专利名称：一种磁悬浮分子泵降速过程中的平稳控制方法
技术领域：
本发明涉及一种磁悬浮分子泵不平衡控制方法，具体地说是一种磁悬浮分子泵在降速过程中的平稳控制方法。
背景技术：
磁悬浮分子泵是利用高速旋转的转子把动量传输给气体分子，使之获得定向速度，从而被压缩并驱向排气口，后被前级抽走的一种真空泵。磁悬浮分子泵是利用磁轴承产生电磁力使转子悬浮在空中，实现转子和定子之间无机械接触且转子位置可主动控制的一种新型高性能分子泵。由于磁悬浮分子泵具有无摩擦、无需润滑、无污染、高速度、寿命长等优点，因此磁悬浮分子泵广泛用于高真空度、高洁净度的真空获得领域。如图1所示，磁悬浮分子泵一般包括磁悬浮分子泵泵体1、磁悬浮分子泵转子2、 磁悬浮分子泵叶轮3、推力盘4、磁悬浮分子泵电机5、第一径向磁轴承6、第二径向磁轴承7、 轴向磁轴承8、第一径向保护轴承9、第二径向保护轴承10、轴向保护轴承11、第一径向位移传感器12、第二径向位移传感器13、轴向位移传感器14、转子转速检测装置15、转子位移检测装置16、磁悬浮分子泵控制器17。对于磁悬浮分子泵来说，由于转子零件加工精度的限制，转子的质量分布不均勻，存在不平衡质量，导致转子的几何中心和质量中心不重合。在转子转动过程中，转子的不平衡质量会引起转子同频振动，转速越高，振动越明显，这样将严重影响分子泵运行的平稳性，因此需要对转子的同频振动进行抑制。由于转子不平衡质量难以完全消除，为了在运行过程中尽可能减小转子同频激振力，经常使用不平衡控制算法抑制转子的同频振动。不平衡控制算法主要有两种，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产生一个和转子同频振动信号同相位、同幅度的补偿信号，并与原转子位移信号相减，使得控制器对于转子同频振动信号不响应。力控制算法的基本思想是提取转子振动信号的同频成分，由前馈控制通道据此产生相应控制信号，叠加到主控制器输出中，抑制转子同频振动，即产生与原同频激振力反向的控制力，减小转子同频振动位移。不平衡算法设置在所述磁悬浮分子泵控制器中，根据需要启动抑制转子的同频振动。磁悬浮分子泵转子的同频振动信号为」sm(_ +㈣，ω为转速，t为时间，A为转子同频振动信号幅值，P为转子同频振动信号相位，不平衡控制算法需要获得转子同频振动信号的幅值A和相位炉来计算转子同频振动补偿信号。一般通过LMS (least mean square，最小均方误差)算法获得上述两个参数。在转子的降速过程中，通过使用LMS算法的不平衡控制算法可以获得转子同频振动信号的幅值和相位。转子在中高速时，在一个小的速度变化区间内，转子同频振动信号的幅值和相位变化不大。通常磁悬浮分子泵转子的转速越高同频振动的影响越大，因此所述转子在低速时一般不运行不平衡控制算法，当所述转子运行到高速时才启动不平衡控制算法。当转子从高速降低到中低速，转子转速满足关闭不平衡控制算法时，所述磁悬浮分子泵控制器关闭不平衡控制算法。但是，将所述不平衡控制算法的输出直接从所述磁悬浮分子泵控制器中减去，关闭转子同频振动的抑制功能，会造成所述磁悬浮分子泵控制器的输出产生跳变，给系统带来很大的冲击，影响系统的稳定性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有技术中磁悬浮分子泵降速时直接关闭不平衡算法，导致磁悬浮分子泵控制器的输出跳变，给系统带来较大冲击，影响稳定性的技术问题，从而提出一种保证所述磁悬浮分子泵转子平稳降速的控制方法。为解决上述技术问题，本发明提出了磁悬浮分子泵降速过程中的平稳控制方法， 包括如下步骤(1)所述磁悬浮分子泵控制器中，设置有不平衡控制算法和所述不平衡控制算法的切换转速《『当所述磁悬浮分子泵需要停机时，所述磁悬浮分子泵控制器控制电机停机，利用电机的刹车系统进行减速，转子转速降低；(2)当转子转速达到ω。+ν时，其中2<ν<8，ω Q和ν的单位均为转/秒，通过不平衡控制算法计算得出转子同频振动信号为4) +(3)将所述不平衡控制算法输出的补偿信号设置为-MiSinCW + ^hk为比例因子，当所述转子的转速从ω"减速到时，k从1线性减小到0。在所述步骤(1)中，所述切换转速Qci根据磁悬浮分子泵转子的转子动力学特性设置。在所述步骤( 中，所述ν = 5。所述不平衡控制算法中使用LMS算法计算转子同频振动信号的幅值A和相位炉。本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点(1)本发明所述的磁悬浮分子泵降速过程中的平稳控制方法，所述磁悬浮分子泵中设置有切换转速《『当所述磁悬浮分子泵需要停机时，在降速过程中，当转子转速达到 ω0+ν时，通过不平衡控制算法计算得出转子同频振动信号为4) +外)。此时将所述不平衡控制算法输出的补偿信号设置为-MiSinCW + ^hk为比例因子。当所述转子的转速从ω,ν减速到Coci时，k从1线性减小到O。由于转子在中高速时，在一个小的速度变化区间内，转子同频振动信号的幅值和相位变化不大，因此当转子接近不平衡控制算法切换转速时，在一个小的速度变化区间内，补偿信号相位可以保持不变，将补偿信号幅值渐进切换 (即令k从1线性变化到0)，使得不平衡控制算法输出切换平滑过渡，避免了对系统造成较大冲击，保证系统稳定工作。(2)本发明所述的磁悬浮分子泵降速过程中的平稳控制方法，所述切换转速Oci根据磁悬浮分子泵转子的转子动力学特性设置，针对不同的系统和转子类型，设置不同的切换转速，广泛适用于各种磁悬浮分子泵。
