專利名稱：磁懸浮分子泵系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于流體設(shè)備，尤其涉及一種磁懸浮分子泵系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子和定子之間無機(jī)械接觸且轉(zhuǎn)子位置可主動(dòng)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(diǎn)，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。磁懸浮分子泵的負(fù)載由徑向磁軸承和軸向磁軸承共同承擔(dān)。在工作過程中，磁懸浮分子泵可能需要在任意位置安裝。磁懸浮安裝在不同安裝位置時(shí)，徑向磁軸承和軸向磁軸承分擔(dān)的負(fù)載不同，磁軸承線圈電流也隨之變化，因此需要合理分配磁軸承承載力。針對分子泵安裝角α和旋轉(zhuǎn)角β變化的問題，較常見的方法是將徑向和軸向磁軸承偏置電流始終取各種安裝情況下所需值的最大值，以保證磁軸承產(chǎn)生的靜態(tài)磁場滿足承載需求，避免出現(xiàn)徑向磁軸承和軸向磁軸承的承載力不足；同時(shí)在分子泵安裝角α和旋轉(zhuǎn)角β變化時(shí)，采用固定的控制算法保證系統(tǒng)穩(wěn)定。上述方案的缺陷在于將徑向和軸向磁軸承偏置電流均取最大值將導(dǎo)致大部分工況下磁軸承線圈偏置電流過大，功耗增加，線圈發(fā)熱嚴(yán)重。不論分子泵安裝角α和旋轉(zhuǎn)角 β如何變化，控制程序采用固定的控制算法容易造成系統(tǒng)性能下降。模糊控制是以模糊集合論，模糊語言變量和模糊邏輯為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)智能控制。 控制系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)，尤其適合于非線性的控制。如今，模糊控制多用于家用電器領(lǐng)域，如模糊洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)器、電飯鍋等。由于磁懸浮分子泵是一個(gè)非線性系統(tǒng)，且很難建立一個(gè)精確的數(shù)學(xué)模型。因此適合采用模糊控制方法對其進(jìn)行控制，保證其在任意安裝時(shí)均能穩(wěn)定運(yùn)行。然而，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)達(dá)到上述目標(biāo)需要對所采集的技術(shù)變量信息有一個(gè)明確的認(rèn)知，因此在磁懸浮分子泵系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)上應(yīng)有相應(yīng)信息采集裝置與之匹配。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種磁懸浮分子泵系統(tǒng)，可以在磁懸浮分子泵安裝位置發(fā)生變化后，根據(jù)分子泵實(shí)現(xiàn)靜態(tài)懸浮時(shí)的徑向磁軸承靜態(tài)電流信息、軸向磁軸承靜態(tài)電流信息及磁懸浮分子泵運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子位置變化情況，自動(dòng)調(diào)整其控制參數(shù)，保證磁懸浮分子泵的穩(wěn)定運(yùn)行。為此，本實(shí)用新型的磁懸浮分子泵系統(tǒng)所采用的技術(shù)方案為包括磁懸浮分子泵，所述磁懸浮分子泵具有軸向磁軸承和徑向磁軸承；還包括第一電流檢測裝置，與所述磁懸浮分子泵電路連接，用于檢測所述磁懸浮分子泵實(shí)現(xiàn)靜態(tài)懸浮時(shí)的徑向磁軸承靜態(tài)電流；[0012]第二電流檢測裝置，與所述磁懸浮分子泵電路連接，用于檢測所述磁懸浮分子泵實(shí)現(xiàn)靜態(tài)懸浮時(shí)的徑向磁軸承靜態(tài)電流；位移檢測裝置，設(shè)于所述磁懸浮分子泵的轉(zhuǎn)子處，用于在分子泵工作時(shí)檢測的轉(zhuǎn)子位移，和計(jì)算輸出轉(zhuǎn)子位移偏差和轉(zhuǎn)子位移偏差變化率信息；預(yù)設(shè)參數(shù)存儲介質(zhì)，用于存儲模糊規(guī)則信息和相應(yīng)的預(yù)設(shè)模糊控制數(shù)據(jù)；控制裝置，所述控制裝置分別與所述磁懸浮分子泵、所述第一電流檢測裝置、第二電流檢測裝置和所述位移檢測裝置連接，用于根據(jù)接收由所述電流檢測裝置傳送來的徑向磁軸承靜態(tài)電流信息、所述軸向磁軸承靜態(tài)電流信息、和由所述位移檢測裝置傳送來的轉(zhuǎn)子位移偏差信息和轉(zhuǎn)子位移偏差變化率信息，結(jié)合所述預(yù)設(shè)參數(shù)存儲介質(zhì)中的所述模糊規(guī)則信息和相應(yīng)的預(yù)設(shè)模糊控制數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊控制，輸出控制信號給磁懸浮分子泵來實(shí)現(xiàn)所述磁懸浮分子泵在任意位置安裝時(shí)的穩(wěn)定運(yùn)行。上述的磁懸浮分子泵系統(tǒng)，所述位移檢測裝置包括上徑向位移傳感器，下徑向位移傳感器，和軸向傳感器。