一種坐標變換下磁懸浮軸承位置測量誤差計算方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于徑向主動磁懸浮軸承控制技術領域，具體涉及一種基于坐標變化的磁 懸浮軸承位置測量誤差計算方法。
【背景技術】
[0002] 磁懸浮軸承是一種結合了轉子動力學、控制工程基礎等多門學科的機電一體化產 品，是一種使轉子與定子之間無接觸、無摩擦的新式支撐設備，具有無機械接觸、無摩擦、無 磨損、長壽命、免潤滑、高效率、低噪音等優點，是典型的高技術產品。國外，磁懸浮軸承被廣 泛用于能源交通、機械制造、航空航天等領域，并逐漸成為極端特殊環境下首選或唯一可選 的軸承技術。
[0003] 磁懸浮軸承是一種精度較高的裝置，轉子與磁軸承間的氣隙常常在幾十微米到幾 毫米范圍內，而且轉子的實時位置信號依賴位移傳感器來檢測，因此為滿足控制系統能夠 及時、快速的響應的特點，位移傳感器需要較高的精度。電渦流傳感器利用檢測線圈與被測 導體之間的渦流效應進行測量，具有非接觸測量、靈敏度高、頻響特性好、抗干擾能力強，線 性度好等優點，因此一般磁懸浮軸承系統使用電渦流位移傳感器。而傳感器的安裝位置和 安裝角度對測量和控制系統會產生影響，理論上只要有錯開的角度，兩個傳感器即可表征 轉子的坐標信息；但若傳感器的布置方位與磁極的夾角不是(0°、90°、180°、270°)時，所以 為了得出轉子精確的坐標信息，需要進行坐標轉換將傳感器測量坐標系中的轉子坐標信息 轉換到磁懸浮軸承控制坐標系中得出轉子的精確坐標信息（即轉子在磁極方向的位移量）。 當位置傳感器并未安裝在測量自由度時，常通過坐標變換的方式獲得轉子的精確位置信 息。

【發明內容】
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[0004] 為了克服上述【背景技術】的缺陷，本發明提供一種坐標變換下磁懸浮軸承位置測量 誤差計算方法，考慮了不理想的位置傳感器安裝，如安裝角度誤差、安裝位置誤差、傳感器 偏置耦合等對轉子位置測量精度的影響，解決了【背景技術】中所存在的問題。
[0005] 為了解決上述技術問題本發明的所采用的技術方案為：
[0006] -種坐標變換下磁懸浮軸承位置測量誤差計算方法，包括：
[0007] 步驟1，不考慮誤差，建立理想情況下控制坐標系中轉子軸心位置的偏移量矩陣 T0；
[0008] 步驟2,計入磁懸浮軸承安裝角度和位置誤差，得到計入磁懸浮軸承安裝角度和位 置誤差的控制坐標系中轉子軸心位置的偏移量矩陣T1和T 4;
[0009] 步驟3,計入磁懸浮軸承安裝角度和位置誤差，以及傳感器耦合對Z軸方向產生的 偏移誤差，得到進一步計入傳感器耦合對Z軸方向產生的偏移誤差的控制坐標系中轉子軸 心位置的偏移量矩陣T2;
[0010] 步驟4,計入磁懸浮軸承安裝角度和位置誤差、傳感器耦合對Z軸方向產生的偏移 誤差，以及傳感器耦合對X軸和Y軸方向產生的偏移誤差，得到進一步計入傳感器耦合對X軸 和Y軸方向產生的偏移誤差的控制坐標系中轉子軸心位置的偏移量矩陣T3;
[0011]步驟5,計算控制坐標系中轉子軸心位置的實際偏移量矩陣C = T1T2T3E+T4，E為傳 感器檢測到的轉子中心位置的偏移量矩陣；
[0012]步驟6,控制坐標系中轉子軸心位置的實際偏移量矩陣C減去理想情況下控制坐標 系中轉子軸心位置的偏移量矩陣TO即為坐標變化下磁懸浮軸承位置測量誤差。
[0013] 較佳地，步驟1設置兩個軸承，每個軸承分別對應設置兩個傳感器，則理想情況下 控制坐標系中轉子軸心位置的偏移量矩陣
