本發(fā)明大體上涉及一種磁懸浮系統(tǒng)，其可以是(例如但并非必須地)主動(dòng)磁軸承“AMB”。更特別地，本發(fā)明涉及一種用于控制磁懸浮系統(tǒng)的控制設(shè)備以及方法。另外，本發(fā)明涉及一種用于控制磁懸浮系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)有技術(shù)中公知磁懸浮系統(tǒng)(例如，主動(dòng)磁軸承“AMB”)。磁懸浮系統(tǒng)通常用于支承旋轉(zhuǎn)或振蕩的物體。在許多情形下，通過(guò)平衡兩個(gè)反向作用的磁體的吸力與作用于懸浮物體的其他力，獲得每個(gè)方向上的支承，其中磁體中的至少一個(gè)是可控的電磁體。原則上，也有可能平衡一個(gè)可控電磁體的吸力與克服電磁體的吸力的其他作用力(例如，重力)。因?yàn)榇艖腋〉墓逃胁环€(wěn)定性，必須主動(dòng)控制在懸浮物體(例如，電機(jī)的轉(zhuǎn)子)的全部或部分自由度上作用的磁力。這種不穩(wěn)定性是由于作用于磁體與由例如鐵磁材料制成的物體之間的磁吸力在磁體與物體之間的氣隙變小時(shí)增大。存在幾種不同的磁懸浮系統(tǒng)。一些系統(tǒng)使用永磁體來(lái)生成偏置磁通，其他系統(tǒng)使用偏置直流來(lái)生成偏置磁通。使用該偏置以克服提高磁力可能的變化率的靜態(tài)負(fù)載并且使磁力對(duì)控制變量的依賴(lài)性線性化。

能夠通過(guò)控制考慮中的電磁體的電流而控制由磁懸浮系統(tǒng)的每個(gè)電磁體生成的磁力。通過(guò)控制磁懸浮系統(tǒng)的全部電磁體的電流，能夠向預(yù)期方向生成合磁力。磁懸浮系統(tǒng)的控制設(shè)備通常構(gòu)成針對(duì)懸浮物體的每個(gè)自由度的外側(cè)控制回路以及內(nèi)側(cè)控制回路。外側(cè)控制回路接收表達(dá)懸浮物體的測(cè)量或估計(jì)位置(也可能有速度)以及基準(zhǔn)(即，期望的)物體位置的信息。外側(cè)控制回路產(chǎn)生關(guān)于在考慮中的自由度上作用的電磁體的電流的基準(zhǔn)值。內(nèi)側(cè)控制回路接收表達(dá)電流的基準(zhǔn)值以及電流的測(cè)量或估計(jì)值的信息。內(nèi)側(cè)控制回路控制引至電磁體的繞組的電壓使得電流以足夠的精確度遵循電流的基準(zhǔn)值。電壓能夠根據(jù)測(cè)量或估計(jì)電流與電流的基準(zhǔn)值之間的差值進(jìn)行控制，例如，采用脈沖寬度調(diào)制“PWM”。由內(nèi)側(cè)控制回路控制的控制量替代電流而可以是估計(jì)或測(cè)量的由電磁體生成的磁通或者估計(jì)或測(cè)量的由電磁體導(dǎo)向至懸浮物體的力。

然而，上述控制原理無(wú)法經(jīng)受住挑戰(zhàn)。挑戰(zhàn)之一是關(guān)于由外側(cè)和內(nèi)側(cè)控制回路產(chǎn)生的延遲。必須對(duì)外側(cè)控制回路進(jìn)行調(diào)諧以緩慢更改電流或者其他控制量的基準(zhǔn)值，這樣內(nèi)側(cè)控制回路才能使電流或者其他控制量以足夠的精確度遵循基準(zhǔn)值的變化。如果外側(cè)控制回路過(guò)快，即外側(cè)控制回路更改基準(zhǔn)值過(guò)快，則主要電流或者其他控制量與基準(zhǔn)值之間的差值可能變得過(guò)大，由外側(cè)控制回路代表的位置控制就變得不穩(wěn)定。因此，照常在具有外側(cè)和內(nèi)側(cè)控制回路的情形下，外側(cè)控制回路必須足夠慢于內(nèi)側(cè)控制回路。內(nèi)側(cè)控制回路使電流以及力和磁通產(chǎn)生快速變化的能力固有地受到電磁體的電感以及可用電壓的上限的限制。另一方面，外側(cè)控制回路必須足夠快才能提供剛度足夠的磁懸。因此，構(gòu)造外側(cè)控制回路以使電流或者其他控制量的基準(zhǔn)值的變化慢到足夠內(nèi)側(cè)控制回路追隨，而另一方面變化還快到提供剛度足夠的磁懸，這會(huì)十分具挑戰(zhàn)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

下文介紹簡(jiǎn)要概述，使得對(duì)本發(fā)明的各種實(shí)施例具備基本了解。本發(fā)明內(nèi)容部分并非本發(fā)明的詳盡綜述。其既非旨在確定本發(fā)明的關(guān)鍵或主要元素，亦非限定本發(fā)明的范圍。下面的發(fā)明內(nèi)容部分僅以簡(jiǎn)化形式呈現(xiàn)本發(fā)明的某些構(gòu)思，作為本發(fā)明的例示實(shí)施例的更詳細(xì)描述的引言。

根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于控制磁懸浮系統(tǒng)的新型方法，例如但并非必須，所述磁懸浮系統(tǒng)能夠是主動(dòng)磁軸承“AMB”。一種根據(jù)本發(fā)明所述的方法，包括：

-接收指示通過(guò)一個(gè)或多個(gè)磁通懸浮的物體的位置的位置信號(hào)，以及

-根據(jù)所述物體的所述位置與基準(zhǔn)位置的偏差，控制導(dǎo)引至所述磁懸浮系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)繞組的一個(gè)或多個(gè)電壓，以控制導(dǎo)向至所述物體的合磁力。

所述一個(gè)或多個(gè)電壓通過(guò)以下步驟來(lái)控制：

-針對(duì)時(shí)間上連續(xù)的控制時(shí)段中的每一個(gè)，選擇控制方向，使得所選的控制方向上的合磁力的改變提高作用于所述物體的總力減小位置偏差的能力，以及

-針對(duì)時(shí)間上連續(xù)的控制時(shí)段中的每一個(gè)，根據(jù)所選的控制方向來(lái)設(shè)定所述一個(gè)或多個(gè)電壓，以通過(guò)借助于所述一個(gè)或多個(gè)電壓來(lái)改變合磁力而減小位置偏差。

在上述方法中，在無(wú)需形成一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)值的情況下控制所述一個(gè)或多個(gè)電壓，所述基準(zhǔn)值必須對(duì)負(fù)載條件的變化反應(yīng)足夠快才能提供剛度足夠的磁懸，但其變化又必須足夠慢才能使基準(zhǔn)值與例如電流、通量或者力的對(duì)應(yīng)控制量之間的差值保持足夠小，以保持磁懸的穩(wěn)定性。

例如，所述磁懸浮系統(tǒng)能夠是用于在與所述物體的旋轉(zhuǎn)軸平行的彼此相反的方向上支承物體(例如，電機(jī)的轉(zhuǎn)子)的軸向磁軸承。在此情形下，存在兩個(gè)彼此相反的可能控制方向。作為另一示例，所述磁懸浮系統(tǒng)能夠是用于在與所述物體的旋轉(zhuǎn)軸垂直的方向上支承物體(例如，電機(jī)的轉(zhuǎn)子)的徑向磁軸承。在此情形下，可能的控制方向位于與旋轉(zhuǎn)軸垂直的幾何平面上。作為第三示例，所述磁懸浮系統(tǒng)可以包括一個(gè)或多個(gè)徑向磁軸承以及一個(gè)或多個(gè)軸向磁軸承。在此情形下，所述磁軸承優(yōu)選地被分別控制。作為第四示例，所述磁懸浮系統(tǒng)可以包括能夠在徑向方向以及軸向方向上均支承旋轉(zhuǎn)物體的圓錐磁軸承。

