磁悬浮分子泵磁轴承稳定控制系统技术方案

本申请公开了磁悬浮分子泵磁轴承稳定控制系统，包括：传感器、控制模块、执行器和轴承

【技术实现步骤摘要】
磁悬浮分子泵磁轴承稳定控制系统


[0001]本申请属于磁轴承稳定控制领域，尤其涉及磁悬浮分子泵磁轴承稳定控制系统。

技术介绍

[0002]磁悬浮分子泵一般采用五自由度磁轴承来支承涡轮转子，除电机驱动磁悬浮转子轴向转动外，转子其余的三个平动自由度和两个径向转动自由度都由磁轴承来控制，是一种典型的非对称大惯量的磁悬浮转子系统。要保证磁悬浮分子泵稳定工作运行，就要使磁悬浮转子始终稳定悬浮在工作中心。然而，根据转子动力学可知磁悬浮转子在升速过程中会具有陀螺效应，磁悬浮分子泵由于是非对称大惯量转子系统，其陀螺效应会愈加地明显。严重的陀螺效应会使高速旋转的涡轮转子产生章动和进动两种涡动。目前，为了实现章动和进动稳定控制，抑制章动和进动两种涡动模态，较广泛使用的控制方法是PID交叉反馈控制。虽然PID交叉反馈控制有着明确的工程意义且算法简单在磁悬浮轴承控制领域有着较广泛的使用，但是该控制方法却存在交叉反馈参数计算复杂、控制器需多级切换、需要引入转速信号等问题。

