考位置进行补偿，得到补偿轴向参考位置；并根据所述补偿轴向参考位置，控制所述转子继续运行。
85.如图10所示，磁悬浮系统中磁悬浮轴承轴向控制方法，还包括：步骤3、当出现上述情况一或情况二时，需对转子的轴向参考位置p_ref进行补偿，以获取补偿后的轴向参考位置p_ref'，用于轴向闭环控制。
86.本发明的方案，在磁悬浮系统的运行过程中，通过间隔一定时间对轴向轴承线圈电流iz1、iz2进行实时采样，并获取采样电流的偏差，通过对比偏差与设定值之间的差异获取转子轴向运行状态，当转子轴向运行状态不佳时，通过电流偏差可获得需补偿的轴向位移，从而对轴向位置实现补偿，进而提高轴向运行稳定性、可靠性。这样，解决了在磁悬浮系统运行过程中，会因因轴向大负载力、转子发热伸长、止推盘松动移位等问题，导致止推盘两侧轴向轴承的轴向力不均衡的问题，有利于扩大磁悬浮系统运行工况范围，进而解决了因止推盘两侧轴向轴承的轴向力不均衡导致的轴向线圈电流工作于非线性区的问题，有利于提高轴向轴承运行稳定性，有利于提高轴向轴承线圈运行可靠性。
87.其中，转子轴向运行状态的具体情况，如：情况一：存在向后负载力或止推盘后移，情况二：止推盘前移，情况三：转子在正常运行。
88.在一些实施方式中，结合图4所示本发明的方法中对所述转子的轴向参考位置进行补偿的一实施例流程示意图，进一步说明步骤s350中对所述转子的轴向参考位置进行补偿的具体过程，包括：步骤s410至步骤s430。
89.步骤s410，确定所述轴向轴承组的轴向电流变化量平均值。所述轴向轴承组的轴
向电流变化量平均值，即为轴向轴承组正常运行时允许的轴向电流最大变化量的平均值。
90.步骤s420，将所述轴向轴承组的电流刚度系数与位移刚度系数的比值、所述轴向轴承组的轴向电流变化量平均值、以及设定方向系数的乘积，确定为所述转子的轴向补偿位移。
91.步骤s430，将所述轴向参考位置与所述轴向补偿位移之和，确定为所述转子的补偿轴向参考位置。
92.如图10所示，磁悬浮系统中磁悬浮轴承轴向控制方法，还包括：结合步骤3，对补偿方法进行具体说明。
93.当转子轴向稳定悬浮时，轴向轴承电磁力存在如下关系：
94.f1＝f2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)。
95.其中，公式(1)中，f1、f2分别为轴向轴承1的电磁力、轴向轴承2的电磁力。
96.由电磁力线性化公式f＝ki*i-k
x
*x，可得如下关系：
97.ki*iz
1-k
x
*x1＝ki*iz
2-k
x
*x2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)。
98.其中，公式(2)中，iz1、x1为轴向z1方向的电流、位移，iz2、x2为轴向z2方向的电流、位移，ki为电流刚度系数，k
x
为位移刚度系数。
99.那么，电流变化量δi与位移变化量δx，存在如下关系：
[0100][0101]
其中，为电流刚度系数、为位移刚度系数，均为已知定值；μ0为空气磁导率，是常数；n为线圈匝数；a为电磁铁截面。
[0102]
图11为轴向位移的控制环路示意图。如图11所示，补偿前轴向参考位置p_ref，经轴向参考位置补偿后，得到补偿后的轴向参考位置p_ref'。补偿后的轴向参考位置p_ref'输入第一比较器的同相输入端，位置环中位置传感器输出的采样位置输入第一比较器的反相输入端，第一比较器的输出端经位置控制器后，输出至第二比较器的同相输入端。电流环中电流反馈参数输入至第二比较器的反相输入端，第二比较器的输出端经电流控制器和功率放大器后，输出电流值电磁铁。其中，位置传感器反馈转子当前位置。电流反馈参数，是自功率放大器的输出端反馈的。
[0103]