上述的磁懸浮分子泵系統(tǒng)，所述電流檢測裝置為電流傳感器；所述預(yù)設(shè)參數(shù)存儲介質(zhì)為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型的第一電流檢測裝置，與所述磁懸浮分子泵電路連接，用于檢測所述磁懸浮分子泵實(shí)現(xiàn)靜態(tài)懸浮時(shí)的徑向磁軸承靜態(tài)電流；第二電流檢測裝置，與所述磁懸浮分子泵電路連接，用于檢測所述磁懸浮分子泵實(shí)現(xiàn)靜態(tài)懸浮時(shí)的徑向磁軸承靜態(tài)電流；位移檢測裝置，設(shè)于所述磁懸浮分子泵的轉(zhuǎn)子處，用于在分子泵工作時(shí)檢測的轉(zhuǎn)子位移，和計(jì)算輸出轉(zhuǎn)子位移偏差和轉(zhuǎn)子位移偏差變化率信息；預(yù)設(shè)參數(shù)存儲介質(zhì)，用于存儲模糊規(guī)則信息和相應(yīng)的預(yù)設(shè)模糊控制數(shù)據(jù)；控制裝置，所述控制裝置分別與所述磁懸浮分子泵和所述電流檢測裝置和所述位移檢測裝置連接，用于根據(jù)接收由所述電流檢測裝置傳送來的徑向磁軸承靜態(tài)電流信息和所述軸向磁軸承靜態(tài)電流信息，和由所述位移檢測裝置傳送來的轉(zhuǎn)子位移偏差信息和轉(zhuǎn)子位移偏差變化率信息，結(jié)合所述預(yù)設(shè)參數(shù)存儲介質(zhì)中的所述模糊規(guī)則信息和相應(yīng)的預(yù)設(shè)模糊控制數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊控制，輸出控制信號給磁懸浮分子泵；這種設(shè)計(jì)可以在磁懸浮分子泵安裝位置發(fā)生變化后，磁懸浮分子泵系統(tǒng)可自動(dòng)調(diào)整其控制參數(shù)，保證該磁懸浮分子泵穩(wěn)定運(yùn)行。

為了使本實(shí)用新型的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中圖1是安裝角α變化時(shí)，徑向磁軸承和軸向磁軸承分力圖；圖2磁懸浮分子泵安裝角α的示意圖；圖3為本實(shí)用新型磁懸浮分子泵自動(dòng)控制原理圖；圖4是安裝角α的隸屬度函數(shù)曲線圖；圖5是E、EC的隸屬度函數(shù)曲線圖；圖6是Izup，Izdown的隸屬度函數(shù)曲線圖；圖7是K' Pi, K' Π,Κ' 的隸屬度函數(shù)曲線圖；[0028]圖8是徑向磁軸承重力因子G11的隸屬度函數(shù)曲線圖；圖9是I1, I3的隸屬度函數(shù)曲線圖；圖10是KPi，Kli，KDi的隸屬度函數(shù)曲線圖；圖11是本實(shí)用新型模糊控制流程圖；圖12是磁懸浮分子泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖13是磁懸浮分子泵旋轉(zhuǎn)角β示意圖；圖14是旋轉(zhuǎn)角β變化時(shí)，徑向磁軸承各磁極對分力圖；圖15是磁懸浮分子泵的結(jié)構(gòu)示意圖；1-上徑向磁軸承；2-轉(zhuǎn)子；3-電機(jī)；4-下徑向磁軸承；5軸向磁軸承；6-推力盤； 7-上徑向位移傳感器；8-下徑向位移傳感器；9-軸向位移傳感器；對實(shí)施例中所用的名詞給予如下名詞解釋預(yù)設(shè)模糊徑向磁軸偏置電流信息是指模糊數(shù)據(jù)庫中建立模糊規(guī)則時(shí)使用的描述徑向磁軸承偏置電流信息的模糊變量；預(yù)設(shè)模糊軸向磁軸偏置電流信息是指模糊數(shù)據(jù)庫中建立模糊規(guī)則時(shí)使用的描述軸向磁軸承偏置電流信息的模糊變量；預(yù)設(shè)模糊轉(zhuǎn)子位移偏差是指模糊數(shù)據(jù)庫中建立模糊規(guī)則時(shí)使用的描述轉(zhuǎn)子位移偏差的模糊變量；預(yù)設(shè)模糊轉(zhuǎn)子位移偏差變化率是指模糊數(shù)據(jù)庫中建立模糊規(guī)則時(shí)使用的描述轉(zhuǎn)子位移偏差變化率的模糊變量；預(yù)設(shè)模糊分子泵安裝角α信息是指模糊數(shù)據(jù)庫中建立模糊規(guī)則時(shí)使用的描述分子泵安裝角α信息的模糊變量；預(yù)設(shè)模糊徑向磁軸承重力因子是指模糊數(shù)據(jù)庫中建立模糊規(guī)則時(shí)使用的描述徑向磁軸承重力因子的模糊變量；預(yù)設(shè)模糊PID參數(shù)信息是指模糊數(shù)據(jù)庫中建立模糊規(guī)則時(shí)使用的描述PID參數(shù)信息的模糊變量；徑向磁軸承靜態(tài)電流信息指的是電流檢測裝置采集到的徑向磁軸承靜態(tài)電流值； 軸向磁軸承靜態(tài)電流信息指的是電流檢測裝置采集到的軸向磁軸承靜態(tài)電流值；轉(zhuǎn)子位移偏差信息指的是位移檢測裝置采集到的轉(zhuǎn)子位移偏差值；轉(zhuǎn)子位移偏差變化率信息指的是位移檢測裝置采集到的轉(zhuǎn)子位移偏差變化率值；PID參數(shù)信息指的是模糊控制數(shù)據(jù)庫模塊采集到的PID參數(shù)值；徑向磁軸承重力因子信息指的是參數(shù)計(jì)算模塊計(jì)算得到的徑向磁軸承重力因子值；分子泵安裝角α信息指的是參數(shù)計(jì)算模塊得到的分子泵安裝角α信息值；模糊徑向磁軸承偏置電流信息指的是徑向磁軸承偏置電流值經(jīng)過模糊化得到的模糊變量；模糊軸向磁軸偏置電流信息指的是軸向磁軸偏置電流值經(jīng)過模糊化得到的模糊變量；模糊PID參數(shù)信息指的是PID參數(