[0055]通信模塊，包含A/D和D/A轉(zhuǎn)化電路，實(shí)現(xiàn)控制器22和分子栗體的信號傳輸。
[0056]控制算法模塊，采用集中反饋控制算法，以DSP為平臺，設(shè)有分別與轉(zhuǎn)子系統(tǒng)并連的陷濾波電路、基于電感式或電渦流式位移傳感器，和與電磁主軸7并連的信號測量電路。位移傳感器用于實(shí)時(shí)測量轉(zhuǎn)子系統(tǒng)位置，陷濾波電路用于消除同頻電流，信號測量電路用于提取轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的電流同頻成分;位移傳感器指上徑向傳感器U、下徑向傳感器14和軸向傳感器20?？刂扑惴K設(shè)計(jì)了基于電感式或電渦流式位移傳感器和陷濾波電路的主動磁懸浮轉(zhuǎn)子不平衡振動自調(diào)節(jié)控制方法，實(shí)現(xiàn)了磁軸承的穩(wěn)定控制。
[0057]數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)字濾波模塊，分別設(shè)有數(shù)據(jù)采集電路和三個(gè)數(shù)字濾波器，分別用于合成上X/Y向軸心軌跡圖、下X/Y向軸心軌跡圖和Z向軸心軌跡圖，實(shí)時(shí)監(jiān)測和記錄分子栗運(yùn)行軌跡，當(dāng)運(yùn)行軌跡超出預(yù)設(shè)的邊界時(shí)，發(fā)出故障警報(bào)，實(shí)現(xiàn)了故障預(yù)警和在線高速動平衡。
[0058]P麗輸出控制模塊，包括串聯(lián)的5組運(yùn)算放大電路和比較電路，實(shí)現(xiàn)高精度控制輸出。
[0059]初始化模塊，用于對定子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)位置進(jìn)行初始化。
[0060]實(shí)施例2:
[0061]本實(shí)施例與實(shí)施例1相似，其不同之處在于:
[0062]1、葉輪2采用整體式設(shè)計(jì)，選用高強(qiáng)度合金材料通過多軸加工中心一次銑削成型；葉輪2的葉片采用變截面設(shè)計(jì)，葉輪2上端面上設(shè)置有呈圓周均勻分布的螺釘孔23，用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)質(zhì)量的不平衡分布。
[0063]2、控制器22的控制過程如下:
[0064]S1.對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡振動自動調(diào)節(jié):
[0065]Sll.當(dāng)電磁主軸7處于靜態(tài)懸浮狀態(tài)時(shí)，通過信號測量電路分別提取提取上、下徑向磁力軸承和上、下軸軸向磁力軸承控制電流的同頻成分，并分別計(jì)算各磁力軸承磁中;Cl、偏移相關(guān)的相位、1?心力等參變量；
[0066]S12.在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速(20000—10000rpm)下通過陷濾波電路消除同頻電流；
[0067]S2.對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的在線高速動平衡的調(diào)節(jié):
[0068]S21.在葉輪2上選擇兩個(gè)平面進(jìn)行試重實(shí)驗(yàn)，在不平衡量比較大的時(shí)候選擇在較低轉(zhuǎn)速下測試，隨著不平衡量的減小，逐漸將測試轉(zhuǎn)速升到接近額定轉(zhuǎn)速(20000 —10000rpm)；
[0069]S22.在額定轉(zhuǎn)速下，采集轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不平衡情況，包括不平衡量的大小和相位:
[0070]S221.位移傳感器采集電壓信號；
[0071]S222.A/D轉(zhuǎn)化電路將電壓信號轉(zhuǎn)化為位移信號回傳給位移傳感器；
[0072]S223.通過陷濾波電路對位移信號進(jìn)行濾波處理，并將處理后的信號傳給控制器22；
[0073]S224.通過MATLAB軟件記錄不試重和試重情況下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不平衡情況算出轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不平衡情況，并根據(jù)不平衡情況進(jìn)行校正；
[0074]所述轉(zhuǎn)子系統(tǒng)包括:葉輪和電磁主軸，其中電磁主軸包括上、下徑向軸承轉(zhuǎn)子組件，上、下徑向傳感器轉(zhuǎn)子組件，永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子組件，止推盤和鎖緊螺母。
[0075]上述的試重實(shí)驗(yàn)的次數(shù)為2至10次。
[0076]本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、性能穩(wěn)定可靠、便于批量生產(chǎn)的應(yīng)用了五自由度控制磁懸浮軸承的磁懸浮復(fù)合分子栗。本發(fā)明設(shè)計(jì)分子栗采用渦輪級和牽引級復(fù)合設(shè)計(jì)，分子栗能在很寬的壓力范圍內(nèi)(10—6_lPa)具有較大的抽速、較高的壓縮比和很高的極限真空度，滿足高真空、超高真空應(yīng)用行業(yè)的使用需求。軸承采用磁懸浮軸承，是一種轉(zhuǎn)子與定子之間沒有機(jī)械接觸的新型高性能軸承，不存在機(jī)械接觸，可以達(dá)到很高轉(zhuǎn)速，具有無機(jī)械磨損、能耗低、噪聲小、壽命長、無須潤滑、無油污等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于高速、真空、超凈、不能使用潤滑劑等特殊環(huán)境，能夠滿足任意角度安裝。