值得注意的是，在所述磁懸浮系統(tǒng)僅包括一個(gè)用于克服包括重力的向下負(fù)載而支承物體的可控電磁體的情形下，也存在兩個(gè)可能的控制方向。所述控制方向中的一個(gè)向上，并且另一個(gè)向下。如果所述物體處于比所述基準(zhǔn)位置更高的位置，則導(dǎo)向至所述物體的磁力被改變成向下控制的方向，即向上的磁力減弱，由此磁力變成向下。磁力的這種變化提高了作用于所述物體并且包括磁力和重力的總力使所述物體朝向所述基準(zhǔn)位置移動(dòng)的能力。

根據(jù)本發(fā)明，還提供一種用于控制磁懸浮系統(tǒng)的新型控制設(shè)備，例如但并非必須，所述磁懸浮系統(tǒng)能夠是主動(dòng)磁軸承“AMB”。一種根據(jù)本發(fā)明所述的控制設(shè)備，包括：

-信號(hào)輸入端，用于接收指示通過(guò)一個(gè)或多個(gè)磁通懸浮的物體的位置的位置信號(hào)，以及

-控制器，用于根據(jù)所述物體的所述位置與基準(zhǔn)位置的偏差，控制導(dǎo)引至所述磁懸浮系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)繞組的一個(gè)或多個(gè)電壓，以控制導(dǎo)向至所述物體的合磁力。

所述控制器被配置成：

-針對(duì)時(shí)間上連續(xù)的控制時(shí)段中的每一個(gè)，選擇控制方向，使得所選的控制方向上的合磁力的改變提高作用于所述物體的總力減小位置偏差的能力，以及

-針對(duì)時(shí)間上連續(xù)的控制時(shí)段中的每一個(gè)，根據(jù)所選的控制方向來(lái)設(shè)定所述一個(gè)或多個(gè)電壓，以通過(guò)借助于所述一個(gè)或多個(gè)電壓來(lái)改變合磁力而減小位置偏差。

根據(jù)本發(fā)明，還提供一種新型的磁懸浮系統(tǒng)，其包括：

-至少一個(gè)勵(lì)磁器，包括用于生成一個(gè)或多個(gè)磁通以使物體懸浮的一個(gè)或多個(gè)繞組，

-用于生成位置信號(hào)的設(shè)備，該位置信號(hào)指示所述物體相對(duì)于所述勵(lì)磁器的位置，

-一個(gè)或多個(gè)可控的電壓源，用于將一個(gè)或多個(gè)電壓導(dǎo)引至所述一個(gè)或多個(gè)繞組，以及

-根據(jù)本發(fā)明所述的控制設(shè)備，用于根據(jù)所述物體的所述位置與基準(zhǔn)位置的偏差，控制所述一個(gè)或多個(gè)電壓，以控制所述一個(gè)或多個(gè)磁通以使物體懸浮。

根據(jù)本發(fā)明，還提供一種新型的計(jì)算機(jī)程序，用于控制導(dǎo)引至磁懸浮系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)繞組的一個(gè)或多個(gè)電壓，以控制導(dǎo)向至懸浮物體的合磁力。

根據(jù)本發(fā)明所述的計(jì)算機(jī)程序包括計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，用于控制所述磁懸浮系統(tǒng)的可編程處理系統(tǒng)以：

-針對(duì)時(shí)間上連續(xù)的控制時(shí)段中的每一個(gè)，選擇控制方向，使得所選的控制方向上的合磁力的改變提高作用于所述物體的總力減小位置偏差的能力，以及

-針對(duì)時(shí)間上連續(xù)的控制時(shí)段中的每一個(gè)，根據(jù)所選的控制方向來(lái)設(shè)定所述一個(gè)或多個(gè)電壓，以通過(guò)借助于所述一個(gè)或多個(gè)電壓來(lái)改變合磁力而減小位置偏差。

根據(jù)本發(fā)明，還提供一種新型的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括編碼有根據(jù)本發(fā)明所述的計(jì)算機(jī)程序的非易失性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)(例如，光盤(pán))。

在所附的從屬權(quán)利要求中描述了數(shù)個(gè)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例。

當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，通過(guò)下面對(duì)示例性且非限制性具體實(shí)施例的描述，會(huì)更好地理解本發(fā)明關(guān)于構(gòu)造和操作方法的各種示例性且非限制性實(shí)施例以及其他目的和優(yōu)點(diǎn)。

在本文中，動(dòng)詞“包括”被用作不排除也不一定必須存在未述特征的開(kāi)放式限定。在從屬權(quán)利要求中所述的特征可自由組合，除非另作說(shuō)明。另外，會(huì)理解的是，在本文通篇使用的“一”、“一個(gè)”(即，單數(shù)形式)并非排除復(fù)數(shù)。

附圖說(shuō)明

下面舉例而言并參照附圖，更加詳細(xì)地闡述本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例以及它們的優(yōu)點(diǎn)，在附圖中：

圖1a示出根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的包括控制設(shè)備的磁懸浮系統(tǒng)的示意圖，

圖1b示出圖示適用于控制圖1a中所圖示的磁懸浮系統(tǒng)的控制方向的示例性設(shè)置的示圖，

圖1c和1d示出用于控制磁懸浮系統(tǒng)的根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的控制設(shè)備的功能框圖，

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的包括控制設(shè)備的磁懸浮系統(tǒng)的示意圖，

圖3a示出用于控制磁懸浮系統(tǒng)的根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的方法的流程圖，以及

圖3b圖示出用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的方法的動(dòng)作中的一個(gè)動(dòng)作的示例性子動(dòng)作。

具體實(shí)施方式

圖1a示出根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的包括控制設(shè)備101的磁懸浮系統(tǒng)的示意圖。在圖1a中所示的示例性情形下，磁懸浮系統(tǒng)是徑向磁軸承，用于在與物體的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)軸垂直的方向上支承物體108。圖1a示出物體108的剖視圖。旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)軸與圖1a中所示的坐標(biāo)系的z軸平行。懸浮的物體108例如可以是電極的轉(zhuǎn)子。磁懸浮系統(tǒng)包括勵(lì)磁器104，勵(lì)磁器104構(gòu)成用于以磁力支承物體108的電磁體。勵(lì)磁器104包括鐵磁芯結(jié)構(gòu)112以及繞組105x+、105x-、105y+和105y-，用于生成磁通Φ_x+、Φ_x-、Φ_y+和Φ_y-，使得支承坐標(biāo)系的xy平面上的物體108。磁懸浮系統(tǒng)包括用于生成位置信號(hào)的設(shè)備，該位置信號(hào)指示物體108相對(duì)于勵(lì)磁器104的位置。在該示例性情形下，位置信號(hào)包括分量P_x和P_y，其中P_x指示物體108的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)軸的x坐標(biāo)，并且P_y指示物體的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)軸的y坐標(biāo)。因此，在該示例性情形下，位置信號(hào)構(gòu)成表達(dá)物體108在平面二維坐標(biāo)系中(即，在xy平面中)的位置的位置矢量P＝P_xe_x+P_ye_y，該坐標(biāo)系的原點(diǎn)在物體的基準(zhǔn)位置，即在物體的預(yù)期位置。e_x和e_y是定義圖1a中所示的坐標(biāo)系的正x和正y方向的單位矢量。