shù)信息經(jīng)過模糊化得到的模糊變量；模糊徑向磁軸承重力因子信息指的是徑向磁軸承重力因子值經(jīng)過模糊化得到的模糊變量；模糊分子泵安裝角α信息指的是分子泵安裝角α值經(jīng)過模糊化得到的模糊變量；模糊轉(zhuǎn)子位移偏差信息指的是轉(zhuǎn)子位移偏差信息經(jīng)過模糊化得到的模糊變量；模糊轉(zhuǎn)子位移偏差變化率信息指的是轉(zhuǎn)子位移偏差變化率信息經(jīng)過模糊化得到的模糊變量；控制徑向磁軸承偏置電流指的是模糊徑向磁軸承偏置電流信息經(jīng)過去模糊化處理得到的供給PID控制器使用的徑向磁軸承偏置電流值；控制軸向磁軸承偏置電流信息指的是模糊軸向磁軸承偏置電流信息經(jīng)過去模糊化處理得到的供給PID控制器使用的軸向磁軸承偏置電流值；控制PID參數(shù)信息指的是模糊PID參數(shù)信息經(jīng)過去模糊化處理得到的供給PID控制器使用的PID參數(shù)值。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1如圖12和圖15所示的磁懸浮分子泵系統(tǒng)，包括磁懸浮分子泵，所述磁懸浮分子泵具有軸向磁軸承和徑向磁軸承，所述分子泵還具有一個(gè)推力盤。還包括第一電流檢測裝置，設(shè)于所述軸向磁軸承處，用于檢測所述磁懸浮分子泵實(shí)現(xiàn)靜態(tài)懸浮時(shí)的徑向磁軸承靜態(tài)電流；第二電流檢測裝置，用于檢測所述磁懸浮分子泵實(shí)現(xiàn)靜態(tài)懸浮時(shí)的徑向磁軸承靜態(tài)電流；位移檢測裝置，設(shè)于所述磁懸浮分子泵的轉(zhuǎn)子處， 用于在分子泵工作時(shí)檢測的轉(zhuǎn)子位移，和計(jì)算輸出轉(zhuǎn)子位移偏差和轉(zhuǎn)子位移偏差變化率信息；預(yù)設(shè)參數(shù)存儲介質(zhì)，用于存儲模糊規(guī)則信息和相應(yīng)的預(yù)設(shè)模糊控制數(shù)據(jù)；控制裝置，所述控制裝置分別與所述磁懸浮分子泵、所述電流檢測裝置和所述位移檢測裝置連接，用于根據(jù)接收由所述電流檢測裝置傳送來的徑向磁軸承靜態(tài)電流信息、所述軸向磁軸承靜態(tài)電流信息、和由所述位移檢測裝置傳送來的轉(zhuǎn)子位移偏差信息和轉(zhuǎn)子位移偏差變化率信息， 結(jié)合所述預(yù)設(shè)參數(shù)存儲介質(zhì)中的所述模糊規(guī)則信息和相應(yīng)的預(yù)設(shè)模糊控制數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊控制，輸出控制信號給磁懸浮分子泵來實(shí)現(xiàn)所述磁懸浮分子泵在任意位置安裝時(shí)的穩(wěn)定運(yùn)行。所述位移檢測裝置包括上徑向位移傳感器，下徑向位移傳感器，和軸向傳感器。所述電流檢測裝置為電流傳感器；所述預(yù)設(shè)參數(shù)存儲介質(zhì)為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。其中，所述預(yù)設(shè)參數(shù)存儲介質(zhì)為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，所述數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中具有模糊控制數(shù)據(jù)庫，所述模糊控制數(shù)據(jù)庫用于存儲根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和專家知識庫建立的包含模糊控制規(guī)則的模糊控制數(shù)據(jù)庫。其中，所述模糊控制規(guī)則中的模糊控制數(shù)據(jù)包括預(yù)設(shè)模糊徑向磁軸偏置電流信息、預(yù)設(shè)模糊軸向磁軸偏置電流信息、預(yù)設(shè)模糊轉(zhuǎn)子位移偏差、預(yù)設(shè)模糊轉(zhuǎn)子位移偏差變化率、預(yù)設(shè)模糊分子泵安裝角α信息、預(yù)設(shè)模糊徑向磁軸承重力因子和預(yù)設(shè)模糊PID參數(shù)信息；在建立模糊控制數(shù)據(jù)庫時(shí)，對預(yù)設(shè)模糊徑向磁軸偏置電流信息、預(yù)設(shè)模糊軸向磁軸偏置電流信息、預(yù)設(shè)模糊轉(zhuǎn)子位移偏差信息、預(yù)設(shè)模糊位移變化率信息、預(yù)設(shè)模糊安裝角 α信息、預(yù)設(shè)模糊徑向磁軸承重力因子信息和預(yù)設(shè)模糊PID參數(shù)信息的獲得過程如下將磁懸浮分子泵安裝在某一角度，利用靜態(tài)懸浮程序?qū)崿F(xiàn)其靜態(tài)懸浮。測量此時(shí)的安裝角α，并測量徑向(軸向)磁軸承靜態(tài)電流。利用獲得的徑向(軸向)磁軸承靜態(tài)電流根據(jù)電磁力公式可以得到徑向磁軸承重力因子。分子泵運(yùn)行時(shí)，通過反復(fù)試驗(yàn)得到優(yōu)化后的徑向(軸向)磁軸承偏置電流和PID參數(shù)使得分子泵能穩(wěn)定工作。記錄此種安裝狀態(tài)下的磁懸浮分子泵安裝角α、徑向磁軸承重力因子、徑向(軸向)磁軸承偏置電流和PID 參數(shù)。