專利名稱：一種磁懸浮分子泵降速過程中的平穩(wěn)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(wěn)控制方法。
背景技術(shù)：
磁懸浮分子泵是利用高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)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(qū)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(chǎn)生電磁力使轉(zhuǎn)子懸浮在空中，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子和定子之間無機械接觸且轉(zhuǎn)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(yōu)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(lǐng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速檢測裝置15、轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子零件加工精度的限制，轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布不均勻，存在不平衡質(zhì)量，導致轉(zhuǎn)子的幾何中心和質(zhì)量中心不重合。在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動過程中，轉(zhuǎn)子的不平衡質(zhì)量會引起轉(zhuǎn)子同頻振動，轉(zhuǎn)速越高，振動越明顯，這樣將嚴重影響分子泵運行的平穩(wěn)性，因此需要對轉(zhuǎn)子的同頻振動進行抑制。由于轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量難以完全消除，為了在運行過程中盡可能減小轉(zhuǎn)子同頻激振力，經(jīng)常使用不平衡控制算法抑制轉(zhuǎn)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(chǎn)生一個和轉(zhuǎn)子同頻振動信號同相位、同幅度的補償信號，并與原轉(zhuǎn)子位移信號相減，使得控制器對于轉(zhuǎn)子同頻振動信號不響應。力控制算法的基本思想是提取轉(zhuǎn)子振動信號的同頻成分，由前饋控制通道據(jù)此產(chǎn)生相應控制信號，疊加到主控制器輸出中，抑制轉(zhuǎn)子同頻振動，即產(chǎn)生與原同頻激振力反向的控制力，減小轉(zhuǎn)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(jù)需要啟動抑制轉(zhuǎn)子的同頻振動。磁懸浮分子泵轉(zhuǎn)子的同頻振動信號為」sm(_ +㈣，ω為轉(zhuǎn)速，t為時間，A為轉(zhuǎn)子同頻振動信號幅值，P為轉(zhuǎn)子同頻振動信號相位，不平衡控制算法需要獲得轉(zhuǎn)子同頻振動信號的幅值A(chǔ)和相位爐來計算轉(zhuǎn)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(shù)。在轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子同頻振動信號的幅值和相位。轉(zhuǎn)子在中高速時，在一個小的速度變化區(qū)間內(nèi)，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越高同頻振動的影響越大，因此所述轉(zhuǎn)子在低速時一般不運行不平衡控制算法，當所述轉(zhuǎn)子運行到高速時才啟動不平衡控制算法。當轉(zhuǎn)子從高速降低到中低速，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速滿足關(guān)閉不平衡控制算法時，所述磁懸浮分子泵控制器關(guān)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(guān)閉轉(zhuǎn)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(chǎn)生跳變，給系統(tǒng)帶來很大的沖擊，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于現(xiàn)有技術(shù)中磁懸浮分子泵降速時直接關(guān)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(tǒng)帶來較大沖擊，影響穩(wěn)定性的技術(shù)問題，從而提出一種保證所述磁懸浮分子泵轉(zhuǎn)子平穩(wěn)降速的控制方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了磁懸浮分子泵降速過程中的平穩(wěn)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(zhuǎn)速《『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(tǒng)進行減速，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降低；(2)當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達到ω。+ν時，其中2<ν<8，ω Q和ν的單位均為轉(zhuǎn)/秒，通過不平衡控制算法計算得出轉(zhuǎn)子同頻振動信號為4) +(3)將所述不平衡控制算法輸出的補償信號設置為-MiSinCW + ^hk為比例因子，當所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速從ω"減速到時，k從1線性減小到0。在所述步驟(1)中，所述切換轉(zhuǎn)速Q(mào)ci根據(jù)磁懸浮分子泵轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子動力學特性設置。在所述步驟( 中，所述ν = 5。所述不平衡控制算法中使用LMS算法計算轉(zhuǎn)子同頻振動信號的幅值A(chǔ)和相位爐。本發(fā)明的技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(1)本發(fā)明所述的磁懸浮分子泵降速過程中的平穩(wěn)控制方法，所述磁懸浮分子泵中設置有切換轉(zhuǎn)速《『當所述磁懸浮分子泵需要停機時，在降速過程中，當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達到 ω0+ν時，通過不平衡控制算法計算得出轉(zhuǎn)子同頻振動信號為4) +外)。此時將所述不平衡控制算法輸出的補償信號設置為-MiSinCW + ^hk為比例因子。當所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速從ω,ν減速到Coci時，k從1線性減小到O。由于轉(zhuǎn)子在中高速時，在一個小的速度變化區(qū)間內(nèi)，轉(zhuǎn)子同頻振動信號的幅值和相位變化不大，因此當轉(zhuǎn)子接近不平衡控制算法切換轉(zhuǎn)速時，在一個小的速度變化區(qū)間內(nèi)，補償信號相位可以保持不變，將補償信號幅值漸進切換 (即令k從1線性變化到0)，使得不平衡控制算法輸出切換平滑過渡，避免了對系統(tǒng)造成較大沖擊，保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作。(2)本發(fā)明所述的磁懸浮分子泵降速過程中的平穩(wěn)控制方法，所述切換轉(zhuǎn)速Oci根據(jù)磁懸浮分子泵轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子動力學特性設置，針對不同的系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子類型，設置不同的切換轉(zhuǎn)速，廣泛適用于各種磁懸浮分子泵。


