CN102032208B - 一种磁悬浮分子泵的自适应控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁悬浮分子泵的自适应控制系统及控制方法，所述的控制系统包括数据采集存储单元和调整控制单元，所述的数据采集存储单元所采用的数据采集存储方法为采集并存储调试过程中分子泵安装于若干预定位置时的安装角α和旋转角β，以及通过实验得到的各预定安装位置处能使分子泵稳定运行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；所述调整控制单元所采用的调整控制方法为当磁悬浮分子泵安装在某一位置时，根据磁轴承静态工作电流估算分子泵的安装角α和旋转角β，并据此合理调整分子泵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，使分子泵在任意安装位置均能稳定工作。

Description

一种磁悬浮分子泵的自适应控制系统及控制方法

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： 

当磁悬浮分子泵转子静态悬浮时，对于径向磁轴承来说，转子与磁极对1之间的距离和转子与磁极对3之间的距离相等，转子与磁极 对2之间的距离和转子与磁极对4之间的距离相等；对于轴向磁轴承来说，转子与上、下磁轴承之间的距离相等；由此磁轴承电磁力计算公式为： 

$\left\{\begin{array}{c}{k}_1\×(I_{11}^2-I_{13}^2)=F_{11}\\ k_2\×(I_{12}^2-I_{14}^2)=F_{12}\\ k_3\×(I_{21}^2-I_{23}^2)=F_{21}\\ k_4\×(I_{22}^2-I_{24}^2)=F_{22}\\ k_5\×(I_{Z1}^2-I_{Z2}^2)=F_z\end{array}\right.$

其中，k_i(i＝1，2，...5)为磁轴承电磁力系数；F_z为轴向磁轴承合力，方向沿上轴向磁轴承磁力方向； 

I₁₁，I₁₂，I₁₃，I₁₄分别为上径向磁轴承磁极对1-4对应的静态工作电 

流；I₂₁，I₂₂，I₂₃，I₂₄分别为下径向磁轴承磁极对1-4对应的静态工作电流； 

I_z1，I_z2分别为上、下轴向磁轴承对应的静态工作电流； 

F₁₁为上径向磁轴承磁极对1，3的合力，方向为沿上径向磁轴承磁极对1磁力方向； 

F₁₂为上径向磁轴承磁极对2，4的合力，方向为沿上径向磁轴承磁极对2磁力方向； 

F₂₁为下径向磁轴承磁极对1，3的合力，方向为沿下径向磁轴承磁极对1磁力方向； 

F₂₂为下径向磁轴承磁极对2，4的合力，方向为沿下径向磁轴承磁极对2磁力方向； 

所述安装角α的计算公式如下： 

当安装角α在[0°，90°]和(270°，360°]区间内变化时，轴向 磁轴承合力F_z变化情况相同，当两个区间内F_z取值相同时，所需磁轴承控制参数也相同。因此安装角α在这两个区间变化时，对于同一个F_z值安装角α只取对应[0°，90°]范围内的那个角度值；当安装角α在(90°，180°]和(180°，270°]区间内变化时，轴向磁轴承合力F_z变化情况相同，当两个区间内F_z取值相同时，所需磁轴承控制参数也相同。因此安装角α在这两个区间变化时，对于同一个F_z值安装角α只取对应(90°，180°]范围内的那个角度值； 

通过已知的F_z和F₂的数值计算安装角α； 

F₁×L₁＝F₂×L₂， $F_1=\sqrt{F_{11}^2+F_{12}^2},$ $F_2=\sqrt{F_{21}^2+F_{22}^2};$

当安装角α在[0°，90°]和(270°，360°]区间时，F_z＞0， 

安装角α计算公式为： 

$\mathrm{\α}=\arctan \frac{F_1+F_2}{F_z}\text{=arctan}\frac{(L_1+L_2)F_2}{L_1{F}_z}\text{=arctan}\frac{(L_1+L_2)\sqrt{F_{21}^2+F_{22}^2}}{L_1{F}_z}$

安装角α在(90°，180°]和(180°，270°]区间时，F_z＜0， 

安装角α计算公式为： 

$\mathrm{\α}=\mathrm{\π}-\arctan \frac{F_1+F_2}{F_z}\text{=\π-arctan}\frac{(L_1+L_2)F_2}{L_1{F}_z}\text{=\π-arctan}\frac{(L_1+L_2)\sqrt{F_{21}^2+F_{22}^2}}{L_1{F}_z}$

其中，上径向磁轴承分力为F₁；下径向磁轴承分力为F₂；转子重力为G，方向竖直向下；上径向磁轴承与转子质心距离为L₁；下径向磁轴承与转子质心距离为L₂； 

通过上径向各磁极对所需提供的电磁力合力F₁₁和F₁₂的数值计算旋转角β，所述旋转角β的计算公式为： 

如果F₁₁＞0，F₁₂＞0，则 $\mathrm{\β=arctan}\frac{F_{12}}{F_{11}};$

如果F₁₁＜0，F₁₂＞0，则 $\mathrm{\β}=\mathrm{\π-arctan}\left(\frac{F_{12}}{-F_{11}}\right);$

如果F₁₁＜0，F₁₂＜0，则 $\mathrm{\β}=\mathrm{\π}+\arctan \frac{F_{12}}{F_{11}};$

如果F₁₁＞0，F₁₂＜0，则 $\mathrm{\β}=2\mathrm{\π}-\arctan \left(\frac{-F_{12}}{F_{11}}\right).$