改變磁懸浮分子泵安裝角，重復(fù)上述步驟得到各個(gè)安裝狀態(tài)下相關(guān)參數(shù)；以這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，參考專家知識庫，設(shè)計(jì)存儲有預(yù)設(shè)模糊軸向磁軸偏置電流信息、預(yù)設(shè)模糊轉(zhuǎn)子位移偏差、預(yù)設(shè)模糊安裝角α信息、預(yù)設(shè)模糊徑向磁軸承重力因子和預(yù)設(shè)模糊轉(zhuǎn)子位移偏差變化率以及預(yù)設(shè)模糊PID參數(shù)信息的模糊控制數(shù)據(jù)庫。根據(jù)試驗(yàn)及專家的控制經(jīng)驗(yàn)，離線建立上徑向磁軸承磁極對1，3偏置電流和PID 參數(shù)的模糊規(guī)則對于徑向磁軸承來說，上、下徑向磁軸承控制參數(shù)模糊規(guī)則推理方法類似，對于同一個(gè)徑向磁軸承x、Y兩個(gè)方向上磁極對的控制參數(shù)模糊規(guī)則推理方法也是類似的。因此對
6于徑向磁軸承，本實(shí)用新型僅以如圖1所示上徑向磁軸承的磁極對1，3為例，說明不同安裝角徑向磁軸承模糊控制規(guī)則如何建立。 如圖13所示，以徑向磁軸承定子的磁極對1圍繞徑向磁軸承定子軸線逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的角度為磁懸浮分子泵旋轉(zhuǎn)角β。由圖1、圖13和圖14可知，當(dāng)安裝角α和旋轉(zhuǎn)角β變化時(shí)均能導(dǎo)致徑向磁軸承各磁極對承載力發(fā)生變化。而承載力變化時(shí)，徑向磁軸承控制參數(shù)需要隨之變化。為了簡化模糊數(shù)據(jù)庫，定義徑向磁軸承重力因子代表徑向磁軸承各磁極對承載力變化情況。 其中，徑向磁軸承重力因子G11是用上徑向磁軸承磁極對1和磁極對3的電磁力之差表示的，G11和所述的F11值相等。徑向磁軸承重力因子G11絕對值不變的情況下，G11正負(fù)取值表示磁極對1和磁極對3的電磁力相對大小不同。G11取絕對值相同，符號相反的兩個(gè)值時(shí)，其模糊控制策略推導(dǎo)過程類似。本實(shí)用新型中以上徑向磁軸承磁極對1和磁極對3的電磁力的合力計(jì)為重力因子 G11為例將徑向磁軸承重力因子G11分為四個(gè)區(qū)間零、較小、較大和極大。這四個(gè)區(qū)間分別對應(yīng)徑向磁軸承重力因子G11的四種狀態(tài)。將徑向磁軸承重力因子G11模糊化得G11 = {0， 1,2,3} = {Z0，PS，PM，PB}。徑向磁軸承重力因子G11的隸屬度函數(shù)曲線如圖8所示其中， 令PB為極大、ZO為零、PS為較小、PM為較大。根據(jù)運(yùn)行過程中磁懸浮分子泵轉(zhuǎn)子的位移偏差E和位移偏差變化率EC的變化情況。將E和EC模糊化可得E= {-3, -2, -1,0,1,2,3} = {NB, NM, NS, Z0, PS, PM, PB}EC= {-3, -2, -1,0,1,2,3} = {NB, NM, NS, Z0, PS, PM, PB}當(dāng)轉(zhuǎn)子距離上徑向磁軸承磁極對1最近時(shí)，定義E為正極大PB ；當(dāng)轉(zhuǎn)子距離上徑向磁軸承磁極對1最遠(yuǎn)時(shí)，定義E為負(fù)極大NB ；其他位置分別對應(yīng)E為負(fù)較大匪、負(fù)較小 NS、零Z0、正較小PS、正較大PM。E、EC隸屬度函數(shù)曲線如圖5所示。輸出變量模糊化
「仏=Um - Au,本實(shí)用新型中磁軸承采用差動(dòng)控制。對于上徑向磁軸承來說有A ,磁Δμ; = KPlek + Kll Y4 e} + KDl (ek - ek_x), / = 1,3
；=0其中，U1(U3)表示磁極對1(3)所需控制電壓；U01 (U03)表示磁極對1(3)產(chǎn)生偏置
電流所需控制電壓；Au1(Au3)表示磁極對1(3)控制電壓變化量^k表示第k時(shí)刻轉(zhuǎn)子位
k
移偏差Wlri表示第k-Ι時(shí)刻轉(zhuǎn)子位移偏差；Σ^表示第k時(shí)刻時(shí)轉(zhuǎn)子位移偏差和；KPi，Kli，
；=0
KDi (i = 1,3)為磁極對1，3的PID參數(shù)。上徑向磁軸承磁極對1，3均有自己的PID參數(shù)，將其模糊化得Kpi = {0，1,2,3,4,5,6} = {NB,匪，NS，Z0, PS, PM, PB}, i = 1,3Kli = {0，1,2,3,4,5,6} = {NB,匪，NS，Z0, PS, PM, PB}, i = 1,3Km = {0，1,2,3,4,5,6} = {NB,匪，NS，Z0, PS, PM, PB}, i = 1,3[0066]式中，下標(biāo)1表示磁極對1，下標(biāo)3表示磁極對3。KPi，Kn，Km的隸屬度函數(shù)曲線如圖10所示。磁極對1，3所對應(yīng)的偏置電流分別為I1, 13，將其模糊化得I1, I3 = {0,1,2,3} = {Z0, PS, PM, PB}I1, I3的隸屬度函數(shù)曲線如圖9所示。本實(shí)用新型中僅說明當(dāng)徑向磁軸承重力因子G11為正值時(shí)，徑向磁軸承模糊控制規(guī)則的建立過程。具體步驟如下PB為正極大；NB為負(fù)極大；匪為負(fù)較大、NS為負(fù)較小、ZO為零、PS為正較小、PM