技术实现思路

[0003]本申请的目的是提出针对高速旋转的非对称大惯量磁悬浮转子系统的涡动模态鲁棒集中控制，以解决上述现有技术存在的问题。
[0004]为实现上述目的，本申请提供了磁悬浮分子泵磁轴承稳定控制系统，包括：传感器、控制模块、执行器和轴承
‑
转子模块；
[0005]所述传感器用于测量所述轴承
‑
转子模块的轴向位移和径向位移，得到测量信号；
[0006]所述控制控制模块用于基于所述测量信号，解算出控制信号；
[0007]所述执行器用于基于所述控制信号产生电磁力；
[0008]所述轴承
‑
转子模块用于基于所述电磁力支撑非对称大惯量转子实现所述非对称大惯量转子的稳定悬浮。
[0009]优选的，所述轴承
‑
转子模块包括：磁轴承和转子；
[0010]所述磁轴承包括：轴向磁轴承和径向磁轴承；
[0011]所述转子包括：带叶轮的非对称大惯量磁悬浮转子。
[0012]优选的，所述轴向磁轴承用于控制所述转子惯性轴方向上的单自由度平动；所述径向磁轴承用于控制所述转子径向方向上的两个自由度的平动和两个自由度的转动。
[0013]优选的，所述传感器包括a端传感器和b端传感器；
[0014]所述a端传感器位于所述非对称大惯量磁悬浮转子质心的上方；
[0015]所述b端传感器位于所述非对称大惯量磁悬浮转子质心的下方。
[0016]优选的，所述a端传感器用于测量所述非对称大惯量磁悬浮转子在a端的位移；所述b端传感器用于测量非对称大惯量磁悬浮转子在b端的位移。
[0017]优选的，所述控制模块的核心为DSP，所述DSP包括：AD单元、ECAP单元、EPWM单元、
CAN单元。
[0018]优选的，所述AD单元将用于电流位移模拟量转化为DSP能够处理的数字量；所述ECAP单元用于捕获霍尔传感器传来的方波信号，并将所述方波信号转化为相应的转速数值；所述EPWM单元用于将所述DSP产生的数字控制量转化为占空比可变的PWM信号；所述CAN单元用于保证所述磁悬浮分子泵磁轴承稳定控制系统和上位机的通信。
[0019]优选的，所述执行器包括：光耦单元和H桥电路；
[0020]所述光耦单元用于将所述磁悬浮分子泵磁轴承稳定控制系统中的控制部分和大功率部分进行电气隔离；
[0021]所述H桥电路用于在驱动电路的作用下，将电源能量转化为占空比可变的PWM电压。
[0022]与现有技术相比，本申请的有益效果如下：
[0023]本申请提出将陀螺效应项看作是随转速变化的有界参数摄动，解决了转子强陀螺效应引起的磁轴承转子系统涡动模态失稳问题，并避免传统算法参数整定困难、需要多级切换、需引入转速信息的问题。本申请提出的方法简单、容易实现，且不需要引入转子转速信息，能够实现强陀螺效应下非对称大惯量磁轴承转子系统涡动模态稳定控制。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本申请实施例的磁悬浮轴承控制系统结构示意图；
[0026]图2为本申请实施例的转速变化导致参数摄动而引起极点变化示意图
[0027]图3为本申请实施例的期望极点区域描述示意图；
[0028]图4为本申请实施例的交叉反馈PID控制器下的闭环系统静止悬浮时的极点示意图。
具体实施方式
[0029]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0030]为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
[0031]如图1所示，本实施例中提供一种非对称大惯量磁悬浮磁轴承稳定控制系统，包括：传感器、控制模块、执行器和轴承
‑
转子模块；传感器用于测量轴承
‑
转子模块的轴向位移和径向位移，得到测量信号；控制控制模块用于基于测量信号，解算出控制信号；执行器用于基于控制信号产生电磁力；轴承
‑
转子模块用于基于电磁力支撑非对称大惯量转子实现非对称大惯量转子的稳定悬浮。
[0032]其中，轴承
‑
转子模块包括：磁轴承和转子；磁轴承包括：轴向磁轴承和径向磁轴承；转子包括：带叶轮的非对称大惯量磁悬浮转子。轴向磁轴承用于控制转子惯性轴方向上的单自由度平动；径向磁轴承用于控制转子径向方向上的两个自由度的平动和两个自由度的转动。
[0033]此外，传感器包括a端传感器和b端传感器；a端传感器位于非对称大惯量磁悬浮转子质心的上方；b端传感器位于非对称大惯量磁悬浮转子质心的下方。a端传感器用于测量非对称大惯量磁悬浮转子在a端的位移；b端传感器用于测量非对称大惯量磁悬浮转子在b端的位移。
[0034]在本实施例中，控制模块的核心为DSP，选用DSP F28335作为数字控制器芯片，DSP包括：AD单元、ECAP单元、EPWM单元、CAN单元。AD单元将用于电流位移模拟量转化为DSP能够处理的数字量；ECAP单元用于捕获霍尔传感器传来的方波信号，并将方波信号转化为相应的转速数值；EPWM单元用于将DSP产生的数字控制量转化为占空比可变的PWM信号；CAN单元用于保证磁悬浮分子泵磁轴承稳定控制系统和上位机的通信。
[0035]最后，执行器包括：光耦单元和H桥电路；光耦单元用于将磁悬浮分子泵磁轴承本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.磁悬浮分子泵磁轴承稳定控制系统，其特征在于，包括：传感器、控制模块、执行器和轴承
‑
转子模块；所述传感器用于测量所述轴承
‑
转子模块的轴向位移和径向位移，得到测量信号；所述控制控制模块用于基于所述测量信号，解算出控制信号；所述执行器用于基于所述控制信号产生电磁力；所述轴承
‑
转子模块用于基于所述电磁力支撑非对称大惯量转子实现所述非对称大惯量转子的稳定悬浮。2.根据权利要求1所述的磁悬浮分子泵磁轴承稳定控制系统，其特征在于，所述轴承
‑
转子模块包括：磁轴承和转子；所述磁轴承包括：轴向磁轴承和径向磁轴承；所述转子包括：带叶轮的非对称大惯量磁悬浮转子。3.根据权利要求2所述的磁悬浮分子泵磁轴承稳定控制系统，其特征在于，所述轴向磁轴承用于控制所述转子惯性轴方向上的单自由度平动；所述径向磁轴承用于控制所述转子径向方向上的两个自由度的平动和两个自由度的转动。4.根据权利要求1所述的磁悬浮分子泵磁轴承稳定控制系统，其特征在于，所述传感器包括a端传感器和b端传感器；所述a端传感器位于所述非对称大惯量磁悬浮转子质心的上方；所述b端传感器位...

【专利技术属性】
技术研发人员：乐韵，陈俊国，周金祥，刘希明，魏世通，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：