进一步地，还包括， 

安装角α′估算子模块，通过F_z和F₁的数值计算安装角； 

安装角α优化子模块，通过将F_z和F₁，以及F_z和F₂分别得到的安装角数据进行优化处理，获得更精确的安装角估计值 

所述安装角α′估算子模块的计算公式为： 

当F_z＞0时， 

${\mathrm{\α}}^{\′}\text{=arctan}\frac{F_1+F_2}{F_z}\text{=arctan}\frac{(L_1+L_2)F_1}{L_2{F}_z}\text{=arctan}\frac{(L_1+L_2)\sqrt{F_{11}^2+F_{12}^2}}{L_2{F}_z}$

当F_z＜0时， 

${\mathrm{\α}}^{\′}\text{=\π-arctan}\frac{F_1+F_2}{F_z}\text{=\π-arctan}\frac{(L_1+L_2)F_1}{L_2{F}_z}\text{=\π-arctan}\frac{(L_1+L_2)\sqrt{F_{11}^2+F_{12}^2}}{L_2{F}_z}$

所述安装角α优化子模块将利用F_z和F₂数值多次测得的安转角α_i，以及利用F_z和F₁数值多次测得的安转角α′_i取平均值，获得更精确的安装角估计值  其中i＝N。 

进一步地，还包括， 

旋转角β′估算子模块，通过下径向各磁极对所需提供的电磁力合力F₂₁和F₂₂的数值计算旋转角； 

旋转角β优化子模块，通过将F₁₁和F₁₂，以及F₂₁和F₂₂分别得到的旋转角数据进行优化处理，获得更精确的旋转角估计值 

所述旋转角β′估算子模块的计算公式为： 

如果F₂₁＞0，F₂₂＞0，则 ${\mathrm{\β}}^{\′}\text{=arctan}\frac{F_{22}}{F_{21}};$

如果F₂₁＜0，F₂₂＞0，则 ${\mathrm{\β}}^{\′}=\mathrm{\π}-\arctan \left(\frac{F_{22}}{-F_{21}}\right);$

如果F₂₁＜0，F₂₂＜0，则 ${\mathrm{\β}}^{\′}=\mathrm{\π}+\arctan \frac{F_{22}}{F_{21}};$

如果F₂₁＞0，F₂₂＜0，则 ${\mathrm{\β}}^{\′}=2\mathrm{\π}-\arctan \left(\frac{-F_{22}}{F_{21}}\right)$

所述旋转角β优化子模块将利用F₁₁和F₁₂数值多次测得的旋转角β_i，以及利用F₂₁和F₂₂数值多次测得的旋转角β′_i取平均值，获得更精确的旋转角估计值 

其中i＝N。 

所述数据采集存储单元在安装角α和旋转角β每变化5°时进行一次数据采集和存储，其中α，β∈[0°，360°]。 

同时，由于当安装角α在[0°，90°]和(270°，360°]区间内变化时，轴向磁轴承合力F_z变化情况相同，当两个区间内F_z取值相同时，所需磁轴承控制参数也相同。当安装角α在(90°，180°]和(180°，270°]区间内变化时，轴向磁轴承合力F_z变化情况相同，当两个区间内F_z取值相同时，所需磁轴承控制参数也相同。因此数据采集存储单元中只需要存储安装角α在[0°，180°]范围内变化，旋转角β在[0°，360°]范围内变化时的安装角α、旋转角β及其对应的磁轴承控制参数。 

一种数据采集存储单元中的数据采集存储方法，包括如下步骤： 

步骤1：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。 

分子泵安装于某一预定位置时，测量并记录此时分子泵安装角α和旋转角β，利用静态悬浮程序实现分子泵转子稳定静态悬浮； 

步骤2：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，记录该组偏置电流和PID控制参数； 

步骤3：改变磁悬浮分子泵安装角α和旋转角β，重复步骤1至2，得到各个预定安装位置处磁悬浮分子泵的安装角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，并将上述五个参数制成参数表放置在存储器中。 

一种调整控制单元的调整控制方法，包括如下步骤： 

步骤1：将磁悬浮分子泵安装在某一安装位置后，利用静态悬浮程序实现分子泵转子稳定静态悬浮，测量径向磁轴承静态工作电流和轴向磁轴承静态工作电流，据此估算出磁悬浮分子泵安装角α和旋转角β； 

步骤2：根据估算出的分子泵安装角α和旋转角β查找所述数据采集存储阶段的参数表，找到参数表中相同或最相近的安装角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，并更新控制程序中的相关参数。 

进一步地，所述的调整控制方法中所述分子泵的安装角α和旋转角β的估算方法如下： 

①磁悬浮分子泵转子静态悬浮时，对于径向磁轴承来说，转子与磁极对1之间的距离和转子与磁极对3相等，转子与磁极对2之间的距离和转子与磁极对4之间的距离相等；对于轴向磁轴承来说，转子与上、下磁轴承之间的距离相等；由此磁轴承电磁力计算公式为： 

$\left\{\begin{array}{c}{k}_1\×(I_{11}^2-I_{13}^2)=F_{11}\\ k_2\×(I_{12}^2-I_{14}^2)=F_{12}\\ k_3\×(I_{21}^2-I_{23}^2)=F_{21}\\ k_4\×(I_{22}^2-I_{24}^2)=F_{22}\\ k_5\×(I_{Z1}^2-I_{Z2}^2)=F_z\end{array}\right.$