在圖1a中所示的示例性情形下，用于生成位置信號(hào)的設(shè)備包括傳感器106x+、106x-、106y+和106y-以及用于根據(jù)傳感器的輸出信號(hào)來(lái)生成位置信號(hào)的分量P_x和P_y的電路113。在圖1a中并未示出從傳感器到電路113的信號(hào)傳遞路徑。例如但并非必然，傳感器106x+、106x-、106y+和106y-可以是電感式傳感器，在此，每個(gè)傳感器的電感取決于從考慮中的傳感器到物體108的表面的距離，并且電路113可以被配置成根據(jù)傳感器的電感之間的差異而形成位置信號(hào)的分量P_x和P_y。也可行的是，電路113被配置成根據(jù)支承物體108的電磁體的電感之間的差異而形成位置信號(hào)的分量P_x和P_y。當(dāng)導(dǎo)引至考慮中的電磁體的繞組的電壓逐步變化時(shí)，可以通過(guò)電流的變化率di/dt來(lái)指示每個(gè)電磁體的電感。在此情形下，無(wú)需傳感器106x+、106x-、106y+和106y-。

磁懸浮系統(tǒng)包括可控的電壓源107x+、107x-、107y+和107y-，用于將可控電壓導(dǎo)引至繞組105x+、105x-、105y+和105y-。在圖1a中所示的示例性磁懸浮系統(tǒng)中，電壓源是三電平電壓源，其中每一個(gè)都可以產(chǎn)生三個(gè)離散電壓值。在圖1a中呈現(xiàn)出電壓源107y+的主電路。其他電壓源107x+、107x-和107y-中的每一個(gè)都具有類(lèi)似于電壓源107y+的主電路。如電壓源107y+的主電路可以看出，導(dǎo)引至繞組105y+的電壓V_y+在電壓源107y+的兩個(gè)晶體管都導(dǎo)通時(shí)大體上為U_DC，在這兩個(gè)晶體管非導(dǎo)通且電流i_y+流經(jīng)電壓源107y+的的二極管時(shí)大體上為-U_DC，并且在晶體管中的一個(gè)導(dǎo)通而另一個(gè)非導(dǎo)通并且電流流經(jīng)導(dǎo)通的晶體管和二極管中的一個(gè)時(shí)大體上為零。晶體管和二極管的導(dǎo)通狀態(tài)閾電壓以及導(dǎo)體的電阻使電壓V_y+略不同于上述值。電壓源由三電平電壓選擇符S_x+、S_x-、S_y+和S_y-來(lái)控制，例如，使得電壓選擇符S_y+確定電壓V_y+為正、為負(fù)還是大體上為零。

磁懸浮系統(tǒng)包括控制設(shè)備101，用于控制勵(lì)磁器104。控制設(shè)備包括用于接收位置信號(hào)的分量P_x和P_y的信號(hào)輸入102以及用于在時(shí)間上連續(xù)的控制時(shí)段以時(shí)間離散的方式控制導(dǎo)引至繞組105x+、105x-、105y+和105y-的電壓的控制器103。根據(jù)物體108的位置與物體的基準(zhǔn)位置之間的偏差，對(duì)電壓進(jìn)行控制。在此情形下，因?yàn)閳D1a中所示的坐標(biāo)系的原點(diǎn)與基準(zhǔn)位置相一致，位置信號(hào)的分量P_x和P_y表示位置的偏差。因此，位置信號(hào)的分量P_x和P_y的參考值P_xref和P_yref可以被假定為零?？刂破?03包括功能部109，用于至少部分地根據(jù)位置信號(hào)的分量P_x和P_y而針對(duì)時(shí)間上連續(xù)的控制時(shí)段中的每一個(gè)產(chǎn)生控制值C_x和C_y。控制值C_x和C_y表示控制矢量C＝C_xe_x+C_ye_y，其指示應(yīng)當(dāng)改變導(dǎo)向至物體108的合磁力F的方向以減少位置偏差。合磁力是由磁通Φ_x+、Φ_x-、Φ_y+和Φ_y-導(dǎo)向至物體108的磁力的合力。因此，合磁力F為(F_x+-F_x-)e_x+(F_y+-F_y-)e_y，其中F_x+是由磁通Φ_x+所致的磁力，F(xiàn)_x-是由磁通Φ_x-所致的磁力，F(xiàn)_y+是由磁通Φ_y+所致的磁力，并且F_y-是由通量Φ_y-所致的磁力。例如，由通量Φ_y+所致的磁力與磁通的平方Φ_y+²成正比。因此，磁力F_y+的變化率dF_y+/dt與2Φ_y+×dΦ_y+/dt成正比，而其與2Φ_y+×(V_y+-Ri_y+)成正比，其中R是繞組105y+的電阻，并且i_y+是繞組105y+的電流。因此，合磁力F的變化率矢量dF/dt與下列矢量成比例：

dF/dt～(2Φ_x+×V_x+-2Φ_x-×V_x-)e_x+(2Φ_y+×V_y+-2Φ_y-×V_y-)e_y (1)

其中，繞組的電阻作用忽略不計(jì)，并且V_x+、V_x-和V_y-是分別導(dǎo)引至繞組105x+、105x-和105y-的電壓。如方程式(1)所示，借助于導(dǎo)引至繞組105x+、105x-、105y+和105y-的電壓，能夠控制合磁力F的變化方向。

控制器103包括功能部110，用于針對(duì)時(shí)間上連續(xù)的控制時(shí)段中的每一個(gè)而選擇控制方向CD，使得通過(guò)改變所選的控制方向上的合磁力F而提高合磁力減小位置偏差的能力?？刂破?03包括功能部111，用于針對(duì)時(shí)間上連續(xù)的控制時(shí)段中的每一個(gè)而根據(jù)所選的控制方向CD來(lái)設(shè)定電壓V_x+、V_x-、V_y+和V_y-，以通過(guò)借助于電壓來(lái)改變合磁力而減小位置偏差。在此示例性情形下，電壓V_x+、V_x-、V_y+和V_y-中的每一個(gè)的值選自可選電壓值的有限集合，即≈+U_DC、≈0、≈-U_DC，并且通過(guò)將適當(dāng)值設(shè)定成電壓選擇符S_x+、S_x-、S_y+和S_y-而完成選擇。例如，借助于用于根據(jù)包括所選的控制方向CD的指示符的查找鍵來(lái)輸出電壓選擇符S_x+、S_x-、S_y+和S_y-的選擇查找表，功能部111可以被實(shí)現(xiàn)。由于電壓V_x+、V_x-、V_y+和V_y-中的每一個(gè)的值選自可選電壓值的有限集合，故僅存在有限數(shù)目的可選電壓組合，該組合對(duì)應(yīng)于不同的控制方向。因此，控制方向CD無(wú)法被自由選擇，但控制方向選自可選控制方向的有限集合。在電壓持續(xù)可控的情形下，可以更加自由地選擇控制方向。