图10所示的控制逻辑及以下补偿算法，为图11中轴向参考位置补偿的部分。依据公式(3)，在判定为上述情况一和情况二时，通过下述公式(4)中对原轴向参考位置p_ref进行补偿，得到补偿后的轴向参考位置p_ref'，并在此轴向参考位置p_ref的基础上，进行位置环控制。
[0104]
p_ref'＝p_ref δ
[0105][0106]
其中，a为方向补偿系数，δ为补偿位移，当iz1＞iz2，即上述情况一，a＝-1。当iz1
＜iz2，即上述情况二，a＝1。
[0107]
具体地，当出现图10所示情况中的情况一和情况二时，使用公式(4)对轴向参考位置p_ref进行补偿，下面进行示例性说明。
[0108]
当出现情况一，即轴向存在向后的负载力或止推盘后移，此时轴向电流存在关系iz1＞iz2，则经过公式(4)补偿后的轴向实际参考位置变为p_ref'，即补偿后的轴向参考位置p_ref'相对原轴向参考位置p_ref变小，即补偿后的轴向参考位置p_ref'再通过位置环控制便可使转子轴向浮在靠近轴向靠前的位置。
[0109]
其中，即，当出现情况一时，a＝-1，将a＝-1带入公式(4)。
[0110]
当出现情况二，即轴向存在止推盘前移，此时轴向电流存在关系iz1＜iz2，则经过公式(4)补偿后的轴向实际参考位置变为即补偿后的轴向参考位置p_ref'相对原轴向参考位置p_ref变大，即补偿后的轴向参考位置p_ref'再通过位置环控制便可使转子轴向浮在靠近轴向靠后的位置。即，当出现情况二时，a＝1，将a＝1带入公式(4)。
[0111]
本发明的方案，同样适用于双端悬挂式磁悬浮系统，此种结构中，通常存在由后向前的轴向负载力，此种情况同上述具体实施方法中的情况二相同，可与该控制方案一致处理。
[0112]
采用本实施例的技术方案，通过在磁悬浮系统的运行过程中，按设定时间间隔对轴向轴承线圈电流进行采样，获取轴向轴承线圈的电流偏差，进而通过轴向轴承线圈的电流偏差获取需补偿的轴向位移，从而对轴向轴承的控制进行位移补偿，从而，通过对轴向轴承的控制进行位移补偿，可有效避免磁悬浮系统运行过程中止推盘两侧轴向轴承的轴向力不平衡。
[0113]
根据本发明的实施例，还提供了对应于磁悬浮系统的控制方法的一种磁悬浮系统的控制装置。参见图5所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。所述磁悬浮系统，包括：轴向轴承组。所述轴向轴承组，包括：第一轴向轴承和第二轴向轴承，第一轴向轴承如轴向轴承1，第二轴向轴承如轴向轴承2。所述磁悬浮系统，还包括：止推盘。所述止推盘，位于所述第一轴向轴承与所述第二轴向轴承之间。
[0114]
图6为磁悬浮转子系统的结构示意图。如图6所示，在磁悬浮转子系统中，阻油套、止推盘均套装在转子上，与转子为一体，保护石墨作为磁悬浮轴向轴承保护的一种方案，当轴向轴承位移波动较大导致止推盘撞击轴向轴承时，可以起保护作用。当然，也可以使用滚珠轴承替代保护石墨。
[0115]
图7为转子止推盘的轴向受力示意图。如图7所示，在磁悬浮系统运行过程中，两侧轴向轴承线圈电流iz1、iz2通过对止推盘产生电磁力f(如电磁力f1、电磁力f2)，使转子轴向稳定悬浮于参考位置。采用位移传感器，将转子位置变化值转化为电压值，与控制器一起实现位置闭环控制。
[0116]
图8为电磁力f与线圈电流i之间的关系曲线示意图。在图8所示的例子中，a为线性
工作区，对应的电流a、b分别为最小工作电流i
工作min
、最大工作电流i
工作max
，对应的电磁力c、d分别为最小电磁力f
工作min
、最大电磁力f
工作max
。当电流增大并进入b饱和区，最大电流n称为最大饱和电流i
饱
，对应的电磁力m为最大饱和电磁力f
饱
。即，在图8所示的例子中，a为最小工作电流i
工作min
，b为最大工作电流i
工作max