其中，k_i(i＝1，2，...5)为磁轴承电磁力系数；F_z为轴向磁轴承合力，方向沿上轴向磁轴承磁力方向； 

I₁₁，I₁₂，I₁₃，I₁₄分别为上径向磁轴承磁极对1-4对应的静态工作电流；I₂₁，I₂₂，I₂₃，I₂₄分别为下径向磁轴承磁极对1-4对应的静态工作电流； 

I_z1，I_z2分别为上、下轴向磁轴承对应的静态工作电流； 

F₁₁为上径向磁轴承磁极对1，3的合力，方向为沿上径向磁轴承磁极对1磁力方向； 

F₁₂为上径向磁轴承磁极对2，4的合力，方向为沿上径向磁轴承磁极对2磁力方向； 

F₂₁为下径向磁轴承磁极对1，3的合力，方向为沿下径向磁轴承磁极对1磁力方向； 

F₂₂为下径向磁轴承磁极对2，4的合力，方向为沿下径向磁轴承 磁极对2磁力方向； 

②当安装角α在[0°，90°]和(270°，360°]区间内变化时，轴向磁轴承合力F_z变化情况相同，当两个区间内F_z取值相同时，所需磁轴承控制参数也相同。因此安装角α在这两个区间变化时，对于同一个F_z值安装角α只取对应[0°，90°]范围内的那个角度值；当安装角α在(90°，180°]和(180°，270°]区间内变化时，轴向磁轴承合力F_z变化情况相同，当两个区间内F_z取值相同时，所需磁轴承控制参数也相同。因此安装角α在这两个区间变化时，对于同一个F_z值安装角α只取对应(90°，180°]范围内的那个角度值； 

通过已知的F_z和F₂的数值计算安装角α，计算公式如下： 

F₁×L₁＝F₂×L₂， $F_1=\sqrt{F_{11}^2+F_{12}^2},$ $F_2=\sqrt{F_{21}^2+F_{22}^2};$

当安装角α在[0°，90°]和(270°，360°]区间时，F_z＞0， 

安装角α计算公式为： 

$\mathrm{\α}=\arctan \frac{F_1+F_2}{F_z}\text{=arctan}\frac{(L_1+L_2)F_2}{L_1{F}_z}\text{=arctan}\frac{(L_1+L_2)\sqrt{F_{21}^2+F_{22}^2}}{L_1{F}_z}$

安装角α在(90°，180°]和(180°，270°]区间时，F_z＜0， 

安装角α计算公式为： 

$\mathrm{\α}=\mathrm{\π}-\arctan \frac{F_1+F_2}{F_z}\text{=\π-arctan}\frac{(L_1+L_2)F_2}{L_1{F}_z}\text{=\π-arctan}\frac{(L_1+L_2)\sqrt{F_{21}^2+F_{22}^2}}{L_1{F}_z}$

其中，上径向磁轴承分力为F₁；下径向磁轴承分力为F₂；转子重力为G，方向竖直向下；上径向磁轴承与转子质心距离为L₁；下径向磁轴承与转子质心距离为L₂； 

③旋转角β在[0°，360°]范围变化时，径向磁轴承各磁极对合力的大小和正负均会变化，即各磁极对的承载状态会发生变化，需要不同 的控制参数。根据上径向磁轴承各磁极对静态工作电流可以得到各磁极对所需提供的电磁力合力F₁₁和F₁₂的大小和正负，据此可以推算出旋转角β的大小，计算公式为： 

如果F₁₁＞0，F₁₂＞0，则 $\mathrm{\β=arctan}\frac{F_{12}}{F_{11}};$

如果F₁₁＜0，F₁₂＞0，则 $\mathrm{\β}=\mathrm{\π-arctan}\left(\frac{F_{12}}{-F_{11}}\right);$

如果F₁₁＜0，F₁₂＜0，则 $\mathrm{\β}=\mathrm{\π}+\arctan \frac{F_{12}}{F_{11}};$

如果F₁₁＞0，F₁₂＜0，则 $\mathrm{\β}=2\mathrm{\π}-\arctan \left(\frac{-F_{12}}{F_{11}}\right).$

进一步地，所述的调整控制方法还包括将安装角数据进行优化的步骤； 

步骤1：通过F_z和F₁的数值计算安装角α′，其计算公式为： 

当F_z＞0时， 

${\mathrm{\α}}^{\′}\text{=arctan}\frac{F_1+F_2}{F_z}\text{=arctan}\frac{(L_1+L_2)F_1}{L_2{F}_z}\text{=arctan}\frac{(L_1+L_2)\sqrt{F_{11}^2+F_{12}^2}}{L_2{F}_z}$

当F_z＜0时， 

${\mathrm{\α}}^{\′}\text{=\π-arctan}\frac{F_1+F_2}{F_z}\text{=\π-arctan}\frac{(L_1+L_2)F_1}{L_2{F}_z}\text{=\π-arctan}\frac{(L_1+L_2)\sqrt{F_{11}^2+F_{12}^2}}{L_2{F}_z}$

步骤2：所述安装角α优化子模块将利用F_z和F₂数值多次测得的安转角α_i，以及利用F_z和F₁数值多次测得的安转角α′_i取平均值，获得更精确的安装角估计值 

其中i＝N。 

进一步地，所述的调整控制方法还包括将旋转角进行优化的步 骤； 

步骤1：通过下径向各磁极对所需提供的电磁力合力F₂₁和F₂₂的数值计算旋转角β′；计算公式为： 

如果F₂₁＞0，F₂₂＞0，则 ${\mathrm{\β}}^{\′}\text{=arctan}\frac{F_{22}}{F_{21}};$

如果F₂₁＜0，F₂₂＞0，则 ${\mathrm{\β}}^{\′}=\mathrm{\π}-\arctan \left(\frac{F_{22}}{-F_{21}}\right);$