圖1b示出圖示圖1a中所示的坐標(biāo)系的xy平面上的可選控制方向的示例性集合的示圖。在圖1b中，可選控制方向由在原點(diǎn)處相互交叉并且用點(diǎn)劃線描繪的第一幾何線來(lái)定義。例如，可選控制方向x+對(duì)應(yīng)于V_x+≈U_DC并且V_x-≈V_y+≈V_y-≈0的情況或者V_x+≈U_DC并且V_x-≈-U_DC并且V_y+≈V_y-≈0的情況，并且可選控制方向x+/y+對(duì)應(yīng)于V_x+≈U_DC、V_y+≈U_DC并且V_x-≈V_y-≈0的情況或者V_x+≈U_DC、V_y+≈U_DC、V_x-≈-U_DC、V_y-≈-U_DC的情況。值得注意的是，在圖1b中并未示出所有可能的控制方向。例如，電壓組合V_x+≈U_DC、V_y+≈U_DC、V_x-≈-U_DC、V_y-≈0對(duì)應(yīng)于介于控制方向x+與x+/y+之間的控制方向。xy平面被彼此在原點(diǎn)相交的第二幾何線分成扇區(qū)s₁、s₂、s₃、s₄、s₅、s₆、s₇和s₈，使得可選控制方向中的每一個(gè)控制方向?qū)儆谏葏^(qū)中的一個(gè)并且每個(gè)扇區(qū)的對(duì)稱(chēng)線是可選控制方向中的一個(gè)。在圖1b中，用虛線描繪出第二幾何線。有利地，扇區(qū)的圓心角α₁、α₂、α₃、α₄、α₅、α₆、α₇和α₈與扇區(qū)特定電壓矢量的量值(即，歐式范數(shù))成比例，使得越大的扇區(qū)特定電壓矢量的量值對(duì)應(yīng)于越大的對(duì)應(yīng)扇區(qū)的圓心角。上述扇區(qū)特定電壓矢量中的每一個(gè)是對(duì)應(yīng)于與考慮中的扇區(qū)有關(guān)的控制方向的電壓的矢量。例如，扇區(qū)s₁的扇區(qū)特定電壓矢量為≈(U_DC)e_x或者≈(2U_DC)e_x，并且扇區(qū)s₁的扇區(qū)特定電壓矢量為≈(U_DC)e_x+(U_DC)e_y或者≈(2U_DC)e_x+(2U_DC)e_y。例如，扇區(qū)s₁至s₈的圓心角α₁至α₈可以與扇區(qū)特定電壓矢量的量值成比例，使得圖1b中所示的距離a和b與扇區(qū)指定電壓矢量的量值直接成比例。在此情形下，比值sin(α_i/2)/V_i對(duì)于全部扇區(qū)是相同的，其中α_i是第i個(gè)扇區(qū)的圓心角，V_i是與第i個(gè)扇區(qū)有關(guān)的扇區(qū)特定電壓矢量的量值，并且i＝1,2,...,8。

如前所述，借助于用于根據(jù)包括所選的控制方向的指示符的查找鍵來(lái)輸出電壓選擇符S_x+、S_x-、S_y+和S_y-的選擇查找表，控制設(shè)備101的功能部111可以被實(shí)現(xiàn)。選擇查找表可以例如根據(jù)如下所示的表1。在表1中，“+”意指≈+U_DC被導(dǎo)引至考慮中的繞組，“0”意指≈零的電壓被導(dǎo)引至繞組，并且“-”意指≈-U_DC被導(dǎo)引至繞組。表1的行根據(jù)控制方向來(lái)確定，并且列根據(jù)考慮中的繞組來(lái)確定?？刂品较蛞耘c圖1b中相同的方式來(lái)表示。

表1.示例性選擇查找表

在根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的控制設(shè)備中，圖1a中所示的功能部109被配置成將控制矢量C＝C_xe_x+C_ye_y的方向設(shè)定成與位置矢量P＝P_xe_x+P_ye_y的方向相反，即C＝-q P，其中q為正實(shí)數(shù)?？刂圃O(shè)備的功能部110被配置成確定控制矢量C所屬于的扇區(qū)s₁至s₈中的特定的一個(gè)扇區(qū)并且選擇屬于所確定的扇區(qū)的控制方向。此后，控制設(shè)備的功能部111選擇適當(dāng)?shù)纳葏^(qū)特定電壓矢量。在此情形下，嘗試在時(shí)間上連續(xù)的控制時(shí)段的每一個(gè)中，反對(duì)于位置偏差的方向，改變合磁力F。在圖1b所示的示例性情況下，控制矢量C屬于扇區(qū)s₁，由此扇區(qū)特定電壓矢量為≈(U_DC)e_x，即V_x+≈U_DC并且V_x-≈V_y+≈V_y-≈0，或者扇區(qū)特定電壓矢量為≈(2U_DC)e_x，即V_x+≈U_DC并且V_x-≈-U_DC并且V_y+≈V_y-≈0。

圖1c示出在根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的情形下圖1a中所示的控制設(shè)備101的功能框圖。在圖1c中，用框150描繪出勵(lì)磁器、可控電壓源以及用于提供位置信號(hào)的分量P_x和P_y的設(shè)備。功能部109被配置成至少部分地根據(jù)位置信號(hào)的分量P_x和P_y，針對(duì)時(shí)間上連續(xù)的控制時(shí)段中的每一個(gè)產(chǎn)生控制值C_x和C_y?？刂浦礐_x和C_y表示控制矢量C＝C_xe_x+C_ye_y，其指示應(yīng)當(dāng)改變導(dǎo)向至物體108的合磁力F的方向以減少位置偏差。功能部109被配置成使用預(yù)定的規(guī)則來(lái)根據(jù)位置矢量P＝P_xe_x+P_ye_y而產(chǎn)生基準(zhǔn)矢量R＝R_xe_x+R_ye_y。基準(zhǔn)矢量R可以表示例如預(yù)期合磁力F或者定義磁懸浮系統(tǒng)的操作的一些其他控制量的預(yù)期值，所述其他控制量諸如例如電流平方的平衡矢量(i_x+²-i_x-²)e_x+(i_y+²-i_y-²)e_y，其中i_x+、i_x-、i_y+和i_y-分別是繞組105x+、105x-、105y+和105y-的電流。在圖1c中用框115描繪出使用預(yù)定的規(guī)則來(lái)產(chǎn)生基準(zhǔn)矢量。預(yù)定的規(guī)則可以包括例如比例-積分“PI”控制算法、比例-積分-微分“PID”控制算法、比例-微分“PD”控制算法或者一些其他適用的控制算法。功能部109被配置成從基準(zhǔn)矢量減去對(duì)應(yīng)于時(shí)間上連續(xù)的控制時(shí)段的前一個(gè)的先前基準(zhǔn)矢量，以產(chǎn)生控制矢量C＝C_xe_x+C_ye_y。這種方法是基于對(duì)應(yīng)于基準(zhǔn)矢量的控制量的主值到前一控制時(shí)段為止已達(dá)到其基準(zhǔn)值的假定，且由此先前基準(zhǔn)矢量可以被用作在該控制時(shí)段開(kāi)始時(shí)占主導(dǎo)的控制量的估量。功能部110被配置成確定控制矢量C所屬于的上述扇區(qū)s₁至s₈(圖1b)中的特定的一個(gè)扇區(qū)并且選擇屬于所確定的扇區(qū)的控制方向CD。此后，控制設(shè)備的功能部111選擇適當(dāng)?shù)纳葏^(qū)特定電壓矢量。

圖1d示出在根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的情形下圖1a中所示的控制設(shè)備101的功能框圖。除功能部109a之外，圖1c中所示的功能框圖類(lèi)似于圖1c中所示的功能框圖。功能部109a被配置成使用預(yù)定的規(guī)則來(lái)根據(jù)位置矢量P＝P_xe_x+P_ye_y而產(chǎn)生基準(zhǔn)矢量R＝R_xe_x+R_ye_y。

基準(zhǔn)矢量R可以表示例如預(yù)期合磁力F或者定義磁懸浮系統(tǒng)的操作的一些其他控制量的預(yù)期值，所述其他控制量諸如電流平方的平衡矢量(i_x+²-i_x-²)e_x+(i_y+²-i_y-²)e_y，其中i_x+、i_x-、i_y+和i_y-是磁懸浮系統(tǒng)的繞組的電流。在圖1d中用框115a描繪出使用預(yù)定的規(guī)則來(lái)產(chǎn)生基準(zhǔn)矢量。此外，在此情形下，預(yù)定的規(guī)則可以包括例如比例-積分“PI”控制算法、比例-積分-微分“PID”控制算法、比例-微分“PD”控制算法或者一些其他適用的控制算法。功能部109a被配置成從基準(zhǔn)矢量R減去表示主合磁力F或者定義磁懸浮系統(tǒng)的操作的其他控制量的矢量Q＝Q_xe_x+Q_ye_y，所述其他控制量諸如電流平方的平衡矢量(i_x+²-i_x-²)e_x+(i_y+²-i_y-²)e_y。在該示例性情形下，根據(jù)指示繞組的主電流的信息導(dǎo)出矢量Q。圖1d中所示的功能框116表示矢量Q的推導(dǎo)。指示主電流的信息包括電流的測(cè)量值或估計(jì)值。原則上，矢量Q也可以基于測(cè)量或估計(jì)的磁力或者測(cè)量或估計(jì)的磁通。

