[發明專利]一種磁懸浮分子泵轉子章動峰振動控制方法

有效

• 申請號: 201110272653.1
• 申請日: 2011-09-15
• 公開（公告）號: CN102392828B
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 張剴;武涵;李奇志;張小章;鄒蒙
• 申請（專利權）人: 北京中科科儀股份有限公司;清華大學
• 主分類號: F04D27/00
• 分類號: F04D27/00
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 張杰

技術領域

本發明涉及一種磁懸浮分子泵控制方法，具體地說是一種磁懸浮分子泵的轉子章動峰振動控制方法。

背景技術

分子泵是利用高速旋轉的轉子把動量傳輸給氣體分子，使之獲得定向速度，從而被壓縮、被驅向排氣口后為前級抽走的一種真空泵。磁懸浮分子泵是利用磁軸承產生電磁力使轉子懸浮在空中，實現轉子和定子之間無機械接觸且轉子位置可主動控制的一種新型高性能分子泵。由于磁懸浮分子泵具有無摩擦、無需潤滑、無污染、高速度、壽命長等優點，因此磁懸浮分子泵廣泛用于高真空度、高潔凈度的真空獲得領域。

磁懸浮分子泵是一種高速旋轉的機械，它依靠磁軸承將其轉子懸浮在空中。磁懸浮分子泵轉子在升速過程中，轉子由于陀螺效應而產生章動。磁懸浮分子泵轉子的章動是指轉子自轉軸繞公轉軸的正進動。磁懸浮分子泵轉子的章動峰是指轉子章動所造成的振動位移頻譜峰，章動峰幅值是指該頻譜峰的數值大小，章動峰頻率是指轉子章動的頻率。磁懸浮分子泵轉子的章動峰的幅值和頻率會隨著轉子轉速的變化而變化。如果磁懸浮分子泵轉子的章動峰頻率與磁懸浮分子泵定子結構或轉子葉片固有的某種模態頻率相同且幅值足夠大時，會引起共振導致轉子失穩，因此必須對轉子的章動峰進行抑制。常見的轉子章動峰抑制方法是通過對轉子施加與陀螺力矩反向的力矩來抑制轉子章動峰引起的振動，此處的力矩一般是根據經驗值預先設定的。其中，陀螺力矩是指高速旋轉的轉子當旋轉軸在空間中改變方位時所表現出的抗阻力矩，其大小與轉子轉動慣量、轉速及自轉軸的進動角速度成正比。由于轉子章動峰的幅值和頻率是隨轉子轉速變化而變化的，如果采用固定參數來抑制章動峰，則無法對整個轉子工作轉速范圍的轉子振動實現良好控制；如果系統的結構或者特性發生變化時，轉子章動峰也會隨之變化，則預先設定的控制參數可能無法實現對轉子章動峰的抑制。

為解決上述問題，本發明提出了一種磁懸浮分子泵轉子章動峰振動控制方法，該方法可以實現在整個轉子工作轉速范圍內對轉子章動自動實現良好的抑制，保證磁懸浮分子泵穩定運行。

發明內容

為此，本發明所要解決的技術問題在于現有技術中磁懸浮分子泵轉子章動峰抑制方法中，其控制參數固定，抑制效果受到限制，從而提出一種可以自動檢測磁懸浮分子泵轉子章動峰的變化情況，并自動修改相應的控制參數的磁懸浮分子泵轉子章動峰振動控制方法。

為解決上述技術問題，本發明提出的磁懸浮分子泵轉子章動峰振動控制方法，包括如下步驟：

（1）磁懸浮分子泵轉子升速時，磁懸浮分子泵控制器控制轉子位移檢測裝置采集所述磁懸浮分子泵轉子的位移信號，并將所述位移信號傳輸給轉子振動檢測裝置；

（2）所述轉子振動檢測裝置中設置有數字信號處理單元，所述數字信號處理單元將所述位移信號進行快速傅立葉變換得到轉子振動頻譜，根據所述轉子振動頻譜得到轉子章動峰的頻率和幅值，然后將所述轉子章動峰的頻率和幅值傳輸到所述磁懸浮分子泵控制器中；

（3）所述磁懸浮分子泵控制器包括轉子章動峰振動控制單元，所述章動峰控制單元中預先設置有控制參數，所述磁懸浮分子泵控制器中預先設置有轉子章動峰的預設穩定工作閾值和預設安全閾值，所述磁懸浮分子泵控制器判斷步驟（2）中得到的轉子章動峰的幅值是否超過所述預設穩定工作閾值，如果所述轉子章動峰的幅值超過所述預設穩定工作閾值，則修改所述轉子章動峰振動控制單元的控制參數來抑制章動峰；

（4）當轉子轉速變化時，重復步驟（1）-（3），從而得到適合各個轉速段的一系列轉子章動峰振動控制單元的控制參數，將所述轉子章動峰振動控制單元的控制參數記錄在泵內存儲器中；

所述轉子章動峰振動控制單元的控制參數包括一系列章動峰抑制控制參數及其對應的速度范圍；

在上述過程中，如果所述轉子振動檢測裝置檢測到轉子振動超過所述預設安全閾值，所述磁懸浮分子泵控制器則控制電機停機，保證磁懸浮分子泵的運行安全；

（5）所述磁懸浮分子泵控制器控制速度檢測裝置檢測轉子轉速，并根據轉子轉速調用步驟（4）中所述該轉速段對應的控制參數進行控制，從而保證磁懸浮分子泵穩定工作。

在所述步驟（2）中，所述數字信號處理單元包含高速數字處理芯片。

在所述步驟（3）中，設置的所述轉子章動峰的預設穩定工作閾值為轉子本頻振動幅值的30%，設置的所述轉子章動峰的預設安全閾值為轉子本頻振動幅值的60%。

本發明的上述技術方案相比現有技術具有以下優點，