如果F₂₁＜0，F₂₂＜0，则 ${\mathrm{\β}}^{\′}=\mathrm{\π}+\arctan \frac{F_{22}}{F_{21}};$

如果F₂₁＞0，F₂₂＜0，则 ${\mathrm{\β}}^{\′}=2\mathrm{\π}-\arctan \left(\frac{-F_{22}}{F_{21}}\right)$

步骤2：所述旋转角β优化子模块将利用F₁₁和F₁₂数值多次测得的旋转角β_i，以及利用F₂₁和F₂₂数值多次测得的旋转角β′_i取平均值，获得更精确的旋转角估计值 

其中i＝N。 

相比现有技术，本发明的有益效果在于： 

1、磁悬浮分子泵安装于某一位置时，能够根据所处的安装角α和旋转角β匹配对应的径向和轴向磁轴承偏置电流以及PID控制参数，实现磁悬浮分子泵稳定工作，有效地避免了磁轴承偏置电流取固定值时产生的电流过大或偏小问题，以及采用固定控制算法造成磁悬浮分子泵性能下降的问题，提高了系统性能。 

2、本发明所述的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，根据磁悬浮分子泵转子静态悬浮时的静态工作电流来推导出安装角α、旋转角β，从而 可以通过测量和计算获得所述磁悬浮分子泵安装在当前位置对应的安装角α、旋转角β，提高了其测量精度，为所述调整控制单元得到当前的径向磁轴承偏置电流、轴向磁轴承偏置电流和磁轴承PID控制参数提供输入参数。该技术方案不需要增加位置传感器即可得到安装角α和旋转角β，节省了成本。 

3、通过安装角α估算优化子模块，旋转角β估算优化子模块，有助于提高安装角α、旋转角β的测量和计算精度，保证了所需结果径向磁轴承偏置电流、轴向磁轴承偏置电流和磁轴承PID控制参数的精度。 

4、所述数据采集存储单元在安装角α和旋转角β每变化5°时进行一次数据采集和存储，这样数据采集存储单元可以均匀的得到各个预定安装位置的参数，从而保证了数据采集存储单元数据采集的普遍性和准确性。 

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中 

图1是安装角α变化时，径向磁轴承和轴向磁轴承分力图； 

图2是旋转角β变化时，径向磁轴承各磁极对分力图； 

图3是磁悬浮分子泵安装角α的示意图； 

图4是磁悬浮分子泵旋转角β示意图； 

图5是磁悬浮分子泵控制系统结构图。 

图中所示标记为：11-上径向磁轴承；12-转子；13-电机；14-下径向磁轴承；15-上轴向磁轴承；16-推力盘；17-下轴向磁轴承。 

具体实施方式

结合图3所示，本发明所述的磁悬浮分子泵包括径向磁轴承、轴向磁轴承、转子12、电机13和推力盘16；所述的径向磁轴承包括上径向磁轴承11和下径向磁轴承14，所述的轴向磁轴承包括上轴向磁轴承15和下轴向磁轴承17。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包括数据采集模块和数据存储模块： 

所述数据采集存储单元获取分子泵安装于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12安装在某一预定安装位置时稳定静态悬浮； 

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； 

所述数据采集存储单元在安装角α和旋转角β每变化5°时进行一次数据采集和存储，其中α，β∈[0°，360°]。由于当安装角α在[0°，90°]和(270°，360°]区间内变化时，轴向磁轴承合力F_z变化情况相同，当两个区间内F_z取值相同时，所需磁轴承控制参数也相同。当安装角α在(90°，180°]和(180°，270°]区间内变化时，轴向磁轴承合力F_z变化情况相同，当两个区间内F_z取值相同时，所需磁轴承控制参数也相同。因此数据采集存储单元中只需要存储安装角α在[0 °，180°]范围内变化，旋转角β在[0°，360°]范围内变化时的安装角α、旋转角β及其对应的磁轴承控制参数。 

所述数据采集存储单元中的数据采集存储方法包括如下步骤： 

步骤1：其中，如图3所示，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；如图4所示，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。 

分子泵安装于某一预定位置时，测量并记录此时分子泵安装角α和旋转角β，利用静态悬浮程序实现分子泵转子12稳定静态悬浮； 

步骤2：调整径向和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，记录该组偏置电流和PID控制参数； 

步骤3：改变磁悬浮分子泵安装角α和旋转角β，重复步骤1至2，得到各个预定安装位置处磁悬浮分子泵的安装角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，并将上述五个参数制成参数表放置在存储器中。 

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； 

结合图1和图2所示，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： 

当磁悬浮分子泵转子12静态悬浮时，对于径向磁轴承来说，转子12与磁极对1之间的距离和转子12与磁极对3之间的距离相等，转子12与磁极对2之间的距离和转子12与磁极对4之间的距离相等；对于轴向磁轴承来说，转子12与上轴向磁轴承15和下轴向磁轴承17之间的距离相等；由此磁轴承电磁力公式为： 

$\left\{\begin{array}{c}{k}_1\×(I_{11}^2-I_{13}^2)=F_{11}\\ k_2\×(I_{12}^2-I_{14}^2)=F_{12}\\ k_3\×(I_{21}^2-I_{23}^2)=F_{21}\\ k_4\×(I_{22}^2-I_{24}^2)=F_{22}\\ k_5\×(I_{Z1}^2-I_{Z2}^2)=F_z\end{array}\right.$

其中，k_i(i＝1，2，...5)为磁轴承电磁力系数；F_z为轴向磁轴承合力，向沿上轴向磁轴承15磁力方向； 

I₁₁，I₁₂，I₁₃，I₁₄分别为上径向磁轴承11磁极对1-4对应的静态工作电流；I₂₁，I₂₂，I₂₃，I₂₄分别为下径向磁轴承14磁极对1-4对应的静态工作电流； 