上述控制原則是基于假定合磁力F的變化方向充分接近下列電壓矢量的方向：

V＝(V_x+-V_x-)e_x+(V_y+-V_y-)e_y (2)

如前在方程式(1)中所示，合磁力F的變化率矢量dF/dt與下列矢量成比例：

dF/dt～(2Φ_x+×V_x+-2Φ_x-×V_x-)e_x+(2Φ_y+×V_y+-2Φ_y-×V_y-)e_y

可以看出，如果磁通Φ_x+、Φ_x-、Φ_y+和Φ_y-彼此相等，即Φ_x+＝Φ_x-＝Φ_y+＝Φ_y-，則電壓矢量V的方向是合磁力F的變化方向，即V與dF/dt之間的角度為零。

盡管這種假設(shè)可應(yīng)用于許多情況下，但可能存在這樣的情況，其中可以通過(guò)使用更加精確的模型來(lái)選擇導(dǎo)引至磁懸浮系統(tǒng)的繞組的電壓而提高控制的質(zhì)量。

在根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的控制設(shè)備中，功能部110被配置成維護(hù)用于校正對(duì)控制方向的選擇的校正模型。在圖1c和1d中用框115描繪出校正模型。校正模型包含有關(guān)磁懸浮系統(tǒng)的磁路特性的信息并且被配置成接收指示所選的控制方向CD、繞組的主電流i_x+、i_x-、i_y+和i_y-、以及物體的位置矢量P＝P_xe_x+P_ye_y的輸入信息。可以例如借助于校正查找表實(shí)現(xiàn)校正模型，校正查找表的內(nèi)容值可以例如通過(guò)檢查(例如，使用仿真)在不同的電流值以及物體的不同位置下矢量V與dF/dt的相互偏差如何而生成。借助于校正模型，可以將有關(guān)例如磁路的幾何形狀、磁性飽和以及懸浮物體的位置對(duì)生成磁力的影響的因素考慮在內(nèi)。

根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的控制設(shè)備被配置成根據(jù)以下因素來(lái)確定時(shí)間上連續(xù)的控制時(shí)段中的每一個(gè)的時(shí)間長(zhǎng)度：(i)指示控制的控制量(例如，合磁力F的x分量和y分量)的所需變化的控制值C_x和C_y，以及(ii)針對(duì)考慮中的控制時(shí)段所設(shè)定的電壓至少部分地確定考慮中的控制量中的每一個(gè)的變化率的事實(shí)。在許多情形下，由于僅在需要時(shí)才做出切換，這種方法降低了電壓源的切換頻率。例如，選擇電壓的功能實(shí)體111可以被提供有確定控制時(shí)段的時(shí)間長(zhǎng)度的計(jì)算能力。一種更加簡(jiǎn)單直接的方法是使用具有恒定時(shí)間長(zhǎng)度的控制時(shí)段。

根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的控制設(shè)備被配置成響應(yīng)于指示控制量的所需變化的控制矢量C＝C_xe_x+C_ye_y的矢量范數(shù)低于預(yù)定限值的情況而保持電壓不變，以降低切換頻率。矢量范數(shù)可以是例如歐氏范數(shù)(Euclidean norm)或者一些其他適用的矢量范數(shù)。

在許多磁懸浮系統(tǒng)中，繞組構(gòu)成相互不重疊的一個(gè)或多個(gè)繞組群，使得屬于相同繞組群的繞組能夠生成合磁力的相互抵消的分量。術(shù)語(yǔ)“相互不重疊”的含義是每個(gè)繞組屬于唯一的繞組群，即沒(méi)有繞組屬于兩個(gè)或多個(gè)繞組群。例如，在圖1a所示的示例性磁懸浮系統(tǒng)中，繞組105x+與105x-構(gòu)成第一繞組群，并且繞組105y+與105y-構(gòu)成第二繞組群。由于屬于相同繞組群的繞組能夠生成相互抵消的磁力，當(dāng)由這些繞組生成的磁力都改變相同的量時(shí)，合磁力不發(fā)生變化。例如，如果由繞組105x+和105x-生成的磁力均增加或減少ΔF，合磁力F保持不變。這對(duì)于繞組105y+和105y-也同樣成立。因此，繞組105x+和105x-的電流都可以被增加或減少，使得合磁力F保持不變。這對(duì)于繞組105y+和105y-的電流也同樣成立。因此，可以在繞組的電流的不同操作點(diǎn)達(dá)成相同的合磁力F。換言之，在存在預(yù)期合磁力F的情況下，電流的操作點(diǎn)可能處于預(yù)期區(qū)域上，但電流的操作點(diǎn)也可能處于預(yù)期區(qū)域之外。在許多情形下，需要確保電流的操作點(diǎn)保持在預(yù)期區(qū)域上，原因是不必要的強(qiáng)電流會(huì)導(dǎo)致重大損耗，而不必要的弱電流可能導(dǎo)致在電流中的一個(gè)降至過(guò)于接近零時(shí)使控制停止工作的情況。替代繞組的電流，可能考慮其他操作量，諸如力或者磁通，而它們與電流密切相關(guān)。另外，可能使用電流平方i²作為考慮中的控制量。

接下來(lái)，我們考慮上述類(lèi)型的繞組群，例如，由繞組105x+與105x-構(gòu)成的繞組群。由繞組群的繞組生成的磁力的合力可以通過(guò)僅使用磁力的非負(fù)變化或者僅使用磁力的非正變化而被調(diào)節(jié)。可以通過(guò)以下方式來(lái)理解這一點(diǎn)。我們首先假設(shè)完成了磁力的合力中的預(yù)期變化，使得使磁力中的一些增大，使磁力中的一些減小，并且可能使磁力中的一些保持不變。如果我們僅僅想要使用非正變化，則我們使全部磁力減小至少增大量中最大一個(gè)的量。這不會(huì)改變磁力的合力，但作為推論，沒(méi)有磁力增大，而其中每一個(gè)都減小或者保持不變。相應(yīng)地，如果我們僅僅想要使用非負(fù)變化，則我們使全部磁力增大至少減小量的絕對(duì)值中最大一個(gè)的量。這不會(huì)改變磁力的合力，但作為推論，沒(méi)有磁力減小，而其中每一個(gè)都增大或者保持不變。可以通過(guò)僅使用磁力的非負(fù)變化而使繞組的電流的操作點(diǎn)向上移動(dòng)以調(diào)節(jié)磁力的合力。相應(yīng)地，可以通過(guò)僅使用磁力的非正變化而使繞組的電流的操作點(diǎn)向下移動(dòng)以調(diào)節(jié)磁力的合力。這種原則也可應(yīng)用于例如這樣的情況，徑向磁軸承的勵(lì)磁器包括六個(gè)支腳以及三個(gè)繞組，其中如同圖1a中所示的繞組105x+、105y+、105x-和105y-被定位成在周向上彼此相隔90度，這三個(gè)繞組以對(duì)應(yīng)的方式被定位成在周向上彼此相隔120度。上述三個(gè)繞組構(gòu)成能夠生成三個(gè)相互抵消的磁力的繞組群，即合磁力的三個(gè)相互抵消的分量。

在根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的控制設(shè)備中，功能部111被配置成響應(yīng)于需要降低考慮中的繞組群的控制量(例如，電流)的操作點(diǎn)，針對(duì)各自由繞組中的至少兩個(gè)繞組構(gòu)成并且能夠生成合磁力的相互抵消的分量的相互不重疊的一個(gè)或多個(gè)中的每一個(gè)繞組群，僅使用零電壓以及減少電流的電壓而非增加電流的電壓。應(yīng)當(dāng)指出，由于導(dǎo)體的電阻以及電力電子構(gòu)件的導(dǎo)電狀態(tài)閾電壓，上述“零電壓”通常意指稍負(fù)的電壓。在圖1a中所示的示例性情形下，繞組105x+與105x-構(gòu)成上述繞組群中的第一繞組群，并且繞組105y+與105y-構(gòu)成上述繞組群中的第二繞組群。

