[发明专利]一种磁悬浮分子泵的双转向变步长振动抑制方法及系统

说明书

本发明公开了一种磁悬浮分子泵的双转向变步长振动抑制方法，通过采集磁悬浮分子泵转子的可调相角，以及在不平衡振动状态下的转子转速和同频信号，构建磁悬浮分子泵转子在不平衡振动状态下的状态空间方程；根据磁悬浮分子泵转子在不平衡振动状态下的不平衡量矩阵，构建用于抑制不平衡振动状态的传递函数模型，其中，函数模型用于对磁悬浮分子泵转子在不平衡振动状态下的同频信号进行抑制；本发明还公开了一种双转向变步长振动抑制系统，包括用于实现振动抑制方法的抑制模块以及与抑制模块并联连接的控制器、功率放大器、传感器等，本发明提高了不平衡振动抑制方法在高转速下的响应速度，为磁轴承控制技术提供了新的技术思路。

技术领域

本发明涉及磁轴承控制技术领域，尤其涉及一种磁悬浮分子泵的双转向变步长振动抑制方法及系统。

背景技术

超高真空分子泵是获得超高真空环境的核心仪器设备，对获得超高真空起到决定性的作用。传统的机械轴承分子泵不仅振动噪声大，寿命短，并且抽速与压缩比低。磁悬浮轴承以其具有高转速、无需润滑、无摩擦，能够满足超高真空、超洁净、超静的性能指标的特点，成为用作超高真空分子泵转子支承的最佳选择。

分子泵转子在实现稳定悬浮升速运行时，磁悬浮分子泵系统的振动的主要来源是转子的不平衡振动，不平衡振动的存在会严重影响分子泵性能指标的提高，所以不平衡振动抑制是实现磁悬浮分子泵工程应用的关键技术。

针对磁悬浮转子的不平衡振动控制，已经提出了很多种控制方法，可分为两大类。一类是不平衡补偿，通过补偿不平衡力使转子绕几何轴旋转，但是这种方法需要更大的控制电流，可能会导致功率放大电路的饱和；第二类是基于自对中理论的零同频电流和零轴承力的方法，使得转子绕近似惯性轴和惯性轴旋转，这类方法不仅能够降低系统的功耗，而且能够有效减少不平衡振动力。包括自适应控制器、重复控制，H∞鲁棒控制器以及一些非线性控制方法，但这些方法存在只针对单通道串行处理，运算量大，算法复杂不易于实现工程应用的特点。

发明内容

为了克服现有技术的不足。本发明的目的是提供了一种磁轴承控制系统双转向变步长振动抑制方法，该方法具有能针对顺时针旋转和逆时针旋转两种转向实现不同的控制策略，能够实现双通道并行处理，减少了运算量的特点。能够快速有效的抑制不平衡振动力，提高磁悬浮转子的位置精度。

为了实现上述目的，本发明提供了一种磁悬浮分子泵的双转向变步长振动抑制方法，包括以下步骤：

采集磁悬浮分子泵转子的可调相角，以及在不平衡振动状态下的转子转速和同频信号，构建磁悬浮分子泵转子在不平衡振动状态下的状态空间方程；

基于状态空间方程，根据磁悬浮分子泵转子在不平衡振动状态下的不平衡量矩阵，构建用于抑制不平衡振动状态的传递函数模型，其中，函数模型用于对磁悬浮分子泵转子在不平衡振动状态下的同频信号进行抑制。

优选地，在构建状态空间方程的过程中，还包括以下步骤：

将同频信号作为状态空间方程的输入信号，并采集同频信号的状态变量，获取状态空间方程的输出信号；

获取用于处理同频信号的低通滤波器的截止频率和低通滤波器增益，根据截止频率、低通滤波器增益、输入信号、状态变量、可调相角、转子转速，构建状态空间方程。

优选地，状态空间方程为：

其中，式中x₀(t)、y₀(t)为输入信号，x₁(t)和y₁(t)为状态变量，c_x(t)和c_y(t)为输出信号，Ω为转子转速，w₀为低通滤波器的截止频率，K为低通滤波器增益，θ为可调相角。