[发明专利]一种磁悬浮分子泵的自适应控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于流体设备领域，尤其涉及一种磁悬浮分子泵的自适应控制系统及控制方法。

背景技术

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。

磁悬浮分子泵的负载由径向磁轴承和轴向磁轴承共同承担。在工作过程中，磁悬浮分子泵可能需要在任意位置安装。磁悬浮安装在不同安装位置时，径向磁轴承和轴向磁轴承分担的负载不同，磁轴承线圈电流也随之变化，因此需要合理分配磁轴承承载力。针对分子泵安装角α和旋转角β变化的问题，较常见的方法是将径向磁轴承偏置电流和轴向磁轴承偏置电流始终取各种安装情况下所需值的最大值，以保证磁轴承产生的静态磁场满足承载需求，避免出现径向磁轴承和轴向磁轴承的承载力不足；同时在分子泵安装角α和旋转角β变化时，采用固定的控制算法保证系统稳定。

上述方案的缺陷在于：将径向磁轴承偏置电流和轴向磁轴承偏置电流均取最大值将导致大部分工况下磁轴承线圈偏置电流过大，功耗增加，线圈发热严重。不论分子泵安装角α和旋转角β如何变化，控制程序采用固定的控制算法容易造成系统性能下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有分子泵控制程序无法根据分子泵安装位置的变化实时调整径向磁轴承偏置电流、轴向磁轴承偏置电流及PID控制参数，提供一种磁悬浮分子泵控制系统及控制方法，在磁悬浮分子泵安装位置变化后，自动估算分子泵安装角α和旋转角β，并据此调整径向磁轴承偏置电流、轴向磁轴承偏置电流和PID控制参数(即Proportional-Integral-Derivative Parameter，PIDParameter，又称为“比例-积分-微分控制参数”)，实现分子泵稳定运行。

为此，本发明所采用的技术方案为：一种磁悬浮分子泵的自适应控制系统，包括数据采集存储单元和调整控制单元；

所述数据采集存储单元获取分子泵安装于某一预定安装位置时的径向磁轴承偏置电流、轴向磁轴承偏置电流和PID控制参数，包括静态悬浮模块、参数调整模块和参数记录模块：

所述静态悬浮模块利用静态悬浮程序实现分子泵转子安装在某一预定安装位置时稳定静态悬浮；静态悬浮程序设计方法参考“Schweitzer G.，Traxler A.，Bleuler H.著，虞烈，袁崇军译，《主动磁轴承基础、性能及应用》，北京新时代出版社，1997：P26-37。

所述参数调整模块调整径向磁轴承偏置电流、轴向磁轴承偏置电流和PID控制参数实现磁悬浮分子泵的稳定工作；

所述参数记录模块记录并存储磁悬浮分子泵在各预定安装位置时的安装角α、旋转角β、径向磁轴承偏置电流、轴向磁轴承偏置电流和PID控制参数；

所述调整控制单元包括角度估算模块、数据调取模块和数据导入模块；

所述角度估算模块估算分子泵安装在某一位置并利用静态悬浮模块实现稳定静态悬浮后的安装角α和旋转角β；

所述数据调取模块根据所述角度估算模块估算的安装角α和旋转角β查找所述参数记录模块中的参数，找到相同或最接近的安装角α和旋转角β所对应的径向磁轴承偏置电流、轴向磁轴承偏置电流以及PID控制参数；

所述数据导入模块将所述静态悬浮模块的静态悬浮程序中的控制参数更新为所述数据调取模块查找的控制参数；

其中，以水平向右的方向为x轴正方向，垂直地面向上的方向为y轴正方向，建立直角坐标系。以磁悬浮分子泵转子轴线相对于直角坐标系y轴正方向逆时针旋转角度为磁悬浮分子泵的安装角α；以径向磁轴承定子的磁极对1产生的磁力与径向磁轴承定子各磁极的合力的夹角为磁悬浮分子泵旋转角β。

所述角度估算模块包括磁轴承电磁力估算子模块、安装角α估算子模块和旋转角β估算子模块：

所述磁轴承电磁力估算子模块根据径向磁轴承静态工作电流和轴向磁轴承静态工作电流计算径向磁轴承和轴向磁轴承的分力情况；

安装角α估算子模块和旋转角β估算子模块根据径向磁轴承和轴向磁轴承的分力情况计算磁悬浮分子泵安装角α和旋转角β；

所述磁轴承电磁力估算模块的计算公式如下：