在根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的控制設(shè)備中，功能部111被配置成響應(yīng)于需要提高考慮中的繞組群的控制量(例如，電流)的操作點(diǎn)，針對(duì)一個(gè)或多個(gè)繞組群中的每一個(gè)，僅使用零電壓以及增加電流的電壓而非減少電流的電壓。

值得注意的是，在繞組可以被分組成至少兩個(gè)繞組群的情形下，例如在圖1a中所示的情形下，也可以將全部繞組處理為單個(gè)繞組群。如前所討論，對(duì)繞組群的需求在于生成相互抵消的磁力的能力。當(dāng)全部繞組被處理為單個(gè)繞組群時(shí)，可以通過(guò)不使用減少電流的電壓而提高全部繞組的控制量(例如電流)的操作點(diǎn)，并且可以通過(guò)不使用增加電流的電壓而降低操作點(diǎn)，但自然地，不可能提高繞組中的一些的控制量的操作點(diǎn)，而同時(shí)降低繞組中的另一些的控制量的操作點(diǎn)。

如前所述，借助于選擇查找表來(lái)輸出電壓選擇符S_x+、S_x-、S_y+和S_y-，用于選擇電壓并且在圖1a、1c和1d中示出的功能部111可以被實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的控制設(shè)備被配置成維護(hù)選擇查找表，使得選擇查找表包括兩個(gè)或多個(gè)子表，每個(gè)子表根據(jù)所選的控制方向CD而輸出電壓選擇符S_x+、S_x-、S_y+和S_y-。功能部111或者控制設(shè)備101的一些其他部分被配置成針對(duì)各自由繞組中的至少兩個(gè)構(gòu)成并且可以生成合磁力的相互抵消的分量的相互不重疊的一個(gè)或多個(gè)繞組群中的每一個(gè)，至少部分地根據(jù)考慮中的繞組群的控制量(例如電流)選擇子表中的一個(gè)。在圖1a中所示的示例性情形下，繞組105x+和105x-可以被視為屬于第一繞組群，該第一繞組群是繞組群-X，并且繞組105y+和105y-可以被視為屬于第二繞組群，該第二繞組群是繞組群-Y，或者全部繞組都可以被視為屬于相同的繞組群。

結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的控制設(shè)備，選擇查找表包括第一子表、第二子表以及第三子表。第一子表是減少電流的子表，其僅允許減少電流的電壓以及零電壓。第二子表是全電壓子表，其允許減少電流的電壓、零電壓以及增加電流的電壓。第三子表是增加電流的子表，其僅允許增加電流的電壓以及零電壓。下面在表2a、2b和2c中呈現(xiàn)上述用于圖1a中所示的示例性磁懸浮系統(tǒng)的子表。第二子表，即表2a，類(lèi)似于如前所示的表1，但下面方便起見(jiàn)仍呈現(xiàn)該表。子表中的符號(hào)類(lèi)似于表1中的那些符號(hào)。

表2a.示例性減少電流的子表

表2b.示例性全電壓的子表

表2c.示例性增加電流的子表

功能部111或者控制設(shè)備101的一些其他部分被配置成響應(yīng)于需要降低繞組群-X的控制量(例如電流)的操作點(diǎn)，針對(duì)繞組群-X(即繞組105x+和105x-)，選擇減少電流的子表(即表2a)。相應(yīng)地，功能部111或者控制設(shè)備101的一些其他部分被配置成響應(yīng)于需要提高繞組群-X的控制量的操作點(diǎn)，針對(duì)繞組群-X，選擇增加電流的子表，即表2c。相應(yīng)地，功能部111或者控制設(shè)備101的一些其他部分被配置成響應(yīng)于需要降低繞組群-Y的控制量(例如電流)的操作點(diǎn)，針對(duì)繞組群-Y(即繞組105y+和105y-)，選擇減少電流的子表，即表2a，并且響應(yīng)于需要提高繞組群-Y的控制量的操作點(diǎn)，針對(duì)繞組群-Y，選擇增加電流的子表，即表2c。通過(guò)由控制設(shè)備101接收到的控制信號(hào)OP，指示需要提高或者降低操作點(diǎn)。

值得注意的是，針對(duì)一個(gè)繞組群使用減少電流的子表或者增加電流的子表并且針對(duì)另一個(gè)繞組群使用全電壓子表改變圖1b中所呈現(xiàn)的可選控制方向的集合。例如，在減少電流的子表或者增加電流的子表被使用于繞組群-X并且全電壓子表被使用于繞組群-Y的情形下，可選控制方向x+/y+、x-/y+、x-/y+和x+/y-被替換成與x軸所成的角度為arctan(2)的控制方向，即非arctan(1)＝45度。

在根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的控制設(shè)備中，功能部111被配置成針對(duì)繞組群中的一個(gè)，響應(yīng)于減少電流或者電流的子表需要被選擇給繞組群中的另一個(gè)的情況，選擇減少電流或者電流的子表。在此情形下，可能的控制方向的集合關(guān)于全電壓子表被使用于全部繞組群的情況保持不變。在繞組群中的一個(gè)的控制量的操作點(diǎn)處于預(yù)期區(qū)域并且由此不希望改變這些操作點(diǎn)的情形下，可以在連續(xù)的控制時(shí)段上交替地對(duì)該繞組群使用減少電流以及增加電流的子表。

在根據(jù)本發(fā)明的另一示例性且非限制性實(shí)施例的控制設(shè)備中，允許功能部針對(duì)繞組群中的一個(gè)選擇減少電流的子表或者增加電流的子表并且針對(duì)繞組群中的另一個(gè)選擇全電壓子表。功能部110被配置成改變可選控制方向的集合并且由此改變圖1b中所示的扇區(qū)s₁至s₈的邊界。

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的包括控制設(shè)備201的磁懸浮系統(tǒng)的示意圖。在圖2中所示的示例性情形下，磁懸浮系統(tǒng)是軸向磁軸承，用于在與物體的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)軸平行的方向上支承物體208。圖2僅示出物體208的一部分。旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)軸與圖2中所示的z軸平行。懸浮的物體208可以例如是電極的轉(zhuǎn)子。磁懸浮系統(tǒng)包括勵(lì)磁器204z+和204z-，構(gòu)成用于以磁力支承物體208的電磁體。勵(lì)磁器204z+包括鐵磁芯結(jié)構(gòu)以及繞組205z+，用于生成向物體208引導(dǎo)沿z軸正方向的磁力的磁通。對(duì)應(yīng)地，勵(lì)磁器204z-包括鐵磁芯結(jié)構(gòu)以及繞組205z-，用于生成向物體208引導(dǎo)沿z軸負(fù)方向的磁力的磁通。磁懸浮系統(tǒng)包括用于生成位置信號(hào)P_z的設(shè)備，該位置信號(hào)指示物體208相對(duì)于勵(lì)磁器的位置。在此示例性情形下，位置P_z指示物體208的預(yù)定點(diǎn)的z坐標(biāo)。

在圖2中所示的示例性情形下，用于生成位置信號(hào)的設(shè)備包括傳感器206以及用于根據(jù)傳感器的輸出信號(hào)來(lái)生成位置信號(hào)P_z的電路213。例如但并非必然，傳感器206可以是電感式傳感器，其中電感取決于從傳感器到物體208的錐形表面的距離，并且電路213可以被配置成根據(jù)電感而形成位置信號(hào)P_z。有利地，用于生成位置信號(hào)P_z的設(shè)備還包括面朝物體208的另一個(gè)錐形表面的另一個(gè)傳感器，其中該另一個(gè)錐形表面沿負(fù)z方向漸縮。其中情形下，電路213可以被配置成根據(jù)傳感器的電感之間的差異而形成位置信號(hào)P_z。在圖2中并未示出另一個(gè)傳感器以及物體208的另一個(gè)錐形表面。