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中，图1是磁悬浮分子泵的结构示意图；图2是本发明所述磁悬浮分子泵降速过程中的平稳控制方法的流程图；图1中标记表示为1-磁悬浮分子泵体，2-磁悬浮分子泵转子，3-磁悬浮分子泵叶轮，4-推力盘，5-磁悬浮分子泵电机，6-第一径向磁轴承，7-第二径向磁轴承，8-轴向磁轴承，9-第一径向保护轴承，10-第二径向保护轴承，11-轴向保护轴承，12-第一径向位移传感器，13-第二径向位移传感器，14-轴向位移传感器，15-转子转速检测装置，16-转子位移检测装置，17-磁悬浮分子泵控制器。
具体实施例方式磁悬浮分子泵的一般结构如图1所示，磁悬浮分子泵的转子在低速时一般不运行不平衡控制算法，当所述转子运行到高速时才启动不平衡控制算法。在磁悬浮分子泵停机降速的过程中，当转子从高速降低到中低速，转子的转速满足关闭不平衡控制算法时，所述磁悬浮分子泵控制器关闭不平衡控制算法，下面给出本发明所述的磁悬浮分子泵降速过程中的平稳控制方法的具体实施方式
，包括如下步骤，流程图如图2所示(1)所述磁悬浮分子泵控制器中，设置有不平衡控制算法和所述不平衡控制算法的切换转速《『所述切换转速Oci根据磁悬浮分子泵转子的转子动力学特性设置，当转子的转速高于Qci时，需要通过不平衡控制算法来抑制转子的不平衡振动；当所述转子的转速低于Qci时，转子的不平衡振动较小，不需要进行抑制。当所述磁悬浮分子泵需要停机时，所述磁悬浮分子泵控制器控制电机停机，利用电机的刹车系统进行减速，转子的转速降低；(2)当所述转子的转速降低到接近切换转速时，在一个小的速度变化范围内，将所述不平衡控制算法计算出的补偿信号平滑过渡到0，在本实施例中，当转子转速达到c^+5 时，单位为转/秒，通过不平衡控制算法计算得出转子同频振动信号为4) + ；(3)转子在中高速时，在一个小的速度变化区间内，转子同频振动信号的幅值和相位变化不大，因此在转子转速为 Oci的这个转速区间内，可以根据不平衡算法获得的转子同频振动信号4) + 对所述转子的不平衡振动进行补偿，ω为转子当前转速。具体方法为，当转子转速到达ω J5时，将所述不平衡控制算法输出的补偿信号设置为 -Msm(故+ <^)，k为比例因子。当所述转子的转速从ω减速到时，k从1线性减小到O。转速每下降1时，k下降0. 2，当转速从c^+5减速到Coci时，k从1下降到0，这样就实现了所述不平衡控制算法的平滑切换。当所述转子转速达到切换转速Qci时，不平衡算法提供的补偿信号平滑过渡到0，也就是说完成了降速过程中关闭不平衡控制器，有效避免了不平衡控制切换时对系统造成的冲击，保证系统在降速过程中稳定运行。显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
权利要求
1.一种磁悬浮分子泵降速过程中的平稳控制方法，其特征在于，包括如下步骤(1)所述磁悬浮分子泵控制器中，设置有不平衡控制算法和所述不平衡控制算法的切换转速ω ^，当所述磁悬浮分子泵需要停机时，所述磁悬浮分子泵控制器控制电机停机，利用电机的刹车系统进行减速，转子转速降低；(2)当转子转速达到c^+v时，其中2<v<8，Coci和ν的单位均为转/秒，通过不平衡控制算法计算得出转子同频振动信号为+ ，ω为转子的当前转速，t为时间；(3)将所述不平衡控制算法输出的补偿信号设置为-Mi+ ，k为比例因子，当所述转子的转速从ω,ν减速到Coci时，k从1线性减小到O。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮分子泵降速过程中的平稳控制方法，其特征在于在所述步骤(1)中，所述切换转速Qci根据磁悬浮分子泵转子的转子动力学特性设置。
3.根据权利要求1或2所述的磁悬浮分子泵降速过程中的平稳控制方法，其特征在于 在所述步骤O)中，所述ν = 5。
4.根据权利要求1或2所述的磁悬浮分子泵降速过程中的平稳控制方法，其特征在于 所述不平衡控制算法中使用LMS算法计算转子同频振动信号的幅值A和相位炉。
全文摘要
一种磁悬浮分子泵降速过程中的平稳控制方法，所述磁悬浮分子泵中设置有切换转速ω0。在所述磁悬浮分子泵停机降速的过程中，当转子转速达到ω0+v时，通过不平衡控制算法计算得出转子同频振动信号为此时将所述不平衡控制算法输出的补偿信号设置为k为比例因子。当所述转子的转速从ω0+v减速到ω0时，k从1线性减小到0，保证了降速过程中不平衡控制算法平滑过渡直至关闭。该方法解决了现有技术中磁悬浮分子泵转子在降速时直接关闭不平衡算法导致磁悬浮分子泵控制器的输出跳变，给系统带来较大冲击，影响稳定性的技术问题，是一种保证所述磁悬浮分子泵转子平稳降速的控制方法。
文档编号F04D27/02GK102425559SQ20111034110
公开日2012年4月25日 申请日期2011年11月2日 优先权日2011年11月2日
发明者张剀, 张小章, 李奇志, 武涵, 邹蒙 申请人:北京中科科仪技术发展有限责任公司, 清华大学