，c为最小工作电流对应的最小电磁力f
工作min
，d为最大工作电流对应的最大电磁力f
工作max
，n为最大饱和电流i
饱
，m为最大饱和电流对应的最大饱和电磁力f
饱
。
[0117]
图9为止推盘的移位的结构示意图，其中，a)为转子正常运行情况下止推盘的位置示意图，b)为转子发热伸长情况下止推盘的位置示意图，c)为止推盘松动移位的位置示意图。图9中a)为图6的简化结构示意图。
[0118]
在图9中a)所示的例子中，轴向位移传感器与阻油套之间距离为轴向参考位置p_ref(＝采样电压/传感器灵敏度)，此时位置p为转子悬浮于轴向参考位置p_ref时止推盘所处位置，此时止推盘距离轴向轴承1、轴向轴承2的距离分别为m1、m2，m1 m2为止推盘在轴向前后可移动最大距离。当止推盘紧贴轴向轴承1时，对应的转子轴向位置最小值p_azmin，此时轴向轴承1线圈电流处于最小值、电磁力处于最小值，对应图8中的a点附近。并且，轴向轴承2线圈电流处于最大值、电磁力处于最大值，对应图8中b点附近。当止推盘紧贴轴向轴承2，对应转子位置最大值p_azmax，此时轴向轴承1与轴向轴承2的电流、电磁力正好与上一种情况(即止推盘紧贴轴向轴承1的情况)相反。
[0119]
当出现轴向负载力时，如图9中a)中箭头方向所示，为使转子轴向悬浮于参考位置p_ref，轴向轴承1线圈电流iz1增大、轴向轴承2线圈电流iz2减小。并且，轴向负载力越大，轴向轴承1线圈电流iz1增大、轴向轴承2线圈电流iz2减小的得越明显，甚至会超出线性工作区a，增大或减小至非线性工作区，即电流饱和或电流过小。
[0120]
如图9中b)所示，为转子发热伸长示意图，由于轴向参考位置p_ref不变，转子向后伸长，为避免止推盘移动至与轴向轴承2紧贴，同样由于磁悬浮控制系统的负反馈控制，轴向轴承1线圈电流iz1增大、轴向轴承2线圈电流iz2减小，且轴随着转子发热伸长量的增大，轴向轴承1线圈电流iz1增大、轴向轴承2线圈电流iz2减小得越明显，直到增大至最大饱和电流或减小至最小电流。
[0121]
如图9中c)所示，为止推盘松动移位示意图，与上述同理，止推盘后移时，轴向轴承1线圈电流iz1增大、轴向轴承2线圈电流iz2减小。止推盘前移时，轴向轴承1线圈电流iz1减小、轴向轴承2线圈电流iz2增大。
[0122]
所述磁悬浮系统的控制装置，包括：获取单元102和控制单元104，获取单元102如位移传感器、电流传感器等，控制单元104如磁轴承控制器。
[0123]
其中，所述控制单元104，被配置为在所述磁悬浮系统运行的情况下，确定所述磁悬浮系统在当前工况下的轴向工作电流的允许最大波动电流平均值。例如：所述磁悬浮系统在当前工况下的轴向工作电流的允许最大波动电流平均值，为如允许的工作电流最大波动的平均值该控制单元104的具体功能及处理参见步骤s110。
[0124]
在一些实施方式中，所述控制单元104，确定所述磁悬浮系统在当前工况下的轴向工作电流的允许最大波动电流平均值，包括：
[0125]
所述控制单元104，具体还被配置为根据设定工况与设定轴向电流工作参数之间
的对应关系，将该对应关系中与所述当前工况相同的设定工况所对应的设定轴向电流工作参数，确定为与所述当前工况对应的当前轴向电流工作参数。所述设定轴向电流工作参数与所述当前轴向电流工作参数中的轴向电流工作参数，包括：轴向工作电流最大值、轴向工作电流最小值。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤s210。
[0126]
所述控制单元104，具体还被配置为根据所述当前轴向电流工作参数中轴向工作电流最大值、轴向工作电流最小值，确定在所述当前工况下的轴向工作电流的允许最大波动电流平均值。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤s220。