磁懸浮系統(tǒng)包括可控的電壓源207z+和207z-，用于將可控電壓導(dǎo)引至繞組205z+和205z-。在圖2中所示的示例性磁懸浮系統(tǒng)中，電壓源是三電平電壓源，其中每一個(gè)都可以產(chǎn)生三個(gè)離散電壓值。電壓源由三電平電壓選擇符S_z+和S_z-來(lái)控制，例如，使得電壓選擇符S_z+確定由電壓源207z+產(chǎn)生的電壓為正、為負(fù)還是大體上為零。

磁懸浮系統(tǒng)包括控制設(shè)備201，用于控制勵(lì)磁器204z+和204z-?？刂圃O(shè)備包括用于接收位置信號(hào)P_z的信號(hào)輸入202以及用于在時(shí)間上連續(xù)的控制時(shí)段以時(shí)間離散的方式控制導(dǎo)引至繞組205z+和205z-的電壓的控制器203。根據(jù)物體208的位置與物體的基準(zhǔn)位置之間的偏差，對(duì)電壓進(jìn)行控制?？刂破?03包括功能部209，用于至少部分地根據(jù)位置信號(hào)P_z而針對(duì)時(shí)間上連續(xù)的控制時(shí)段中的每一個(gè)產(chǎn)生控制值C_z?？刂浦礐_z指示應(yīng)當(dāng)改變導(dǎo)向至物體208的合磁力F的方向以便減少位置偏差。

控制器203包括功能部210，用于針對(duì)時(shí)間上連續(xù)的控制時(shí)段中的每一個(gè)而選擇控制方向CD，使得通過(guò)改變所選的控制方向上的合磁力F而提高合磁力減小位置偏差的能力。控制器203包括功能部211，用于針對(duì)時(shí)間上連續(xù)的控制時(shí)段中的每一個(gè)而根據(jù)所選的控制方向CD來(lái)設(shè)定繞組205z+和205z-的電壓，以通過(guò)借助于電壓來(lái)改變合磁力而減小位置偏差。

在圖中所示的示例性情形下，繞組205z+和205z-構(gòu)成能夠生成相互抵消的磁力的繞組群。在根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的控制設(shè)備中，功能部211被配置成響應(yīng)于需要降低繞組的控制量(例如，電流)的操作點(diǎn)，針對(duì)繞組205z+和205z-，僅使用零電壓以及減少電流的電壓而非增加電流的電壓。

在根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的控制設(shè)備中，功能部211被配置成響應(yīng)于需要提高繞組的控制量(例如，電流)的操作點(diǎn)，針對(duì)繞組205z+和205z-，僅使用零電壓以及增加電流的電壓而非減少電流的電壓。

圖1a和2中所示的控制設(shè)備101和201可以利用一個(gè)或多個(gè)模擬電路和/或利用一個(gè)或多個(gè)數(shù)字處理器電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，一個(gè)或多個(gè)數(shù)字處理器電路中每一個(gè)可以是裝備有適當(dāng)軟件的可編程處理器電路、例如專(zhuān)用集成電路“ASIC”的專(zhuān)用硬件處理器或者例如現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列“FPGA”的可配置硬件處理器。

圖3a示出用于控制磁懸浮系統(tǒng)的根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的方法的流程圖，所述磁懸浮系統(tǒng)可以例如但并非必然是主動(dòng)磁軸承“AMB”。所述方法包括：

-在階段301中，接收指示通過(guò)一個(gè)或多個(gè)磁通懸浮的物體的位置的位置信號(hào)，以及

-在階段302中，根據(jù)物體的位置與基準(zhǔn)位置的偏差，控制導(dǎo)引至磁懸浮系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)繞組的一個(gè)或多個(gè)電壓，以控制導(dǎo)向至物體的合磁力。

在階段302中對(duì)一個(gè)或多個(gè)電壓的控制包括下列動(dòng)作：

-動(dòng)作303：針對(duì)時(shí)間上連續(xù)的控制時(shí)段中的每一個(gè)，選擇控制方向，使得所選的控制方向上的合磁力改變提高作用于物體的總力減小位置偏差的能力，以及

-動(dòng)作304：針對(duì)時(shí)間上連續(xù)的控制時(shí)段中的每一個(gè)，根據(jù)所選的控制方向來(lái)設(shè)定一個(gè)或多個(gè)電壓，以通過(guò)借助于一個(gè)或多個(gè)電壓來(lái)改變合磁力而減小位置偏差。

在根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的方法中，用于設(shè)定一個(gè)或多個(gè)電壓的動(dòng)作304包括圖3b中所示的下列子動(dòng)作：

-子動(dòng)作311：響應(yīng)于降低考慮中的繞組群的操作量(例如，電流、磁通或者力)的操作點(diǎn)的需要(310)，針對(duì)各自由繞組中的至少兩個(gè)構(gòu)成并且能夠生成合磁力的相互抵消的分量的相互不重疊的一個(gè)或多個(gè)繞組群中的每一個(gè)，僅允許零電壓以及減少電流的電壓而非增加電流的電壓，

-子動(dòng)作313：響應(yīng)于提高考慮中的繞組群的操作量的操作點(diǎn)的需要(312)，針對(duì)繞組群中的每一個(gè)，僅允許零電壓以及增加電流的電壓而非減少電流的電壓，以及

-子動(dòng)作314：根據(jù)所選的控制方向并且使用所允許的電壓，設(shè)定一個(gè)或多個(gè)電壓。

根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的方法包括使用預(yù)定的規(guī)則來(lái)根據(jù)位置偏差而針對(duì)定義磁懸浮系統(tǒng)的操作的一個(gè)或多個(gè)控制量生成一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)值。所述方法包括從基準(zhǔn)值減去對(duì)應(yīng)于時(shí)間上連續(xù)的控制時(shí)段的前一個(gè)時(shí)段的先前基準(zhǔn)值，以產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)控制值。所述方法包括根據(jù)一個(gè)或多個(gè)控制值而選擇控制方向。

根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的方法包括使用預(yù)定的規(guī)則來(lái)根據(jù)位置偏差而產(chǎn)生用于定義磁懸浮系統(tǒng)的操作的一個(gè)或多個(gè)控制量的一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)值。所述方法包括從基準(zhǔn)值減去指示一個(gè)或多個(gè)控制量的主值，以產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)控制值。所述方法包括根據(jù)一個(gè)或多個(gè)控制值而選擇控制方向。

根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的方法包括維護(hù)用于校正對(duì)控制方向的選擇的校正模型。校正模型包含有關(guān)磁懸浮系統(tǒng)的磁路特性的信息并且被配置成接收指示所選的控制方向、繞組的主電流以及物體的位置的輸入信息。

根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的方法包括根據(jù)以下因素來(lái)確定時(shí)間上連續(xù)的控制時(shí)段中的每一個(gè)的時(shí)間長(zhǎng)度：(i)指示一個(gè)或多個(gè)控制量的所需變化的一個(gè)或多個(gè)控制值，以及(ii)針對(duì)考慮中的控制時(shí)段所設(shè)定的一個(gè)或多個(gè)電壓至少部分地確定一個(gè)或多個(gè)控制量中的每一個(gè)的變化率的事實(shí)。

根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的方法包括響應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)控制值的矢量范數(shù)低于預(yù)定限值的情況，為了降低切換頻率而保持一個(gè)或多個(gè)電壓相對(duì)于時(shí)間上連續(xù)的控制時(shí)段中的前一個(gè)時(shí)段期間所使用的一個(gè)或多個(gè)電壓保持不變。

根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的方法包括從可選控制方向的集合(例如，圖1b中所示的x+、x-、y+、y-、x+/y+、x+/y-、x-/y+、x-/y-)中選擇控制方向，并且根據(jù)所選的控制方向，針對(duì)一個(gè)或多個(gè)電壓中的每一個(gè)，從可選電壓值的集合中選擇電壓值，例如，≈+U_DC、≈0、≈-U_DC。