為正較大。離線建立上徑向磁軸承磁極對1，3偏置電流和PID參數(shù)的模糊規(guī)則當(dāng)G11 = ZO時(shí)，磁極對1，3實(shí)行差動(dòng)控制。模糊規(guī)則如下1) IF (G11 = Z0) AND E = PBTHENI1 = I3 = PS, Kpi = PS, K11 = NM, Km = NS, Kp3 = PM, K13 = NM, KD3 = NMIF (G11 = Z0) AND E = NBTHENI1 = I3 = PS, Kpi = PM, K11 = NM, Km = NM, Kp3 = PS, K13 = NM, KD3 = NS2) IF (G11 = Z0) AND (E = PM)THENI1 = I3 = PS, Kpi = Z0, K11 = Z0, Km = NS, Kp3 = PS, K13 = NS, KD3 = ZOIF (G11 = Z0) AND {(E = PS) OR (E = Z0)}THENI1 = I3 = PS, Kpi = NS, K11 = PS, Km = NM, Kp3 = Z0, K13 = Z0, KD3 = NSIF (G11 = Z0) AND (E = NS)THENI1 = I3 = PS, Kpi = Z0, K11 = Z0, Km = NS, Kp3 = NS, K13 = PS, KD3 = NMIF (G11 = Z0) AND (E = NM)THENI1 = I3 = PS, Kpi = PS, K11 = NS, Km = Z0, Kp3 = Z0, K13 = Z0, KD3 = NS當(dāng)G11 = PB時(shí)，只有磁極對1工作，磁極對3不工作。磁極對1的偏置電流為I1 = PB，磁極對3的偏置電流為I3 = ZO0模糊規(guī)則如下1) IF (G11 = PB) AND (Ε = PB)THEN I1 = PB, I3 = Z0, Kpi = PM, K11 = NB, Km = NSIF (G11 = PB) AND (Ε = NB)THEN I1 = PB, I3 = Z0, Kpi = PB, K11 = NB, Km =匪2) IF (G11 = PB) AND (E = PM)THEN I1 = PB, I3 = Z0, Kpi = PS, K11 = NS, Km = ZOIF (G11 = PB) AND {(E = PS) OR (E = Z0)}THEN I1 = PB, I3 = Z0, Kpi = NS, K11 = PS, Km = NS[0101 ] IF (G11 = PB) AND (Ε = NS)THEN I1 = PB, I3 = Z0, Kpi = Z0, K11 = Z0, Km = PSIF (G11 = PB) AND (Ε = NM)THEN I1 = PB, I3 = Z0, Kpi = PM, K11 = NM, Km = PS當(dāng)G11 = PS或G11 = PM時(shí)，磁極對1偏置電流較大，磁極對3偏置電流較小。當(dāng)G11 =PS時(shí)，磁極對1，3的偏置電流分別為I1 = PM, I3 = PS ；當(dāng)G11 = PM時(shí)，磁極對1，3磁極的偏置電流分別為I1 = PB, I3 = PS0由于G11 = PS或G11 = PM時(shí)，磁軸承偏置電流和PID 參數(shù)模糊規(guī)則推理方法相同，因此這里僅給出G11 = PS時(shí)磁軸承偏置電流和PID參數(shù)模糊規(guī)則建立過程，具體如下
0106]1) IF (G11 = PS) AND E = PB0107]THEN0108]I1 = PM, I3 = PS, Kp=PS, K11 =NB, Km = NS, Kp3 =PB, K13=NB, KD3=匪，0109]IF (G11 = PS) AND E ==NB0110]THEN0111]I1 = PM, I3 = PS, Kp=PB, K11 =NB, Km =匪，KP3 =PS, K13=NB, KD3=NS,0112]2) IF (G11 = PS) AND {(E = PM) OR (E = P0)} AND0113]{(EC = PS) OR (EC =PM) OR (EC =PB)OR(EC = ZO)}0114]THEN0115]I1 = PM, I3 = PS, Kp=ZO, K11 =NS, Km = ZO, Kp3 =PM, K13=匪，、3=PS,0116]IF (G11 = PS) AND {(E=NM) 0R(E ==NO)}AND0117]{(EC = NS) OR (EC =NM)OR(EC =NB)}0118]THEN0119]I1 = PM, I3 = PS, Kp=PM, K11 =NM, Km = PS, Kp3 =ZO, K13=NS, KD3=ZO,0120]IF (G11 = PS) AND {(E=PS) 0R(E ==ZO)}AND0121]{(EC = PS) OR (EC =PM) OR (EC =PB)OR(EC = ZO)}0122]THEN0123]I1 = PM, I3 = PS, Kp=NS, K11 =ZO, Km =匪，KP3 =PS, K13=PS, KD3=NS,0124]IF (G11 = PS) AND {(E=NS)0R(E ==ZO)}AND0125]{(EC = NS) OR (EC =NM)OR(EC =NB)}0126]THEN0127]I1 = PM, I3 = PS, Kp=PS, K11 =PS, Km = NS, Kp3 =NS, K13=ZO, KD3=匪，0128]3) IF (G11 = PS) AND {(E = PM) OR (E = PO)} AND0129]{(EC = NS) OR (EC =NM)OR(EC =NB)}0130]THEN0131]I1 = PM, I3 = PS, Kp=NS, K11 =NS, Km = ZO, Kp3 =PS, K13=匪，、3=PS,0132]IF (G11 = PS) AND {(E=NM) 0R(E ==NO)}AND0133]{(EC = PS) OR (EC =PM) OR (EC =PB)OR(EC = ZO)}0134]I1 = PM, I3 = PS, Kp=PS, K11 =NM, Km = PS, Kp3 =NS, K13=NS, KD3=ZO,0135]IF (G11 = PS) AND {(E=PS) 0R(E ==ZO)}AND[0136]{(EC = NS) OR (EC = NM) OR (EC = NB)}THFNI1 = PM, I3 = PS, Kpi = NM, K11 = PS, Km = NS, Kp3 = ZO, K13 = PM, KD3 = NMIF (G11 = PS) AND {(E = NS) OR (E = ZO)} AND{(EC = PS) OR (EC = PM) OR (EC = PB) OR (EC = ZO)}THENI1 = PM, I3 = PS, Kpi = ZO, K11 = PM, Km = NM, Kp3 = NM, K13 = PS, KD3 = NS離線建立軸向磁軸承模糊控制規(guī)則的過程。如圖1和圖2所示，根據(jù)實(shí)驗(yàn)可知，只有安裝角α的變化才會影響軸向磁軸承的承載力情況，旋轉(zhuǎn)角β的變化對其沒有影響。當(dāng)安裝角α在0° 360°范圍內(nèi)變化時(shí)， α e (0° 180° )和α e (180° 360° )僅僅是上、下軸向磁軸承承載狀態(tài)對換，其承載狀態(tài)變化過程及控制策略類似。因此本實(shí)用新型中僅給出α e (0° 180° )時(shí)，軸向磁軸承偏置電流和PID參數(shù)模糊規(guī)則建立過程。將安裝角α模糊化得α = {0,1,2,3,4} = {Ζ0，PS，Ρ0，ΡΜ，ΡΒ}。安裝角α的隸屬度函數(shù)曲線如圖4所示.根據(jù)磁懸浮分子泵轉(zhuǎn)子的位移偏差E和位移偏差變化率EC的變化情況，將E和EC 模糊化得E= {-3, -2, -1,0,1,2,3} = {NB, NM, NS, Ζ0, PS, ΡΜ, ΡΒ}EC= {-3, -2, -1,0,1,2,3} = {NB, NM, NS, Ζ0, PS, ΡΜ, ΡΒ}當(dāng)轉(zhuǎn)子距離上軸向磁軸承最近時(shí)，定義E為正極大PB ；當(dāng)轉(zhuǎn)子距離上軸向磁軸承最遠(yuǎn)時(shí)，定義E為負(fù)極大NB ；其他位置分別對應(yīng)E為負(fù)較大匪、負(fù)較小NS、零Ζ0、正較小PS、 正較大ΡΜ。E、EC隸屬度函數(shù)曲線如圖5所示。本實(shí)用新型中磁軸承采用差動(dòng)控制，對于軸向磁軸承來說有I1^1=Wrfil,。上、下Am; = K'Plek + K'n ^ + K'Dl (ek - e^ ), / = 1,2
J=O上文中，u' Ju' 2)表示上(下)軸向磁軸承所需控制電壓；u' 01 (u‘ Q2)表示上
(下)軸向磁軸承產(chǎn)生偏置電流所需控制電壓；Δ !' !(Au' 2)表示上(下)軸向磁軸承
k
控制電壓變化量^k表示第k時(shí)刻轉(zhuǎn)子位移偏差Plri表示第k-i時(shí)刻轉(zhuǎn)子位移偏差
；=0
表示第k時(shí)刻時(shí)轉(zhuǎn)子位移偏差和；K' Pi,K' n,K' Di(i = 1，2)為上(下)軸向磁軸承PID參數(shù)。將軸向磁軸承偏置電流和PID參數(shù)分別模糊化得Izup= {0,1,2,3} = {Z0，PS，PM，PB}Izdown = {0,1,2,3} = {Z0，PS，PM，PB}Izup，Izdown的隸屬度函數(shù)曲線如圖6所示。K' Pi = {0，1，2，3，4，5，6} = {NB，匪，NS，Z0，PS，PM，PB}，i = 1，2K' n = {0，1，2，3，4，5，6} = {NB，匪，NS，Z0，PS，PM，PB}，i = 1，2[0159]K' Di = {0，1，2，3，4，5，6} = {NB，匪，NS，Z0，PS，PM，PB}，i = 1，2式中，下標(biāo)1表示上軸向磁軸承，下標(biāo)2表示下軸向磁軸承。K' Pi, K' π, K' Di 的隸屬度函數(shù)曲線如圖7所示。軸向磁軸承模糊規(guī)則建立根據(jù)試驗(yàn)及專家的控制經(jīng)驗(yàn)，離線建立軸向磁軸承偏置電流和PID參數(shù)的模糊規(guī)則當(dāng)α = ZO時(shí)，只有上軸向磁軸承工作，下軸向磁軸承不工作，Izup = PB, Izdown = Ζ0。參數(shù)推理規(guī)則如下1)IF(a = Z0) AND (E = PB)[0165]THEN Izup = PB, Izdown = ZO, K' P1 = PM, K' π = NB, K'Dl = NS[0166]IF (α=Z0)AND(Ε = NB)[0167]THEN Izup = PB, Izdown = ZO, K' P1 = PB, K' π = NB, K'm =匪[0168]2)IF(a = Z0) AND (Ε = PM)[0169]THEN Izup = PB, Izdown = ZO, K' P1 = PS, K' π = NS, K'Dl = ZO[0170]IF (α=Z0) AND {(Ε = PS) OR (E = Z0)}[0171]THENI1MP = PB, Izdown = Z0, K' P1 = Z0,K' Π = ZO, K'Dl = NS[0172]IF (α=Z0) AND (Ε = NS)[0173]THENI1MP = PB, Izdown = Z0, K' P1 = PS, K' π = NS, K'Dl = ZO[0174]IF (α=Z0) AND (Ε =匪)[0175]THENI1MP = PB, Izdown = Z0, K' P1 = PM, K' n =匪，K'Dl = PS[0176]當(dāng)α=PS或PM時(shí)，上軸向磁軸承需要分擔(dān)更多的承載力，Izup = PM, Izdown = PS或I 丄 zup= PB，Izdmm = PS。