[0127]
图10为止推盘移位的识别逻辑框图。在图10中，i
工作max
为正常工作最大电流，i
工作min
为正常工作最小电流，为正常工作时允许的电流最大波动的平均值。i
z1i
、i
z2i
为第i组轴向电流，0＜i＜＝100，δii＝i
z1i-i
z2i
为第i组轴向电流差值(或称为波动值)。m为计数器的技术基准，为100。如图10所示，磁悬浮系统中磁悬浮轴承轴向控制装置，包括：
[0128]
步骤1、轴向轴承线圈工作电流i与轴向参考位置p_ref、磁悬浮系统运行工况有较大关系，其中，轴向参考位置p_ref为磁悬浮系统预设值。通过大量实验数据，可获取不同运行工况(即不同应用场合、不同运行状态等)、不同轴向参考位置p_ref对应的轴向工作电流最大值i
工作max
、轴向工作电流最小值i
工作min
，以及允许的工作电流最大波动的平均值并存入磁轴承控制器的eeprom中。
[0129]
步骤2、当磁悬浮系统正常运行于某一工况下时，从磁轴承控制器的eeprom中读取与该工况对应的轴向工作电流最小值i
工作min
、轴向工作电流最大值i
工作max
、允许的工作电流最大波动的平均值
[0130]
其中，不同运行工况，如：离心式磁悬浮冷水机组运行工况，为iplv(综合部分负荷系数)25％、iplv50％、iplv75％、iplv100％等的磁悬浮空气压缩机测试用工况等。
[0131]
所述获取单元102，被配置为在所述磁悬浮系统在当前工况下运行的情况下，获取所述第一轴向轴承的线圈电流和所述第二轴向轴承的线圈电流。将所述第一轴向轴承的线圈电流记为第一电流，并将所述第二轴向轴承的线圈电流记为第二电流。例如：所述第一轴向轴承的线圈电流记为第一电流为轴向轴承1线圈电流iz1，所述第一轴向轴承的线圈电流记为第二电流为轴向轴承2线圈电流iz2。该获取单元102的具体功能及处理参见步骤s120。
[0132]
在一些实施方式中，所述获取单元102，获取所述第一轴向轴承的线圈电流和所述第二轴向轴承的线圈电流，包括：所述获取单元102，具体还被配置为按设定时间间隔，获取一组所述轴向轴承组的线圈电流。一组所述轴向轴承组的线圈电流，包括：所述第一轴向轴承的线圈电流和所述第二轴向轴承的线圈电流。
[0133]
如图10所示，磁悬浮系统中磁悬浮轴承轴向控制装置，还包括：在步骤2中，磁轴承控制器每隔设定时间如每隔5min自动获取100组轴向轴承线圈电流iz1、iz2，即100组的轴向轴承1线圈电流iz1、轴向轴承2线圈电流iz2，并分别计算每组工作电流差值δii＝i
z1i-i
z2i
，i表示组数，且i为小于或等于100的正整数。其中，i
z1i
、i
z2i
分别表示第一轴向轴承、第二轴向轴承的第i组轴向电流。
[0134]
例如：以100为基数，方便软件编程逻辑中，向上计数大于150次时，判定轴向存在向后负载力或止推盘后移；向下计数小于50次时，判定止推盘前移；计数值大于50小于150
时，判定在正常运行中。
[0135]
所述控制单元104，还被配置为确定所述第一电流与所述第二电流的差值，并将所述第一电流与所述第二电流的差值记为所述第一轴向轴承和所述第二轴向轴承的工作电流差值。例如：所述第一轴向轴承和所述第二轴向轴承的工作电流差值，为工作电流差值δi
z1z2
＝i
z1-i
z2
。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤s130。
[0136]
所述控制单元104，还被配置为根据所述工作电流差值与所述允许最大波动电流平均值、以及所述第一电流与所述第二电流，对所述止推盘两侧的所述第一轴向轴承与所述第二轴向轴承的轴向力进行平衡控制。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤s140。