I_z1，I_z2分别为上轴向磁轴承15和下轴向磁轴承17对应的静态工作电流； 

F₁₁为上径向磁轴承11磁极对1，3的合力，方向为沿上径向磁轴承磁极对1磁力方向； 

F₁₂为上径向磁轴承11磁极对2，4的合力，方向为沿上径向磁轴承磁极对2磁力方向； 

F₂₁为下径向磁轴承14磁极对1，3的合力，方向为沿下径向磁轴承磁极对1磁力方向； 

F₂₂为下径向磁轴承14磁极对2，4的合力，方向为沿下径向磁轴承磁极对2磁力方向； 

所述安装角α的计算公式如下： 

当安装角α在[0°，90°]和(270°，360°]区间内变化时，轴向磁轴承合力F_z变化情况相同，当两个区间内F_z取值相同时，所需磁轴承控制参数也相同。因此安装角α在这两个区间变化时，对于同一个F_z值安装角α只取对应[0°，90°]范围内的那个角度值；当安装角α在(90°，180°]和(180°，270°]区间内变化时，轴向磁轴承合力F_z变化情况相同，当两个区间内F_z取值相同时，所需磁轴承控制参数也相同。因此安装角α在这两个区间变化时，对于同一个F_z值安装角α只取对应(90°，180°]范围内的那个角度值； 

通过已知的F_z和F₂的数值计算安装角α； 

F₁×L₁＝F₂×L₂ $F_1=\sqrt{F_{11}^2+F_{12}^2},$ $F_2=\sqrt{F_{21}^2+F_{22}^2};$

当安装角α在[0°，90°]和(270°，360°]区间时，F_z＞0， 

安装角α计算公式为： 

$\mathrm{\α}=\arctan \frac{F_1+F_2}{F_z}\text{=arctan}\frac{(L_1+L_2)F_2}{L_1{F}_z}\text{=arctan}\frac{(L_1+L_2)\sqrt{F_{21}^2+F_{22}^2}}{L_1{F}_z}$

安装角α在(90°，180°]和(180°，270°]区间时，F_z＜0， 

安装角α计算公式为： 

$\mathrm{\α}=\mathrm{\π}-\arctan \frac{F_1+F_2}{F_z}\text{=\π-arctan}\frac{(L_1+L_2)F_2}{L_1{F}_z}\text{=\π-arctan}\frac{(L_1+L_2)\sqrt{F_{21}^2+F_{22}^2}}{L_1{F}_z}$

其中，上径向磁轴承11分力为F₁，方向如图1所示；下径向磁轴承14分力为F₂，方向如图1所示；转子12重力为G，方向竖直向 下；上径向磁轴承11与转子12质心距离为L₁；下径向磁轴承14与转子12质心距离为L₂； 

通过上径向各磁极对所需提供的电磁力合力F₁₁和F₁₂的数值计算旋转角β，所述旋转角β的计算公式为： 

如果F₁₁＞0，F₁₂＞0，则 $\mathrm{\β=arctan}\frac{F_{12}}{F_{11}};$

如果F₁₁＜0，F₁₂＞0，则 $\mathrm{\β}=\mathrm{\π-arctan}\left(\frac{F_{12}}{-F_{11}}\right);$

如果F₁₁＜0，F₁₂＜0，则 $\mathrm{\β}=\mathrm{\π}+\arctan \frac{F_{12}}{F_{11}};$

如果F₁₁＞0，F₁₂＜0，则 $\mathrm{\β}=2\mathrm{\π}-\arctan \left(\frac{-F_{12}}{F_{11}}\right).$

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参数更新为所述数据调取模块查找的参数； 

其中，如图3所示，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；如图4所示，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。 

所述调整控制单元的调整控制方法包括如下步骤： 

步骤一：将磁悬浮分子泵安装在某一安装位置后，利用静态悬浮 程序实现分子泵转子12稳定静态悬浮，测量径向磁轴承静态工作电流和轴向磁轴承静态工作电流，据此估算出磁悬浮分子泵安装角α和旋转角β； 

所述分子泵的安装角α和旋转角β的估算方法如下： 

①磁悬浮分子泵转子12静态悬浮时，对于径向磁轴承来说，转子12与磁极对1之间的距离和转子12与磁极对3相等，转子12与磁极对2之间的距离和转子12与磁极对4之间的距离相等；对于轴向磁轴承来说，转子12与上轴向磁轴承15和下轴向磁轴承17之间的距离相等；由此磁轴承电磁力计算公式为： 

$\left\{\begin{array}{c}{k}_1\×(I_{11}^2-I_{13}^2)=F_{11}\\ k_2\×(I_{12}^2-I_{14}^2)=F_{12}\\ k_3\×(I_{21}^2-I_{23}^2)=F_{21}\\ k_4\×(I_{22}^2-I_{24}^2)=F_{22}\\ k_5\×(I_{Z1}^2-I_{Z2}^2)=F_z\end{array}\right.$

其中，k_i(i＝1，2，...5)为磁轴承电磁力系数；F_z为轴向磁轴承合力，方向沿上轴向磁轴承15磁力方向； 

I₁₁，I₁₂，I₁₃，I₁₄分别为上径向磁轴承11磁极对1-4对应的静态工作电流；I₂₁，I₂₂，I₂₃，I₂₄分别为下径向磁轴承14磁极对1-4对应的静态工作电流； 