根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的方法包括維護(hù)選擇查找表，用于根據(jù)包括所選的控制方向的指示符的查找鍵而輸出一個(gè)或多個(gè)電壓選擇符，所述一個(gè)或多個(gè)電壓選擇符適用于控制一個(gè)或多個(gè)可控電壓源以根據(jù)所選的控制方向而產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)電壓。

在根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的方法中，選擇查找表包括兩個(gè)或多個(gè)子表，每個(gè)子表根據(jù)所選的控制方向而輸出一個(gè)或多個(gè)電壓選擇符。所述方法包括針對(duì)各自由繞組中的至少兩個(gè)構(gòu)成并且可以生成合磁力的相互抵消的分量的相互不重疊的一個(gè)或多個(gè)繞組群中的每一個(gè)，至少部分地根據(jù)考慮中的繞組群的操作量，選擇子表中的一個(gè)。

在根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的方法中，子表中的第一個(gè)子表僅允許減少電流的電壓以及零電壓，子表中的第二個(gè)子表允許減少電流的電壓、零電壓以及增加電流的電壓，并且子表中的第三個(gè)子表僅允許增加電流的電壓以及零電壓。所述方法包括響應(yīng)于需要降低考慮中的繞組群的操作量的操作點(diǎn)，選擇子表中的第一個(gè)子表，并且響應(yīng)于需要提高考慮中的繞組群的操作量的操作點(diǎn)，選擇子表中的第三個(gè)子表。

根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的方法包括針對(duì)繞組群中的第一個(gè)，響應(yīng)于針對(duì)繞組群中的第二個(gè)繞組群需要選擇子表中的第一個(gè)子表或者第三個(gè)子表的情況，選擇子表中的第一個(gè)子表或者第三個(gè)子表。

在根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的方法中，位置信號(hào)構(gòu)成表達(dá)物體在二維平面坐標(biāo)系中的位置的位置矢量，該坐標(biāo)系的原點(diǎn)位于基準(zhǔn)位置并且其中由彼此在二維平面坐標(biāo)系的原點(diǎn)相交的第一幾何線定義可選控制方向。所述方法包括選擇可選控制方向中的一個(gè)，使得所選的控制方向上的合磁力改變提高總力減小位置矢量的量值的能力。

在根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的方法中，二維平面坐標(biāo)系被彼此在原點(diǎn)相交的第二幾何線分成扇區(qū)，使得可選控制方向中的每一個(gè)屬于扇區(qū)中的一個(gè)并且每個(gè)扇區(qū)的對(duì)稱(chēng)線是可選控制方向中的一個(gè)。

根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的方法包括確定位置矢量的反向矢量所屬于的所述扇區(qū)中的特定一個(gè)扇區(qū)，并且選擇屬于所確定的扇區(qū)的控制方向。

根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的方法包括使用預(yù)定的規(guī)則來(lái)根據(jù)位置矢量而產(chǎn)生定義磁懸浮系統(tǒng)的操作的控制量的基準(zhǔn)矢量。所述方法包括從基準(zhǔn)矢量減去對(duì)應(yīng)于時(shí)間上連續(xù)的控制時(shí)段的前一個(gè)時(shí)段的先前基準(zhǔn)矢量，以產(chǎn)生控制矢量。另外，所述方法包括確定控制矢量所屬于的所述扇區(qū)中的特定一個(gè)扇區(qū)，并且選擇屬于所確定的扇區(qū)的控制方向。

根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的方法包括使用預(yù)定的規(guī)則來(lái)根據(jù)位置矢量而產(chǎn)生定義磁懸浮系統(tǒng)的操作的控制量的基準(zhǔn)矢量。所述方法包括從基準(zhǔn)矢量減去指示控制量的主值的矢量，以產(chǎn)生控制矢量。另外，所述方法包括確定控制矢量所屬于的扇區(qū)中的特定一個(gè)扇區(qū)，并且選擇屬于所確定的扇區(qū)的控制方向。

在根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的方法中，扇區(qū)的圓心角與扇區(qū)特定電壓矢量的量值成比例，使得越大的扇區(qū)特定電壓矢量的量值對(duì)應(yīng)于越大的對(duì)應(yīng)扇區(qū)的圓心角。每個(gè)扇區(qū)特定電壓矢量是與關(guān)于考慮中的扇區(qū)的控制方向相對(duì)應(yīng)的電壓的矢量。

在根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的方法中，比值sin(α_i/2)/V_i對(duì)于全部扇區(qū)是相同的，其中α_i是第i個(gè)扇區(qū)的圓心角，V_i是與第i個(gè)扇區(qū)有關(guān)的扇區(qū)特定電壓矢量的量值，并且i＝1,2,...,N，N為扇區(qū)的數(shù)量。

根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的方法包括維護(hù)用于校正對(duì)控制方向的選擇的校正查找表。校正查找表包含有關(guān)磁懸浮系統(tǒng)的磁路特性的信息并且被配置成接收指示所選的控制方向、繞組的主電流以及物體的位置的輸入信息。

根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的計(jì)算機(jī)程序包括計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，用于控制可編程處理系統(tǒng)以執(zhí)行與根據(jù)本發(fā)明的上述示例性實(shí)施例中的任一項(xiàng)所述的方法相關(guān)的動(dòng)作。

根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的計(jì)算機(jī)程序包括軟件工具，用于控制可編程處理系統(tǒng)以根據(jù)物體的位置與物體的基準(zhǔn)位置的偏差，控制導(dǎo)引至磁懸浮系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)繞組的一個(gè)或多個(gè)電壓，以控制導(dǎo)向至物體的合磁力。軟件工具包括計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，用于控制可編程處理系統(tǒng)以：

-針對(duì)時(shí)間上連續(xù)的控制時(shí)段中的每一個(gè)，選擇控制方向，使得所選的控制方向上的合磁力的改變提高作用于所述物體的總力減小位置偏差的能力，以及

-針對(duì)時(shí)間上連續(xù)的控制時(shí)段中的每一個(gè)，根據(jù)所選的控制方向來(lái)設(shè)定一個(gè)或多個(gè)電壓，以通過(guò)借助于一個(gè)或多個(gè)電壓來(lái)改變合磁力而減小位置偏差。

在根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的計(jì)算機(jī)程序中，軟件工具進(jìn)一步包括計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，用于控制可編程處理系統(tǒng)以響應(yīng)于需要降低考慮中的繞組群的控制量的操作點(diǎn)，針對(duì)各自由繞組中的至少兩個(gè)構(gòu)成并且可以生成合磁力的相互抵消的分量的相互不重疊的一個(gè)或多個(gè)繞組群中的每一個(gè)，僅使用零電壓以及減少電流的電壓。

在根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的計(jì)算機(jī)程序中，軟件工具進(jìn)一步包括計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，用于控制可編程處理系統(tǒng)以響應(yīng)于需要提高考慮中的繞組群的控制量的操作點(diǎn)，針對(duì)各自由繞組中的至少兩個(gè)構(gòu)成并且可以生成合磁力的相互抵消的分量的相互不重疊的一個(gè)或多個(gè)繞組群中的每一個(gè)，僅使用零電壓以及增加電流的電壓。

軟件工具可以例如是利用適用的編程語(yǔ)言并且利用適用于該編程語(yǔ)言以及上述可編程處理系統(tǒng)的編譯器來(lái)實(shí)現(xiàn)的子例程或者函數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括編碼有根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例所述的計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，例如，光盤(pán)。

根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性實(shí)施例的信號(hào)被編碼成承載定義根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例所述的計(jì)算機(jī)程序的信息。

上文給出的描述中所提供的具體示例不應(yīng)被解讀為限制所附權(quán)利要求的范圍和/或適用性。