由于α =PS和α = PM時(shí)，軸向磁軸承模糊規(guī)則推理過程相同，因此僅以α =PS時(shí)為例進(jìn)行說明[0177]1)IF(a = PS) AND (Ε = PB)[0178]THEN[0179]I = 丄zupPM, Izdown = PS, K' P1 = PS, K' π = NB, K'NS, K' p2 = PB, K' I2 =NB, K'D2 =匪[0180]IF (α=PS)AND(Ε = NB)[0181]THEN[0182]I = 丄zupPM, Izdown = PS, K' P1 = PB, K' π = NB, K'NM, K' p2 = PS, K' I2 =NB, K'D2 = NS[0183]2)IF(a = PS) AND {(Ε = PM) OR (Ε = Ρ0)} AND[0184]KEC ==PS) OR (EC = PM) OR (EC = PB) OR (EC = Z0)}[0185]THEN[0186]I = xZUpPM, Izdown = PS, K' P1 = Z0,K' π = NS, K'Z0, K' P2 = PM, K' I2 =匪，K'D2 — PS[0187]IF (a=PS) AND {(E = NM) OR (E = NO)} AND[0188]KEC ==NS) OR (EC =匪)OR (EC = NB)}[0189]THEN11[0190] NS, K' PS, K' Z0, K' 匪，K' NS, K' PM, K' PS, K'
I7im = PM, Izdown = PS, K' ρ, =PM,K' T1=匪，K' ni =PS, K' P9 = Z0, K' =
Pl
Il
Dl
P2
12
=ZO
IF(a = PS) AND{(E = PS) OR (Ε = Z0)} AND
{(EC = PS) OR (EC = PM) OR (EC = PB) OR (EC = ZO)}
THEN
I,, = PM, I7flnw =PSjK^ P1=NS，r T1 = ZO，Γ ^1=WiK' P2 = PS，K' =
D2
=NS
IF (a = PS) AND {(E = NS) OR (E = ZO)} AND {(EC = NS) OR (EC = NM) OR (EC = NB)} THEN
I = PM, Lf1nwn = PS, K' P1 = PS, K' T1 = PS, K' ni = NS, K' P9 = NS, K' T9 =
=匪
3) IF (a = PS) AND {(E = PM)OR(E = PO)} AND {(EC = NS) OR (EC = NM) OR (EC = NB)} THEN
I寵=PM, I7itinwn = PS, K' P1 = NS, K' T1 =NS, K' n, =ZO, K' m = PS, K' =
D2
=PS
IF (a = ps) AND{(E =匪)OR (E = NO)} AND
{(EC = PS) OR (EC = PM) OR (EC = PB) OR (EC = ZO)}
THEN
I = PM, Lf1nwn = PS, K' P1 = PS, K' T1 =匪，K' ni = PS, K' P9 = NS, K' T9 =
=ZO
IF (a = PS) AND {(E = PS) OR (E = ZO)} AND {(EC = NS) OR (EC = NM) OR (EC = NB)} THEN
I寵=PM, I7itinwn = PS, K' P1 =匪，K' T1 =PS, K' ni = NS, K' = ΖΟ,Κ' =
D2
=匪
IF (a = PS) AND {(E = NS) OR (E = ZO)} AND
{(EC = PS) OR (EC = PM) OR (EC = PB) OR (EC = ZO)}
THEN
I = PM, Lf1nwn = PS, K' P1 = ZO, K' T1 = PM, K' ni =匪，K' P9 =匪，K' T9 =
=NS
當(dāng)a = PB時(shí)，Izup = Izdown = PS，上、下軸向磁軸承差動(dòng)工作(
l)IF(a = PB) AND (Ε = PB)
THEN
I,m= I7iinwn = PS, K' P1 =PS, K' T1=匪，K' n, =NS, K'
=PM, K'
=匪，
K
D2
0219
0220
=匪
B)
N
Il
-S D N A
B) P