I_z1，I_z2分别为上轴向磁轴承15和下轴向磁轴承17对应的静态工作电流； 

F₁₁为上径向磁轴承11磁极对1，3的合力，方向为沿上径向磁轴承磁极对1磁力方向； 

F₁₂为上径向磁轴承11磁极对2，4的合力，方向为沿上径向磁轴 承磁极对2磁力方向； 

F₂₁为下径向磁轴承14磁极对1，3的合力，方向为沿下径向磁轴承磁极对1磁力方向； 

F₂₂为下径向磁轴承14磁极对2，4的合力，方向为沿下径向磁轴承磁极对2磁力方向； 

②当安装角α在[0°，90°]和(270°，360°]区间内变化时，轴向磁轴承合力F_z变化情况相同，当两个区间内F_z取值相同时，所需磁轴承控制参数也相同。因此安装角α在这两个区间变化时，对于同一个F_z值安装角α只取对应[0°，90°]范围内的那个角度值；当安装角α在(90°，180°]和(180°，270°]区间内变化时，轴向磁轴承合力F_z变化情况相同，当两个区间内F_z取值相同时，所需磁轴承控制参数也相同。因此安装角α在这两个区间变化时，对于同一个F_z值安装角α只取对应(90°，180°]范围内的那个角度值； 

通过已知的F_z和F₂的数值计算安装角α，计算公式如下： 

F₁×L₁＝F₂×L₂， $F_1=\sqrt{F_{11}^2+F_{12}^2},$ $F_2=\sqrt{F_{21}^2+F_{22}^2};$

当安装角α在[0°，90°]和(270°，360°]区间时，F_z＞0， 

安装角α计算公式为： 

$\mathrm{\α}=\arctan \frac{F_1+F_2}{F_z}\text{=arctan}\frac{(L_1+L_2)F_2}{L_1{F}_z}\text{=arctan}\frac{(L_1+L_2)\sqrt{F_{21}^2+F_{22}^2}}{L_1{F}_z}$

安装角α在(90°，180°]和(180°，270°]区间时，F_z＜0， 

安装角α计算公式为： 

$\mathrm{\α}=\mathrm{\π}-\arctan \frac{F_1+F_2}{F_z}\text{=\π-arctan}\frac{(L_1+L_2)F_2}{L_1{F}_z}\text{=\π-arctan}\frac{(L_1+L_2)\sqrt{F_{21}^2+F_{22}^2}}{L_1{F}_z}$

其中，上径向磁轴承11分力为F₁，方向如图1所示；下径向磁轴承14分力为F₂，方向如图1所示；转子12重力为G，方向为竖直向下；上径向磁轴承11与转子12质心距离为L₁；下径向磁轴承14与转子12质心距离为L₂； 

③旋转角β在[0°，360°]范围变化时，径向磁轴承各磁极对合力的大小和正负均会变化，即各磁极对的承载状态会发生变化，需要不同的控制参数。根据上径向磁轴承11各磁极对静态工作电流可以得到各磁极对所需提供的电磁力合力F₁₁和F₁₂的大小和正负，据此可以推算出旋转角β的大小，计算公式为： 

如果F₁₁＞0，F₁₂＞0，则 $\mathrm{\β}=\arctan \frac{F_{12}}{F_{11}};$

如果F₁₁＜0，F₁₂＞0，则 $\mathrm{\β}=\mathrm{\π-arctan}\left(\frac{F_{12}}{-F_{11}}\right);$

如果F₁₁＜0，F₁₂＜0，则 $\mathrm{\β}=\mathrm{\π}+\arctan \frac{F_{12}}{F_{11}};$

如果F₁₁＞0，F₁₂＜0，则 $\mathrm{\β}=2\mathrm{\π}-\arctan \left(\frac{-F_{12}}{F_{11}}\right).$

为获得更精确的安装角数值，还包括将安装角数据进行优化的步骤； 

步骤1：通过F_z和F₁的数值计算安装角α′，其计算公式为： 

当F_z＞0时， 

${\mathrm{\α}}^{\′}\text{=arctan}\frac{F_1+F_2}{F_z}\text{=arctan}\frac{(L_1+L_2)F_1}{L_2{F}_z}\text{=arctan}\frac{(L_1+L_2)\sqrt{F_{11}^2+F_{12}^2}}{L_2{F}_z}$

当F_z＜0时， 

${\mathrm{\α}}^{\′}\text{=\π-arctan}\frac{F_1+F_2}{F_z}\text{=\π-arctan}\frac{(L_1+L_2)F_1}{L_2{F}_z}\text{=\π-arctan}\frac{(L_1+L_2)\sqrt{F_{11}^2+F_{12}^2}}{L_2{F}_z}$

步骤2：所述安装角α优化子模块将利用F_z和F₂数值多次测得的安转角α_i，以及利用F_z和F₁数值多次测得的安转角α′_i取平均值，获得更精确的安装角估计值 

其中i＝N。 

为获得更精确的旋转角数值，还包括将旋转角进行优化的步骤： 

步骤1：通过下径向各磁极对所需提供的电磁力合力F₂₁和F₂₂的数值计算旋转角β′；计算公式为： 

如果F₂₁＞0，F₂₂＞0，则 ${\mathrm{\β}}^{\′}\text{=arctan}\frac{F_{22}}{F_{21}};$

如果F₂₁＜0，F₂₂＞0，则 ${\mathrm{\β}}^{\′}=\mathrm{\π}-\arctan \left(\frac{F_{22}}{-F_{21}}\right);$

