[发明专利]一种磁悬浮泵的控制方法及控制系统

说明书

本发明公开了一种磁悬浮泵的控制方法及控制系统，根据磁悬浮泵系统中转子的转速不同，对其实行不同控制方式以调节转子的径向偏移量；当转子的转速为低转速时，采用线性控制方法调节转子径向偏移量；当转子的转速为高转速时，采用仿人智能积分控制方法调节转子径向偏移量；在仿人智能积分控制方法中计算了转子所受单边磁拉力，并根据转子所受单边磁拉力计算出调整转子所需的径向悬浮力，提高了控制转子径向偏移量的控制精度；仿人智能积分控制方法提升了磁悬浮泵系统中转子在高转速下的稳态性能。本发明可避免单一控制方法不能兼顾控制精度和响应的问题。

技术领域

本发明属于磁悬浮控制技术领域，具体涉及一种磁悬浮泵的控制方法及控制系统。

背景技术

磁悬浮泵是一种采用磁轴承作为转子支承的泵，转子和定子之间无机械接触，转子依靠磁力实现悬浮，具有密封性好、无磨损、寿命高等优点，在真空、辐射和禁止润滑剂介质污染等应用场合，具有传统机械泵无法比拟的优越性能。

磁悬浮泵和机械泵的转矩控制都是通过电机转子带动泵轮旋转来工作的，磁悬浮泵通过磁轴承实现转子的转动，而机械泵则是借助机械轴承实现转子旋转，两者转矩的控制都是通过变化的电流产生的旋转磁场来实现，而磁悬浮泵的悬浮力控制是通过调节悬浮绕组中电流的幅值和方向而实现。转子的径向悬浮一直是磁悬浮泵技术的重点研究方向，径向悬浮力的大小决定了转子的径向偏移程度，径向稳定性的强弱又决定了转子抵抗外界干扰的能力。磁悬浮泵的概念虽然近些年已提出，但目前国内关于磁悬浮泵的研究多处于理论阶段，其控制方法也存在诸多不足之处。在传统的控制方案中转矩绕组和悬浮绕组间磁链信息的传递会导致转子的悬浮性能和转矩性能产生相互制约，增加了控制算法的复杂程度，且多采用PID控制，控制方案单一，不能满足磁悬浮泵实际运行的需要，降低了控制模块组的灵活度。此外，传统的PID控制属于线性控制，难以适应对磁悬浮系统多变量、非线性的控制环境，而由单边磁拉力引起的正反馈进一步增加了位移控制模块组的不稳定性。因此，目前急需一种能提高转子动态特性，具有高精度、高灵活性的控制方法，来提高磁悬浮泵的工作性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种根据转子的运行工况分别采用两种不同控制方案对转子悬浮力进行控制的磁悬浮泵的控制方法及控制系统，以增强转子的动态性能，避免单一控制方案带来的控制算法复杂、响应慢、功耗高的缺陷。

本发明一种磁悬浮泵的控制方法，具体如下：

在磁悬浮泵工作前，通过控制模块组设置磁悬浮泵系统中转子的转速n_s；控制模块组判断设置的转速n_s为低转速或高转速；当判断转速为低转速时，控制模块组采用线性控制方法计算转子的径向偏移量；当目标转速为高转速时，控制模块组采用仿人智能积分控制方法计算转子的径向偏移量；接着，通过控制模块组启动磁悬浮泵系统中的悬浮装置，使转子保持悬浮状态；此时，检测系统对转子的径向偏移量进行检测，并通过数据传输系统将转子的径向偏移量传输至控制模块组；控制模块组判断转子的径向偏移量r_c是否满足对应控制方法的要求值，若不满足要求值，则控制模块组根据转速n_s设置为低转速或高转速计算出径向悬浮力对应的控制量u，并将控制量u传输至PLC，PLC通过控制变频器使磁悬浮泵系统改变转子所受的径向悬浮力；然后，启动磁悬浮泵中旋转装置，驱动转子旋转；检测系统对转子的径向偏移量r_c进行实时检测，并通过数据传输系统反馈至控制模块组；控制模块组根据磁悬浮泵系统中转子的转速n_s，选择对应的控制方法计算出径向悬浮力对应的控制量u，使磁悬浮泵系统改变转子所受的径向悬浮力，实时对转子的径向偏移量r_c进行控制调节。

优选地，所述的控制模块组中线性控制方法和仿人智能积分控制方法的控制过程，具体如下：

转子的径向悬浮力F与磁悬浮泵系统中悬浮系统电流I满足如下关系式：

F＝k·I

其中，k为线性常量；