為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明，其中，圖1是磁懸浮分子泵的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明所述磁懸浮分子泵降速過程中的平穩(wěn)控制方法的流程圖；圖1中標記表示為1-磁懸浮分子泵體，2-磁懸浮分子泵轉(zhuǎn)子，3-磁懸浮分子泵葉輪，4-推力盤，5-磁懸浮分子泵電機，6-第一徑向磁軸承，7-第二徑向磁軸承，8-軸向磁軸承，9-第一徑向保護軸承，10-第二徑向保護軸承，11-軸向保護軸承，12-第一徑向位移傳感器，13-第二徑向位移傳感器，14-軸向位移傳感器，15-轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速檢測裝置，16-轉(zhuǎn)子位移檢測裝置，17-磁懸浮分子泵控制器。
具體實施例方式磁懸浮分子泵的一般結(jié)構(gòu)如圖1所示，磁懸浮分子泵的轉(zhuǎn)子在低速時一般不運行不平衡控制算法，當所述轉(zhuǎn)子運行到高速時才啟動不平衡控制算法。在磁懸浮分子泵停機降速的過程中，當轉(zhuǎn)子從高速降低到中低速，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速滿足關(guān)閉不平衡控制算法時，所述磁懸浮分子泵控制器關(guān)閉不平衡控制算法，下面給出本發(fā)明所述的磁懸浮分子泵降速過程中的平穩(wěn)控制方法的具體實施方式
，包括如下步驟，流程圖如圖2所示(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(zhuǎn)速《『所述切換轉(zhuǎn)速Oci根據(jù)磁懸浮分子泵轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子動力學特性設置，當轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速高于Qci時，需要通過不平衡控制算法來抑制轉(zhuǎn)子的不平衡振動；當所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速低于Qci時，轉(zhuǎn)子的不平衡振動較小，不需要進行抑制。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(tǒng)進行減速，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速降低；(2)當所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速降低到接近切換轉(zhuǎn)速時，在一個小的速度變化范圍內(nèi)，將所述不平衡控制算法計算出的補償信號平滑過渡到0，在本實施例中，當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達到c^+5 時，單位為轉(zhuǎn)/秒，通過不平衡控制算法計算得出轉(zhuǎn)子同頻振動信號為4) + ；(3)轉(zhuǎn)子在中高速時，在一個小的速度變化區(qū)間內(nèi)，轉(zhuǎn)子同頻振動信號的幅值和相位變化不大，因此在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為 Oci的這個轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，可以根據(jù)不平衡算法獲得的轉(zhuǎn)子同頻振動信號4) + 對所述轉(zhuǎn)子的不平衡振動進行補償，ω為轉(zhuǎn)子當前轉(zhuǎn)速。具體方法為，當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速到達ω J5時，將所述不平衡控制算法輸出的補償信號設置為 -Msm(故+ <^)，k為比例因子。當所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速從ω減速到時，k從1線性減小到O。轉(zhuǎn)速每下降1時，k下降0. 2，當轉(zhuǎn)速從c^+5減速到Coci時，k從1下降到0，這樣就實現(xiàn)了所述不平衡控制算法的平滑切換。當所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達到切換轉(zhuǎn)速Q(mào)ci時，不平衡算法提供的補償信號平滑過渡到0，也就是說完成了降速過程中關(guān)閉不平衡控制器，有效避免了不平衡控制切換時對系統(tǒng)造成的沖擊，保證系統(tǒng)在降速過程中穩(wěn)定運行。顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種磁懸浮分子泵降速過程中的平穩(wěn)控制方法，其特征在于，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(zhuǎn)速ω ^，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(tǒng)進行減速，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降低；(2)當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達到c^+v時，其中2<v<8，Coci和ν的單位均為轉(zhuǎn)/秒，通過不平衡控制算法計算得出轉(zhuǎn)子同頻振動信號為+ ，ω為轉(zhuǎn)子的當前轉(zhuǎn)速，t為時間；(3)將所述不平衡控制算法輸出的補償信號設置為-Mi+ ，k為比例因子，當所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速從ω,ν減速到Coci時，k從1線性減小到O。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮分子泵降速過程中的平穩(wěn)控制方法，其特征在于在所述步驟(1)中，所述切換轉(zhuǎn)速Q(mào)ci根據(jù)磁懸浮分子泵轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子動力學特性設置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁懸浮分子泵降速過程中的平穩(wěn)控制方法，其特征在于 在所述步驟O)中，所述ν = 5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁懸浮分子泵降速過程中的平穩(wěn)控制方法，其特征在于 所述不平衡控制算法中使用LMS算法計算轉(zhuǎn)子同頻振動信號的幅值A(chǔ)和相位爐。
全文摘要
一種磁懸浮分子泵降速過程中的平穩(wěn)控制方法，所述磁懸浮分子泵中設置有切換轉(zhuǎn)速ω0。在所述磁懸浮分子泵停機降速的過程中，當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達到ω0+v時，通過不平衡控制算法計算得出轉(zhuǎn)子同頻振動信號為此時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(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速從ω0+v減速到ω0時，k從1線性減小到0，保證了降速過程中不平衡控制算法平滑過渡直至關(guān)閉。該方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中磁懸浮分子泵轉(zhuǎn)子在降速時直接關(guān)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(tǒng)帶來較大沖擊，影響穩(wěn)定性的技術(shù)問題，是一種保證所述磁懸浮分子泵轉(zhuǎn)子平穩(wěn)降速的控制方法。
文檔編號F04D27/02GK102425559SQ20111034110
公開日2012年4月25日 申請日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月2日
發(fā)明者張剴, 張小章, 李奇志, 武涵, 鄒蒙 申請人:北京中科科儀技術(shù)發(fā)展有限責任公司, 清華大學