如果F₂₁＜0，F₂₂＜0，则 ${\mathrm{\β}}^{\′}=\mathrm{\π}+\arctan \frac{F_{22}}{F_{21}};$

如果F₂₁＞0，F₂₂＜0，则 ${\mathrm{\β}}^{\′}=2\mathrm{\π}-\arctan \left(\frac{-F_{22}}{F_{21}}\right)$

步骤2：所述旋转角β优化子模块将利用F₁₁和F₁₂数值多次测得的旋转角β_i，以及利用F₂₁和F₂₂数值多次测得的旋转角β′_i取平均值，获得更精确的旋转角估计值 

其中i＝N。 

步骤二：根据估算出的分子泵安装角α和旋转角β查找所述数据采集存储阶段的参数表，找到参数表中相同或最相近的安装角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，并更新静态悬浮程序中的相关参数。 

结合图5所示的磁悬浮分子泵的自适应控制系统框图，首先离线建立控制参数表，该控制参数表存储有磁悬浮分子泵在各预定安 装位置时的安装角α、旋转角β、径向和轴向磁轴承偏置电流和PID控制参数。使用时，根据磁轴承静态工作电流估算安装角α和旋转角β，查找控制参数表获得磁轴承偏置电流和PID参数并据此更新静态悬浮程序中的控制参数，使系统稳定运行。图中，r为系统输入，u(k)为控制器输出的控制量，x为转子位移，当转子位置变化时，检测装置检测到x并反馈到控制器中构成闭环。 

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本专利思想所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。 

Claims (10)

1.一种磁悬浮分子泵的自适应控制系统，其特征在于：

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；

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、径向和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。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：

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：

当磁悬浮分子泵转子静态悬浮时，对于径向磁轴承来说，转子与磁极对1之间的距离和转子与磁极对3之间的距离相等，转子与磁极对2之间的距离和转子与磁极对4之间的距离相等；对于轴向磁轴承来说，转子与上、下磁轴承之间的距离相等；由此磁轴承电磁力计算公式为：

其中，k_i(i＝1，2，...5)为磁轴承电磁力系数；F_z为轴向磁轴承合力，方向沿上轴向磁轴承磁力方向；

I₁₁，I₁₂，I₁₃，I₁₄分别为上径向磁轴承磁极对1-4对应的静态工作电流；

I₂₁，I₂₂，I₂₃，I₂₄分别为下径向磁轴承磁极对1-4对应的静态工作电流；

I_z1，I_z2分别为上、下轴向磁轴承对应的静态工作电流；

F₁₁为上径向磁轴承磁极对1，3的合力，正方向为沿上径向磁轴承磁极对1 磁力方向；

F₁₂为上径向磁轴承磁极对2，4的合力，正方向为沿上径向磁轴承磁极对2磁力方向；

F₂₁为下径向磁轴承磁极对1，3的合力，正方向为沿下径向磁轴承磁极对1磁力方向；

F₂₂为下径向磁轴承磁极对2，4的合力，正方向为沿下径向磁轴承磁极对2磁力方向；

所述安装角α的计算公式如下：

当安装角α在[0°，90°]和(270°，360°]区间内变化时，轴向磁轴承合力F_z变化情况相同，当两个区间内F_z取值相同时，所需磁轴承控制参数也相同；当安装角α在(90°，180°]和(180°，270°]区间内变化时，轴向磁轴承合力F_z变化情况相同，当两个区间内F_z取值相同时，所需磁轴承控制参数也相同；

通过已知的F_z和F₂的数值计算安装角α；

F₁×L₁＝F₂×L₂，

当安装角α在[0°，90°]和(270°，360°]区间时，F_z＞0，

安装角α计算公式为：

安装角α在(90°，180°]和(180°，270°]区间时，F_z＜0，

安装角α计算公式为：

其中，上径向磁轴承分力为F₁；下径向磁轴承分力为F₂；转子重力为G，正方向竖直向下；上径向磁轴承与转子质心距离为L₁；下径向磁轴承与转子质心距 离为L₂；

通过上径向各磁极对所需提供的电磁力合力F₁₁和F₁₂的数值计算旋转角β，所述旋转角β的计算公式为：

如果F₁₁＞0，F₁₂＞0，则

如果F₁₁＜0，F₁₂＞0，则

如果F₁₁＜0，F₁₂＜0，则

如果F₁₁＞0，F₁₂＜0，则

3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于：

还包括，

安装角α′估算子模块，通过F_z和F₁的数值计算安装角；

安装角α优化子模块，通过将F_z和F₁，以及F_z和F₂分别得到的安装角数据进行优化处理，获得更精确的安装角估计值 

所述安装角α′估算子模块的计算公式为：

当F_z＞0时，

当F_z＜0时，

利用多次测量获得的F_z和F₂数值计算得到的安装角α_i，以及多次测量获得的F_z和F₁数值计算得到的安装角α′_i取平均值，获得更精确的安装角估计值 

4.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于：

还包括，

旋转角β′估算子模块，通过下径向各磁极对所需提供的电磁力合力F₂₁和F₂₂的数值计算旋转角；

旋转角β优化子模块，通过将F₁₁和F₁₂，以及F₂₁和F₂₂分别得到的旋转角数据进行优化处理，获得更精确的旋转角估计值 

所述旋转角β′估算子模块的计算公式为：

如果F₂₁＞0，F₂₂＞0，则

如果F₂₁＜0，F₂₂＞0，则

如果F₂₁＜0，F₂₂＜0，则

如果F₂₁＞0，F₂₂＜0，则

所述旋转角β优化子模块将利用F₁₁和F₁₂数值多次测得的旋转角β_i，以及利用F₂₁和F₂₂数值多次测得的旋转角β′_i取平均值，获得更精确的旋转角估计值 

其中i＝N。

5.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：

所述数据采集存储单元在安装角α和旋转角β每变化5°时进行一次数据采集和存储，其中α，β∈[0°，360°]。 

6.一种用于权利要求1中数据采集存储单元中的数据采集存储方法，其特征在于： 

包括如下步骤： 

步骤1：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； 

分子泵安装于某一预定位置时，测量并记录此时分子泵安装角α和旋转角β，利用静态悬浮程序实现分子泵转子稳定静态悬浮； 

步骤2：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，记录该组偏置电流和PID控制参数； 

步骤3：改变磁悬浮分子泵安装角α和旋转角β，重复步骤1至2，得到各个预定安装位置处磁悬浮分子泵的安装角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，并将上述五个参数制成参数表放置在存储器中。 