[0015] 其中，γ Q1為理想情況下第一軸承磁極中心線與第一傳感器測量線的夾角，δ(π為 理想情況下第一軸承磁極中心線與第二傳感器測量線的夾角，γ 為理想情況下第二軸承 磁極中心線與第三傳感器測量線的夾角，知2為理想情況下第二軸承磁極中心線與第四傳感 器測量線的夾角。
[0016] 較佳地，步驟2設置兩個軸承，每個軸承分別對應設置兩個傳感器，則計入磁懸浮 軸承安裝角度和位置誤差的控制坐標系中轉子軸心位置的偏移量矩陣
[0019] 其中，γ 1為考慮傳感器安裝角度誤差時第一軸承磁極中心線與第一傳感器測量 線的夾角，S1為考慮傳感器安裝角度誤差時第一軸承磁極中心線與第二傳感器測量線的夾 角，γ2為考慮傳感器安裝角度誤差時第二軸承磁極中心線與第三傳感器測量線的夾角，δ 2 為考慮傳感器安裝角度誤差時第二軸承磁極中心線與第四傳感器測量線的夾角。
[0020] 較佳地，步驟3設置兩個軸承，每個軸承分別對應設置兩個傳感器，且每個軸承所 對應的兩個傳感器均設置于所對應軸承的外側，則進一步計入傳感器耦合對Z軸方向產生 的偏移誤差的控制坐標系中轉子軸心位置的偏移量矩陣
[0022]較佳地，步驟3設置兩個軸承，每個軸承分別對應設置兩個傳感器，且每個軸承所 對應的兩個傳感器均設置于所對應軸承的內側，則進一步計入傳感器耦合對Z軸方向產生 的偏移誤差的控制坐標系中轉子軸心位置的偏移量矩陣
[0024] 其中，a為第一軸承磁力軸承中心與第一傳感器和第二傳感器之間的偏移距離;b 為第二軸承磁力軸承中心與第三傳感器和第四傳感器之間的偏移距離，L為第一軸承和第 二軸承的支承距。
[0025] 較佳地，步驟4設置兩個軸承，每個軸承分別對應設置兩個傳感器，則進一步計入 傳感器親合對X軸和Y軸方向產生的偏移誤差的控制坐標系中轉子軸心位置的偏移量矩陣
[0027] 其中，γ i為考慮傳感器安裝角度誤差時第一軸承磁極中心線與第一傳感器測量 線的夾角，S1為考慮傳感器安裝角度誤差時第一軸承磁極中心線與第二傳感器測量線的夾 角，γ 2為考慮傳感器安裝角度誤差時第二軸承磁極中心線與第三傳感器測量線的夾角，δ2 為考慮傳感器安裝角度誤差時第二軸承磁極中心線與第四傳感器測量線的夾角。
[0028] 本發明的有益效果在于:本發明從多個方面考慮安裝誤差，包括磁懸浮軸承安裝 角度和位置誤差、傳感器耦合對Z軸方向產生的偏移誤差，以及傳感器耦合對X軸和Y軸方向 產生的偏移誤差，依據一種可通用的從測量坐標系到控制坐標系的坐標轉換的方法從而求 得坐標變換下磁懸浮軸承位置測量誤差。不僅在平面內考慮傳感器安裝過程中存在的角度 誤差與位置誤差的影響而且在整個空間測量系統內部考慮到了傳感器偏置耦合的影響，得 到的結果更加精確。
【附圖說明】
[0029]圖1為理想情況時測量坐標系與控制坐標系的坐標轉換示意圖
[0030] 圖2為傳感器安裝角度與位置影響時測量坐標系與控制坐標系的坐標轉換示意 圖。
[0031] 圖3為傳感器外置時，Z軸方向傳感器耦合對坐標轉換的影響示意圖。
[0032] 圖4為Χ，Υ軸方向，傳感器耦合對坐標轉換的影響示意圖。
[0033]圖5為傳感器內置時，Z軸方向傳感器耦合對坐標轉換的影響示意圖。
【具體實施方式】
[0034]下面結合附圖和實施例對本發明做進一步的說明。
[0035]實施例1，一種坐標變換下磁懸浮軸承位置測量誤差計算方法，以設置兩個四磁極 徑向磁懸浮軸承，記為第一軸承和第二軸承，第一軸承對應第一傳感器和第二傳感器，第二 軸承對應第三傳感器和第四傳感器，本實施例以第一傳感器和第二傳感器以45°設置于第 一軸承的外側，第三傳感器和第四傳感器以45°設置于第二軸承的外側，本實施例中的軸承 為磁力