[0137]
本发明的方案提出的一种磁悬浮系统的控制方案，具体是一种磁悬浮轴承轴向位置补偿控制方案，通过获取运行中轴向轴承线圈的电流偏差，并通过电流偏差获取需补偿的轴向位移，从而对轴向轴承的控制进行位移补偿，可有效避免磁悬浮系统运行过程中止推盘两侧轴向轴承的轴向力不平衡，进而保证轴向轴承线圈电流始终工作在线性区范围，扩大磁悬浮系统运行的工况范围，提高磁悬浮系统轴向运行的稳定性，同时提高轴向轴承线圈的工作可靠性。
[0138]
在一些实施方式中，所述控制单元104，根据所述工作电流差值与所述允许最大波动电流平均值、以及所述第一电流与所述第二电流，对所述止推盘两侧的所述第一轴向轴承与所述第二轴向轴承的轴向力进行平衡控制，包括：
[0139]
所述控制单元104，具体还被配置为对所述第一电流和所述第二电流的获取次数进行计数，得到当前计数次数。一个计数次数下，获取一组所述轴向轴承组的线圈电流。在所述当前计数次数达到设定值的情况下，将所述当前计数次数确定为基准计数次数。例如：基准计数次数m＝100。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤s310。
[0140]
所述控制单元104，具体还被配置为结合所述工作电流差值与所述允许最大波动电流平均值之间的大小关系，或者结合所述工作电流差值与所述允许最大波动电流平均值之间的大小关系、以及所述第一电流与所述第二电流之间的大小关系，对所述基准计数次数进行更新，得到更新计数次数。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤s320。
[0141]
在一些实施方式中，所述控制单元104，结合所述工作电流差值与所述允许最大波动电流平均值之间的大小关系，或者结合所述工作电流差值与所述允许最大波动电流平均值之间的大小关系、以及所述第一电流与所述第二电流之间的大小关系，对所述基准计数次数进行更新，得到更新计数次数，包括以下三种更新情况：
[0142]
第一种更新情况：所述控制单元104，具体还被配置为若所述工作电流差值的绝对值大于所述允许最大波动电流平均值的绝对值、且所述第一电流大于所述第二电流，则对所述基准计数次数加1，得到所述更新计数次数。
[0143]
第二种更新情况：所述控制单元104，具体还被配置为若所述工作电流差值的绝对值大于所述允许最大波动电流平均值的绝对值、且所述第一电流小于所述第二电流，则对所述基准计数次减1，得到所述更新计数次数。
[0144]
第三种更新情况：所述控制单元104，具体还被配置为若所述工作电流差值的绝对值小于所述允许最大波动电流平均值的绝对值，则将所述基准计数次作为所述更新计数次数。
[0145]
所述控制单元104，具体还被配置为根据所述更新计数次数，确定所述止推盘两侧所述轴向轴承组的轴向力是否平衡，以确定所述磁悬浮系统中转子的轴向运行状态是否正常。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤s330。
[0146]
在一些实施方式中，所述控制单元104，根据所述更新计数次数，确定所述止推盘两侧所述轴向轴承组的轴向力是否平衡，以确定所述磁悬浮系统中转子的轴向运行状态是否正常，包括以下三种确定情况：
[0147]
第一种确定情况：所述控制单元104，具体还被配置为在所述工作电流差值的绝对值大于所述允许最大波动电流平均值的绝对值、且所述第一电流大于所述第二电流的情况下，若所述更新计数次数大于或等于第一设定计数值，则确定所述轴向轴承组的轴向存在向后负载力或所述止推盘发生后移，即确定所述磁悬浮系统中转子的轴向运行状态出现异常。第一设定计数值，大于所述设定值。