7.一种用于权利要求1中调整控制单元的调整控制方法，其特征在于：

包括如下步骤：

步骤1：将磁悬浮分子泵安装在某一安装位置后，利用静态悬浮程序实现分子泵转子稳定静态悬浮，测量径向和轴向磁轴承静态工作电流，据此估算出磁悬浮分子泵安装角α和旋转角β；

步骤2：根据估算出的分子泵安装角α和旋转角β查找所述数据采集存储阶段的参数表，找到参数表中相同或最相近的安装角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，并更新控制程序中的相 关参数。

8.根据权利要求7所述的调整控制方法，其特征在于：

所述分子泵的安装角α和旋转角β的估算方法如下：

①磁悬浮分子泵转子静态悬浮时，对于径向磁轴承来说，转子与磁极对1之间的距离和转子与磁极对3相等，转子与磁极对2之间的距离和转子与磁极对4之间的距离相等；对于轴向磁轴承来说，转子与上、下磁轴承之间的距离相等；由此磁轴承电磁力计算公式为：

其中，k_i(i＝1，2，...5)为磁轴承电磁力系数；F_z为轴向磁轴承合力，方向沿上轴向磁轴承磁力方向；

I₁₁，I₁₂，I₁₃，I₁₄分别为上径向磁轴承磁极对1-4对应的静态工作电流；

I₂₁，I₂₂，I₂₃，I₂₄分别为下径向磁轴承磁极对1-4对应的静态工作电流；

I_z1，I_z2分别为上、下轴向磁轴承对应的静态工作电流；

F₁₁为上径向磁轴承磁极对1，3的合力，方向为沿上径向磁轴承磁极对1磁力方向；

F₁₂为上径向磁轴承磁极对2，4的合力，方向为沿上径向磁轴承磁极对2磁力方向；

F₂₁为下径向磁轴承磁极对1，3的合力，方向为沿下径向磁轴承磁极对1磁力方向；

F₂₂为下径向磁轴承磁极对2，4的合力，方向为沿下径向磁轴承磁极对2磁力方向； 

②当安装角α在[0°，90°]和(270°，360°]区间内变化时，轴向磁轴承合力F_z变化情况相同，当两个区间内F_z取值相同时，所需磁轴承控制参数也相同；当安装角α在(90°，180°]和(180°，270°]区间内变化时，轴向磁轴承合力F_z变化情况相同，当两个区间内F_z取值相同时，所需磁轴承控制参数也相同；

通过已知的F_z和F₂的数值计算安装角α，计算公式如下：

F₁×L₁＝F₂×L₂，

当安装角α在[0°，90°]和(270°，360°]区间时，F_z＞0，

安装角α计算公式为：

安装角α在(90°，180°]和(180°，270°]区间时，F_z＜0，

安装角α计算公式为：

其中，上径向磁轴承分力为F₁；下径向磁轴承分力为F₂；转子重力为G，方向竖直向下；上径向磁轴承与转子质心距离为L₁；下径向磁轴承与转子质心距离为L₂；

③旋转角β在[0°，360°]范围变化时，径向磁轴承各磁极对合力的大小和正负均会变化，即各磁极对的承载状态会发生变化，需要不同的控制参数；根据上径向磁轴承各磁极对静态工作电流可以得到各磁极对所需提供的电磁力合力F₁₁和F₁₂的大小和正负，据此可以推算出旋转角β的大小，计算公式为：

如果F₁₁＞0，F₁₂＞0，则

如果F₁₁＜0，F₁₂＞0，则

如果F₁₁＜0，F₁₂＜0，则

如果F₁₁＞0，F₁₂＜0，则

9.根据权利要求8所述的调整控制方法，其特征在于：

还包括将安装角数据进行优化的步骤；

步骤1：通过F_z和F₁的数值计算安装角α′，其计算公式为：

当F_z＞0时，

当F_z＜0时，

步骤2：所述安装角α优化子模块将利用F_z和F₂数值多次测得的安转角α_i，以及利用F_z和F₁数值多次测得的安转角α′_i取平均值，获得更精确的安装角估计值 

其中i＝N。

10.根据权利要求8所述的调整控制方法，其特征在于：

还包括将旋转角进行优化的步骤；

步骤1：通过下径向各磁极对所需提供的电磁力合力F₂₁和F₂₂的数值计算旋转角β′；计算公式为：

如果F₂₁＞0，F₂₂＞0，则

如果F₂₁＜0，F₂₂＞0，则

如果F₂₁＜0，F₂₂＜0，则

如果F₂₁＞0，F₂₂＜0，则

步骤2：所述旋转角β优化子模块将利用F₁₁和F₁₂数值多次测得的旋转角β_i，以及利用F₂₁和F₂₂数值多次测得的旋转角β′_i取平均值，获得更精确的旋转角估计值 

其中i＝N。 

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