[0077]本發(fā)明渦輪部分抽速大，可獲得超高真空環(huán)境;牽引部分有很高的壓縮比，能抽除各種氣體和蒸汽，特別適于抽除較重的氣體。為提高分子栗轉(zhuǎn)速，分子栗葉輪2采用整體式設(shè)計(jì)，選用高強(qiáng)度合金材料通過多軸加工中心一次銑削成型。為提高葉片強(qiáng)度和抽速性能，葉片設(shè)計(jì)采用變截面設(shè)計(jì)。由于葉輪2加工精度誤差的存在，葉輪2會存在質(zhì)量不平衡狀態(tài)，在超高轉(zhuǎn)速下，微小的質(zhì)量不平衡就會影響葉輪2的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，因此我們在葉輪2上設(shè)計(jì)了可以通過增加螺釘來調(diào)節(jié)葉輪2質(zhì)量不平衡分布的平衡孔。
[0078]本發(fā)明軸承采用五自由度磁懸浮軸承。四個(gè)磁力軸承通過磁力對電磁主軸7進(jìn)行五個(gè)自由度控制，使電磁主軸7穩(wěn)定的懸浮在軸承定子的幾何中心，沒有任何機(jī)械接觸。其中兩個(gè)徑向磁力軸承控制了轉(zhuǎn)子的四個(gè)空間自由度，即控制了轉(zhuǎn)子在X方向、y方向的平動和繞X軸及y軸的轉(zhuǎn)動，兩個(gè)軸向磁力軸承控制了轉(zhuǎn)子的一個(gè)空間自由度，即控制了轉(zhuǎn)子在z方向的平動。這樣除去繞z軸轉(zhuǎn)動的自由度外，其余的五自由度都受到了磁力軸承的控制。
[0079]本發(fā)明驅(qū)動電機(jī)采用霍爾永磁高速直流電機(jī)，由于分子栗葉輪2轉(zhuǎn)動慣量非常大，這里采用帶霍爾傳感器的直流無刷電機(jī)作為驅(qū)動，通過霍爾傳感器來檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和相位保證電子轉(zhuǎn)子的啟動和轉(zhuǎn)動正常。
[0080]本發(fā)明電氣控制部分將磁懸浮軸承控制系統(tǒng)和電機(jī)控制系統(tǒng)集成到一體，簡化了電氣控制設(shè)計(jì)，節(jié)約了電子器件同時(shí)縮小了控制器22的體積，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。其中磁軸承控制部分設(shè)計(jì)采用集中反饋控制算法，以DSP為平臺，實(shí)現(xiàn)主動磁軸承的數(shù)字控制系統(tǒng)。首先，應(yīng)用電磁學(xué)的原理，從簡化的磁力軸承的結(jié)構(gòu)模型推導(dǎo)出電磁承載力公式，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步推導(dǎo)出磁力軸承的數(shù)學(xué)模型，結(jié)合轉(zhuǎn)子動力學(xué)理論，建立集中控制模型。根據(jù)電磁軸承對數(shù)字控制器22所提出的要求，完成了核心采用DSP處理器的硬件方案設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。提出了主動磁軸承系統(tǒng)中對功率放大器的設(shè)計(jì)要求，根據(jù)設(shè)計(jì)要求開發(fā)研制了 PWM功率放大器。在硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，完成了數(shù)字控制器22的軟件設(shè)計(jì)，研究了狀態(tài)空間反饋控制算法、數(shù)字濾波及通信部分的軟件設(shè)計(jì)。電機(jī)控制部分設(shè)計(jì)采用雙向可控電機(jī)驅(qū)動電路，內(nèi)置的永磁電機(jī)，既可以作為電動機(jī)，也可以作為發(fā)電機(jī)。當(dāng)磁懸浮控制系統(tǒng)外接供電斷開時(shí)，驅(qū)動電機(jī)工作于發(fā)電機(jī)模式，將分子栗葉輪2存儲的動能轉(zhuǎn)化為電能，通過斷電檢測及電能緩釋控制程序進(jìn)行整流，輸出穩(wěn)定的電壓，實(shí)現(xiàn)發(fā)電。發(fā)出的電用于為磁懸浮控制系統(tǒng)供電，保證磁懸浮軸承的正常懸浮。
[0081]本發(fā)明為降低分子栗運(yùn)行過程中的振動，發(fā)明了一種振動抑制技術(shù)，設(shè)計(jì)了基于電感式或電渦流式位移傳感器和陷濾波電路的主動磁懸浮轉(zhuǎn)子不平衡振動自調(diào)節(jié)控制方法。該方法對磁懸浮轉(zhuǎn)子的電流剛度力、位移剛度力進(jìn)行整合計(jì)算，控制參數(shù)根據(jù)磁懸浮轉(zhuǎn)子運(yùn)行的情況實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，同步匹配，從一個(gè)最小控制時(shí)間單位來看實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子繞慣性主軸旋轉(zhuǎn)。該控制算法是根據(jù)力學(xué)平衡的原理，在轉(zhuǎn)子上下徑向磁力軸承13上實(shí)時(shí)加上與不平衡離心力大小相等、方向相反的平衡電磁力，抵消不平衡量，