[0148]
第二种确定情况：所述控制单元104，具体还被配置为在所述工作电流差值的绝对值大于所述允许最大波动电流平均值的绝对值、且所述第一电流小于所述第二电流的情况下，若所述更新计数次数小于或等于第二设定计数值，则确定所述止推盘发生前移，即确定所述磁悬浮系统中转子的轴向运行状态出现异常。第二设定计数值，小于所述设定值。
[0149]
第三种确定情况：所述控制单元104，具体还被配置为在所述工作电流差值的绝对值小于所述允许最大波动电流平均值的绝对值的情况下，若所述更新计数次数大于第二设定计数值、且小于第一设定计数值，则确定所述磁悬浮系统中转子的轴向运行状态正常。
[0150]
如图10所示，磁悬浮系统中磁悬浮轴承轴向控制装置，还包括：在步骤2中，计数器以设定基准次数如100为基准值开始向上、向下计数，i
z1i
表示第一轴向轴承的第i组轴向电流，i
z2i
表示第二轴向轴承的第i组轴向电流。下面分几种情况，对磁悬浮轴承轴向控制情况进行示例性说明。
[0151]
情况一：当第i组工作电流差值的绝对值|δii|，大于允许的最大波动电流值(即工作电流最大波动的平均值的绝对值)时，即且iz1i＞iz2i时，计数器的计数次数加1，得到计数器的累加次数值。当计数器的累加次数值大于或等于150次时，此时判定转子轴向存在向后的负载力，或转子止推盘出现后移(转子伸长结果同样为止推盘后移)。否则，当计数器的累加次数值小于150次时，判定转子正常，设定时间如5min后重新进行判断。
[0152]
情况二：当第i工作电流差值的绝对值|δii|，大于允许的最大波动电流值(即工作电流最大波动的平均值的绝对值)时，即且iz1i＜iz2i时，计数器的计数次数减1，当计数器的累加次数值小于或等于50次时，此时判定转子止推盘前移(本发明的方案所述磁悬浮系统结构不存在转子向前伸长或存在向前的轴向力的情况)。否则，当计数器的累加次数值大于50次时，判定转子正常，设定时间如5min后重新进行判断。
[0153]
情况三：当第i工作电流差值的绝对值|δii|，小于允许的最大波动电流值(即工作电流最大波动的平均值的绝对值)时，即时，计数器的计数次数
不加也不减，得到计数器的累加次数值。当计数器的累加次数值大于50、且小于150时，此时判定转子轴向正常运行，设定时间如5min后重新进行判断。
[0154]
当然，以上三种情况判定完毕后，均需恢复计数器为初始值100。
[0155]
所述控制单元104，具体还被配置为若所述转子的轴向运行状态正常，则继续根据所述轴向参考位置，控制所述转子继续运行。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤s340。
[0156]
所述控制单元104，具体还被配置为若所述转子的轴向运行状态出现异常，则对所述转子的轴向参考位置进行补偿，得到补偿轴向参考位置；并根据所述补偿轴向参考位置，控制所述转子继续运行。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤s350。
[0157]
如图10所示，磁悬浮系统中磁悬浮轴承轴向控制装置，还包括：步骤3、当出现上述情况一或情况二时，需对转子的轴向参考位置p_ref进行补偿，以获取补偿后的轴向参考位置p_ref'，用于轴向闭环控制。
[0158]
本发明的方案，在磁悬浮系统的运行过程中，通过间隔一定时间对轴向轴承线圈电流iz1、iz2进行实时采样，并获取采样电流的偏差，通过对比偏差与设定值之间的差异获取转子轴向运行状态，当转子轴向运行状态不佳时，通过电流偏差可获得需补偿的轴向位移，从而对轴向位置实现补偿，进而提高轴向运行稳定性、可靠性。这样，解决了在磁悬浮系统运行过程中，会因因轴向大负载力、转子发热伸长、止推盘松动移位等问题，导致止推盘两侧轴向轴承的轴向力不均衡的问题，有利于扩大磁悬浮系统运行工况范围，进而解决了因止推盘两侧轴向轴承的轴向力不均衡导致的轴向线圈电流工作于非线性区的问题，有利于提高轴向轴承运行稳定性，有利于提高轴向轴承线圈运行可靠性。
