[發明專利]一種磁懸浮分子泵降速過程中的平穩控制方法

有效

• 申請號: 201110341106.4
• 申請日: 2011-11-02
• 公開（公告）號: CN102425559A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 張剴;武涵;李奇志;張小章;鄒蒙
• 申請（專利權）人: 北京中科科儀技術發展有限責任公司;清華大學
• 主分類號: F04D27/02
• 分類號: F04D27/02;F04D19/04
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 劉守憲

技術領域

本發明涉及一種磁懸浮分子泵不平衡控制方法，具體地說是一種磁懸浮分子泵在降速過程中的平穩控制方法。

背景技術

磁懸浮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，從而被壓縮并驅向排氣口，后被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。

如圖1所示，磁懸浮分子泵一般包括：磁懸浮分子泵泵體1、磁懸浮分子泵轉子2、磁懸浮分子泵葉輪3、推力盤4、磁懸浮分子泵電機5、第一徑向磁軸承6、第二徑向磁軸承7、軸向磁軸承8、第一徑向保護軸承9、第二徑向保護軸承10、軸向保護軸承11、第一徑向位移傳感器12、第二徑向位移傳感器13、軸向位移傳感器14、轉子轉速檢測裝置15、轉子位移檢測裝置16、磁懸浮分子泵控制器17。對于磁懸浮分子泵來說，由于轉子零件加工精度的限制，轉子的質量分布不均勻，存在不平衡質量，導致轉子的幾何中心和質量中心不重合。在轉子轉動過程中，轉子的不平衡質量會引起轉子同頻振動，轉速越高，振動越明顯，這樣將嚴重影響分子泵運行的平穩性，因此需要對轉子的同頻振動進行抑制。由于轉子不平衡質量難以完全消除，為了在運行過程中盡可能減小轉子同頻激振力，經常使用不平衡控制算法抑制轉子的同頻振動。

不平衡控制算法主要有兩種，力自由控制算法和力控制控制算法。力自由控制算法基本思想是產生一個和轉子同頻振動信號同相位、同幅度的補償信號，并與原轉子位移信號相減，使得控制器對于轉子同頻振動信號不響應。力控制算法的基本思想是提取轉子振動信號的同頻成分，由前饋控制通道據此產生相應控制信號，疊加到主控制器輸出中，抑制轉子同頻振動，即產生與原同頻激振力反向的控制力，減小轉子同頻振動位移。不平衡算法設置在所述磁懸浮分子泵控制器中，根據需要啟動抑制轉子的同頻振動。

磁懸浮分子泵轉子的同頻振動信號為ω為轉速，t為時間，A為轉子同頻振動信號幅值，為轉子同頻振動信號相位，不平衡控制算法需要獲得轉子同頻振動信號的幅值A和相位來計算轉子同頻振動補償信號。一般通過LMS(least?mean?square，最小均方誤差)算法獲得上述兩個參數。在轉子的降速過程中，通過使用LMS算法的不平衡控制算法可以獲得轉子同頻振動信號的幅值和相位。轉子在中高速時，在一個小的速度變化區間內，轉子同頻振動信號的幅值和相位變化不大。

通常磁懸浮分子泵轉子的轉速越高同頻振動的影響越大，因此所述轉子在低速時一般不運行不平衡控制算法，當所述轉子運行到高速時才啟動不平衡控制算法。當轉子從高速降低到中低速，轉子轉速滿足關閉不平衡控制算法時，所述磁懸浮分子泵控制器關閉不平衡控制算法。但是，將所述不平衡控制算法的輸出直接從所述磁懸浮分子泵控制器中減去，關閉轉子同頻振動的抑制功能，會造成所述磁懸浮分子泵控制器的輸出產生跳變，給系統帶來很大的沖擊，影響系統的穩定性。

發明內容

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降速時直接關閉不平衡算法，導致磁懸浮分子泵控制器的輸出跳變，給系統帶來較大沖擊，影響穩定性的技術問題，從而提出一種保證所述磁懸浮分子泵轉子平穩降速的控制方法。

為解決上述技術問題，本發明提出了磁懸浮分子泵降速過程中的平穩控制方法，包括如下步驟：

(1)所述磁懸浮分子泵控制器中，設置有不平衡控制算法和所述不平衡控制算法的切換轉速ω₀。當所述磁懸浮分子泵需要停機時，所述磁懸浮分子泵控制器控制電機停機，利用電機的剎車系統進行減速，轉子轉速降低；

(2)當轉子轉速達到ω₀+v時，其中2＜v＜8，ω₀和v的單位均為轉/秒，通過不平衡控制算法計算得出轉子同頻振動信號為

(3)將所述不平衡控制算法輸出的補償信號設置為k為比例因子，當所述轉子的轉速從ω₀+v減速到ω₀時，k從1線性減小到0。

在所述步驟(1)中，所述切換轉速ω₀根據磁懸浮分子泵轉子的轉子動力學特性設置。在所述步驟(2)中，所述v＝5。所述不平衡控制算法中使用LMS算法計算轉子同頻振動信號的幅值A和相位

本發明的技術方案相比現有技術具有以下優點：