Ια N /V E F H I T[0221]I = izupIzdown — PS，KP1 = PM, K'Il —匪，rDl=ΝΜ，ΓP2=ps，r12 —K' = IV D2NS[0222]2)IF(a = PB) AND (E=PM)[0223]THEN[0224]I = izupIzdown — PS，KP1 = Z0, K'Il —Z0,K1Dl=Ns，rP2=ps，r12 —K' = IV D2ZO[0225]IF (a=PB)AND{(E ==PS) 0R(E =ZO)}[0226]THEN[0227]I = izupIzdown — PS，KP1 = NS, K'Il —ps，rDl=ΝΜ，ΓP2=zo，r12 —K' = IV D2NS[0228]IF (a=PB)AND(E =NS)[0229]THEN[0230]I = izupIzdown — PS，KP1 = Z0, K'Il —Z0,K1Dl=Ns，rP2=Ns，r12 —K' = IV D2匪[0231]IF (a=PB)AND(E =匪)[0232]THFN[0233]I = izupIzdown — PS，Kpi = PS,K'Il —Ns，rDl=zo，rP2=zo，r12 —K' = IV D2NS所述模糊控制包括以下步驟參數(shù)計(jì)算步驟根據(jù)所述磁軸承電磁力系數(shù)信息、所述徑向磁軸承靜態(tài)電流信息、所述軸向磁軸承靜態(tài)電流信息，通過預(yù)設(shè)的參數(shù)計(jì)算公式計(jì)算獲得徑向磁軸承重力因子和分子泵安裝角 α信息；當(dāng)磁懸浮分子泵轉(zhuǎn)子靜態(tài)懸浮時(shí)，對于徑向磁軸承來說，轉(zhuǎn)子與磁極對1之間的距離和轉(zhuǎn)子與磁極對3相等，轉(zhuǎn)子與磁極對2之間的距離和轉(zhuǎn)子與磁極對4之間的距離相等；對于軸向磁軸承來說，轉(zhuǎn)子與上、下磁軸承之間的距離相等；由此所述磁軸承電磁力計(jì)算公式為
權(quán)利要求1.一種磁懸浮分子泵系統(tǒng)，包括磁懸浮分子泵，所述磁懸浮分子泵具有軸向磁軸承和徑向磁軸承；其特征在于還包括第一電流檢測裝置，與所述磁懸浮分子泵電路連接，用于檢測所述磁懸浮分子泵實(shí)現(xiàn)靜態(tài)懸浮時(shí)的徑向磁軸承靜態(tài)電流；第二電流檢測裝置，與所述磁懸浮分子泵電路連接，用于檢測所述磁懸浮分子泵實(shí)現(xiàn)靜態(tài)懸浮時(shí)的徑向磁軸承靜態(tài)電流；位移檢測裝置，設(shè)于所述磁懸浮分子泵的轉(zhuǎn)子處，用于在分子泵工作時(shí)檢測的轉(zhuǎn)子位移，和計(jì)算輸出轉(zhuǎn)子位移偏差和轉(zhuǎn)子位移偏差變化率信息；預(yù)設(shè)參數(shù)存儲介質(zhì)，用于存儲模糊規(guī)則信息和相應(yīng)的預(yù)設(shè)模糊控制數(shù)據(jù)；控制裝置，所述控制裝置分別與所述磁懸浮分子泵、所述電流檢測裝置和所述位移檢測裝置連接，用于根據(jù)接收由所述電流檢測裝置傳送來的徑向磁軸承靜態(tài)電流信息、所述軸向磁軸承靜態(tài)電流信息，和由所述位移檢測裝置傳送來的轉(zhuǎn)子位移偏差信息和轉(zhuǎn)子位移偏差變化率信息，結(jié)合所述預(yù)設(shè)參數(shù)存儲介質(zhì)中的所述模糊規(guī)則信息和相應(yīng)的預(yù)設(shè)模糊控制數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊控制，輸出控制信號給磁懸浮分子泵實(shí)現(xiàn)所述磁懸浮分子泵在任意位置安裝時(shí)的穩(wěn)定運(yùn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮分子泵系統(tǒng)，其特征在于所述位移檢測裝置包括上徑向位移傳感器，下徑向位移傳感器和軸向傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁懸浮分子泵系統(tǒng)，其特征在于所述電流檢測裝置為電流傳感器；所述預(yù)設(shè)參數(shù)存儲介質(zhì)為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種磁懸浮分子泵系統(tǒng)，包括磁懸浮分子泵，所述磁懸浮分子泵具有軸向磁軸承和徑向磁軸承；第一電流檢測裝置，用于檢測徑向磁軸承靜態(tài)電流；第二電流檢測裝置，用于檢測徑向磁軸承靜態(tài)電流；位移檢測裝置，用于檢測轉(zhuǎn)子位移，和計(jì)算輸出轉(zhuǎn)子位移偏差以及轉(zhuǎn)子位移偏差變化率信息；預(yù)設(shè)參數(shù)存儲介質(zhì)，用于存儲模糊規(guī)則信息和相應(yīng)的預(yù)設(shè)模糊控制數(shù)據(jù)；控制裝置，用于根據(jù)徑向磁軸承靜態(tài)電流信息、軸向磁軸承靜態(tài)電流信息、轉(zhuǎn)子位移偏差信息和轉(zhuǎn)子位移偏差變化率信息，結(jié)合所述預(yù)設(shè)參數(shù)存儲介質(zhì)中的所述模糊規(guī)則信息和相應(yīng)的預(yù)設(shè)模糊控制數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊控制，輸出控制信號實(shí)現(xiàn)所述磁懸浮分子泵在任意位置安裝時(shí)均能穩(wěn)定運(yùn)行。
文檔編號H02N15/00GK202004696SQ201020696028
公開日2011年10月5日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者張凱, 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(zé)任公司, 清華大學(xué)