[0159]
其中，转子轴向运行状态的具体情况，如：情况一：存在向后负载力或止推盘后移，情况二：止推盘前移，情况三：转子在正常运行。
[0160]
在一些实施方式中，所述控制单元104，对所述转子的轴向参考位置进行补偿，包括：
[0161]
所述控制单元104，具体还被配置为确定所述轴向轴承组的轴向电流变化量平均值。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤s410。所述轴向轴承组的轴向电流变化量平均值，即为轴向轴承组正常运行时允许的轴向电流最大变化量的平均值。
[0162]
所述控制单元104，具体还被配置为将所述轴向轴承组的电流刚度系数与位移刚度系数的比值、所述轴向轴承组的轴向电流变化量平均值、以及设定方向系数的乘积，确定为所述转子的轴向补偿位移。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤s420。
[0163]
所述控制单元104，具体还被配置为将所述轴向参考位置与所述轴向补偿位移之和，确定为所述转子的补偿轴向参考位置。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤s430。
[0164]
如图10所示，磁悬浮系统中磁悬浮轴承轴向控制装置，还包括：结合步骤3，对补偿装置进行具体说明。
[0165]
当转子轴向稳定悬浮时，轴向轴承电磁力存在如下关系：
[0166]
f1＝f2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)。
[0167]
其中，公式(1)中，f1、f2分别为轴向轴承1的电磁力、轴向轴承2的电磁力。
[0168]
由电磁力线性化公式f＝ki*i-k
x
*x，可得如下关系：
[0169]ki
*iz
1-k
x
*x1＝ki*iz
2-k
x
*x2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)。
[0170]
其中，公式(2)中，iz1、x1为轴向z1方向的电流、位移，iz2、x2为轴向z2方向的电流、位移，ki为电流刚度系数，k
x
为位移刚度系数。
[0171]
那么，电流变化量δi与位移变化量δx，存在如下关系：
[0172][0173]
其中，为电流刚度系数、为位移刚度系数，均为已知定值；μ0为空气磁导率，是常数；n为线圈匝数；a为电磁铁截面。
[0174]
图11为轴向位移的控制环路示意图。如图11所示，补偿前轴向参考位置p_ref，经轴向参考位置补偿后，得到补偿后的轴向参考位置p_ref'。补偿后的轴向参考位置p_ref'输入第一比较器的同相输入端，位置环中位置传感器输出的采样位置输入第一比较器的反相输入端，第一比较器的输出端经位置控制器后，输出至第二比较器的同相输入端。电流环中电流反馈参数输入至第二比较器的反相输入端，第二比较器的输出端经电流控制器和功率放大器后，输出电流值电磁铁。其中，位置传感器反馈转子当前位置。电流反馈参数，是自功率放大器的输出端反馈的。
[0175]
图10所示的控制逻辑及以下补偿算法，为图11中轴向参考位置补偿的部分。依据公式(3)，在判定为上述情况一和情况二时，通过下述公式(4)中对原轴向参考位置p_ref进行补偿，得到补偿后的轴向参考位置p_ref'，并在此轴向参考位置p_ref的基础上，进行位置环控制。
[0176]
p_ref'＝p_ref δ
