[发明专利]一种磁悬浮分子泵增益调度控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁悬浮分子泵控制方法，具体地说是一种磁悬浮分子泵增益调度控制方法。

背景技术

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。磁悬浮分子泵具有无摩擦、无需润滑、无污染、高速度和寿命长等优点，因此磁悬浮分子泵广泛用于高真空度、高洁净度真空获得领域。

磁悬浮分子泵是一种高速旋转机械，它依靠磁轴承将其转子悬浮在空中。磁悬浮分子泵转子在升速过程中，陀螺效应引起转子章动和转子进动。转子进动峰频率一般较低，随着转子转速升高转子进动峰频率会进一步变低；转子章动峰的频率一般较高，且随着转子转速升高转子章动峰的频率会进一步升高。对于转子章动峰和转子进动峰的抑制一般分别采用速度交叉反馈控制和位移交叉反馈控制。转子各自由度分别采用各自的PID控制器（比例-积分-微分控制器）进行控制，这些PID控制器称为分散PID控制器。

2006年11月第11期发表的《一种磁悬浮飞轮增益预调交叉反馈控制方法》中公开了基于转速的增益预调交叉反馈控制方法，在该技术方案中，在分散PID控制器的基础上，通过径向位移信号的差分将转轴的转动运动提取出来，进而利用进动模态和章动模态在频率上的差异，用低通滤波器和高通滤波器对进动信号和章动信号进行分离，然后根据章动和进动各自的涡动方向，利用径向各通道位移信号彼此之间在相位上的超前、滞后关系，分别对进动模态和章动模态实现交叉相位补偿，为章动模态和进动模态提供足够的阻尼。首先将转子转速离散成有限个转速段，然后针对不同的转速段，建立在线控制相对应的交叉反馈通道增益和带宽参数表，对进动模态和章动模态分别实现交叉相位补偿。

在磁悬浮分子泵系统中，当转子转速较低时，使用速度交叉反馈控制器不能很好的抑制转子章动，使用不当甚至会激起系统低频段的一些结构模态。在转子低速运行时，需要提高系统的分散PID控制器的刚度和阻尼以克服系统结构模态。当转子转速升高到中高速时，使用速度交叉反馈控制器可以对转子章动实现很好的抑制。此时，由于系统带宽的限制，分散PID控制器对章动的阻尼效果很有限，而其高增益却会带来许多负面影响，如引入噪声干扰，甚至造成功放饱和，且容易激发系统定子结构模态和转子振动模态产生振动，影响整个系统的稳定性。

发明内容

为此，本发明所要解决的是由于磁悬浮分子泵存在转子陀螺效应以及系统结构模态而造成转子升速过程中转子振动抑制困难的技术问题，从而提出一种可以使得转子在整个运行过程中均能实现稳定工作的磁悬浮分子泵增益调度控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下，本发明所述的磁悬浮分子泵增益调度控制方法，包括如下步骤：

（1）磁悬浮分子泵控制器控制磁悬浮分子泵电机升速，通过转子位移检测装置检测转子位移，通过转子转速检测装置检测转子转速，并将检测到的所述转子位移和转子转速信息发送给所述磁悬浮分子泵控制器；

所述磁悬浮分子泵控制器包括分散PID控制器、位移交叉反馈控制器和速度交叉反馈控制器，所述分散PID控制器中预先设置有两组控制参数，第一组控制参数具有高刚度、高阻尼的特性，第二组控制参数具有低刚度、低阻尼的特性，当所述转子从零开始升速时，所述分散PID控制器调用第一组控制参数对所述磁悬浮分子泵进行控制；

（2）当所述转子转速升高至中低速时，渐进开启位移交叉反馈控制器； 

（3）所述转子转速继续升高，当所述转子转速达到中速时，将所述分散PID控制器的参数渐进切换到第二组控制参数；

（4）当所述转子转速达到中高速时，渐进启动速度交叉反馈控制器，然后所述转子转速继续升高，直至达到工作转速。

在上述过程中，当转子转速在0转/秒-40转/秒之间时为低速；当转子转速在40转/秒-80转/秒之间时为中低速；当转子转速在80转/秒-140转/秒之间时为中速；当转子转速在140转/秒-220转/秒之间时为中高速; 当转子转速在220转/秒以上时为高速。

在所述步骤（2）中，渐进启动位移交叉反馈控制器的过程如下：在预设的所述转子转速变化范围内，以固定的变化步长将交叉反馈控制器的增益逐步从零增加到设定值。