[0177][0178]
其中，a为方向补偿系数，δ为补偿位移，当iz1＞iz2，即上述情况一，a＝-1。当iz1＜iz2，即上述情况二，a＝1。
[0179]
具体地，当出现图10所示情况中的情况一和情况二时，使用公式(4)对轴向参考位置p_ref进行补偿，下面进行示例性说明。
[0180]
当出现情况一，即轴向存在向后的负载力或止推盘后移，此时轴向电流存在关系iz1＞iz2，则经过公式(4)补偿后的轴向实际参考位置变为p_ref'，即补偿后的轴向参考位置p_ref'相对原轴向参考位置p_ref变小，即补偿后的轴向参考位置p_ref'再通过位置环控制便可使转子轴向浮在靠近轴向靠前的位置。
[0181]
其中，即，当出现情况一时，a＝-1，将a＝-1带入公式(4)。
[0182]
当出现情况二，即轴向存在止推盘前移，此时轴向电流存在关系iz1＜iz2，则经过
公式(4)补偿后的轴向实际参考位置变为即补偿后的轴向参考位置p_ref'相对原轴向参考位置p_ref变大，即补偿后的轴向参考位置p_ref'再通过位置环控制便可使转子轴向浮在靠近轴向靠后的位置。即，当出现情况二时，a＝1，将a＝1带入公式(4)。
[0183]
本发明的方案，同样适用于双端悬挂式磁悬浮系统，此种结构中，通常存在由后向前的轴向负载力，此种情况同上述具体实施装置中的情况二相同，可与该控制方案一致处理。
[0184]
由于本实施例的装置所实现的处理及功能基本相应于前述方法的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
[0185]
采用本发明的技术方案，通过在磁悬浮系统的运行过程中，按设定时间间隔对轴向轴承线圈电流进行采样，获取轴向轴承线圈的电流偏差，进而通过轴向轴承线圈的电流偏差获取需补偿的轴向位移，从而对轴向轴承的控制进行位移补偿，能够保证轴向轴承线圈电流始终工作在线性区范围，扩大磁悬浮系统运行的工况范围。
[0186]
根据本发明的实施例，还提供了对应于磁悬浮系统的控制装置的一种磁悬浮系统。该磁悬浮系统可以包括：以上所述的磁悬浮系统的控制装置。
[0187]
由于本实施例的磁悬浮系统所实现的处理及功能基本相应于前述装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
[0188]
采用本发明的技术方案，通过在磁悬浮系统的运行过程中，按设定时间间隔对轴向轴承线圈电流进行采样，获取轴向轴承线圈的电流偏差，进而通过轴向轴承线圈的电流偏差获取需补偿的轴向位移，从而对轴向轴承的控制进行位移补偿，能够提高磁悬浮系统轴向运行的稳定性，同时提高轴向轴承线圈的工作可靠性。
[0189]
根据本发明的实施例，还提供了对应于磁悬浮系统的控制方法的一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行以上所述的磁悬浮系统的控制方法。
[0190]
由于本实施例的存储介质所实现的处理及功能基本相应于前述方法的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
[0191]
采用本发明的技术方案，通过在磁悬浮系统的运行过程中，按设定时间间隔对轴向轴承线圈电流进行采样，获取轴向轴承线圈的电流偏差，进而通过轴向轴承线圈的电流偏差获取需补偿的轴向位移，从而对轴向轴承的控制进行位移补偿，有利于扩大磁悬浮系统运行工况范围，提高轴向轴承运行稳定性，并提高轴向轴承线圈运行可靠性。
[0192]
综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
[0193]
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。