本發(fā)明涉及無軸承電機(jī)，具體涉及一種磁懸浮電機(jī)轉(zhuǎn)子自適應(yīng)居中調(diào)整方法。

背景技術(shù)：

1、無軸承電機(jī)去除了傳統(tǒng)電機(jī)中支承電機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械軸承，運用磁場力將轉(zhuǎn)子懸浮于電機(jī)內(nèi)，具有無機(jī)械磨損、產(chǎn)生污染物少、能耗低、允許轉(zhuǎn)速高、噪聲小、壽命長、無需潤滑等優(yōu)點。而將轉(zhuǎn)子控制在中心位置是實現(xiàn)轉(zhuǎn)子長時間高速穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的必要條件，實踐中通常通過位移傳感器來檢測轉(zhuǎn)子的位置情況，但由于在產(chǎn)品使用過程中，環(huán)境溫度、濕度等情況與出廠時會有差異，可能導(dǎo)致傳感器性能出現(xiàn)飄動，即檢測到的位置情況并非真實的物理位置，例如，真實的轉(zhuǎn)子位置為x＝0mm，y＝0mm，而傳感器檢測到的位置為x＝0.1mm，y＝0mm。由于控制器并不知道真實的位置情況，只能依賴于位移傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，故在上述錯誤位置的情況下，最終控制結(jié)果會使得轉(zhuǎn)子穩(wěn)定在x＝-0.1mm，y＝0mm的真實物理位置上，這將導(dǎo)致整機(jī)功耗上升，嚴(yán)重情況下，將引起轉(zhuǎn)子蹭壁，造成大量顆粒脫落，污染半導(dǎo)體工藝產(chǎn)線及設(shè)備。故需要找到一種高效可靠的轉(zhuǎn)子自適應(yīng)居中調(diào)整方法，以保證電機(jī)的穩(wěn)定運行。

2、為解決上述技術(shù)問題，當(dāng)前公開的技術(shù)方案主要通過檢測懸浮電流來確定電機(jī)轉(zhuǎn)子是否真正處于中心位置，當(dāng)懸浮電流最小時，轉(zhuǎn)子所處位置即為轉(zhuǎn)子中心位置。調(diào)整策略主要有兩種，分別為擾動觀察法和四象限遞歸探索法，擾動觀察法即通過主動施加任意極性的步長擾動，觀察其d、q軸電流變化情況，以減小d、q軸電流絕對值為目標(biāo)進(jìn)行位移補償，若調(diào)整后d軸電流絕對值減小，則維持x方向調(diào)整極性，否則改變x方向調(diào)整極性，若調(diào)整后q軸電流絕對值減小，則維持y方向調(diào)整極性，否則改變y方向調(diào)整極性。而四象限遞歸探索法則是通過定義代價函數(shù)，當(dāng)代價函數(shù)變大時，以順時針旋轉(zhuǎn)90°的規(guī)律切換步進(jìn)方向，直至完成360°切換，并在減小步進(jìn)長度后，重復(fù)執(zhí)行上述步驟，直到步進(jìn)長度小于終止步進(jìn)值。

3、上述兩種調(diào)整策略的初始調(diào)整方向均為隨機(jī)、任意的，若初始調(diào)整方向為使轉(zhuǎn)子遠(yuǎn)離物理中心的方向，則可能引起轉(zhuǎn)子蹭壁、懸浮失敗等問題。同時，擾動觀察法中x、y兩個方向同步調(diào)整，容易使調(diào)整結(jié)果陷入局部最優(yōu)解，且調(diào)整過程中步長不做變更，容易引起轉(zhuǎn)子振蕩抖動等問題；而四象限遞歸探索法必須在四個方向上反復(fù)步進(jìn)嘗試，調(diào)整效率低下，且優(yōu)化路徑不夠明確，容易陷入局部最優(yōu)解。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提出一種磁懸浮電機(jī)轉(zhuǎn)子自適應(yīng)居中調(diào)整方法，通過對直軸電流和交軸電流進(jìn)行判定，確定轉(zhuǎn)子具體偏心位置，并在x、y兩個坐標(biāo)軸維度對轉(zhuǎn)子進(jìn)行方向明確的位移補償，確保轉(zhuǎn)子快速回到物理中心位置。

2、由1對極轉(zhuǎn)子的磁懸浮原理可以得知，懸浮繞組中電流產(chǎn)生的磁拉力可以簡化為：

3、

4、fx、fy均為懸浮繞組產(chǎn)生的磁場作用在轉(zhuǎn)子上的力，其中fx為沿x坐標(biāo)軸正方向的力，fy為沿y坐標(biāo)軸正方向的力，ki為力電流系數(shù)(正值)，id和iq分別是懸浮電流經(jīng)過park變換后的直軸電流和交軸電流。

5、從1對極轉(zhuǎn)子的懸浮原理可以得知，若傳感器出現(xiàn)偏差導(dǎo)致轉(zhuǎn)子偏心，則懸浮繞組勢必需要產(chǎn)生相應(yīng)的磁拉力以維持轉(zhuǎn)子偏心工作，因此，通過對直軸電流和交軸電流的判定，可以得知轉(zhuǎn)子的具體偏心位置，而后進(jìn)行轉(zhuǎn)子的位移補償。實際補償過程中，需要在x、y兩個維度進(jìn)行補償，以確保轉(zhuǎn)子回到泵頭的物理中心位置。本發(fā)明將兩個維度同時補償拆解為兩個單一維度分別執(zhí)行，具體為：在泵頭內(nèi)壁外圓周方向上分布懸浮繞組，形成2對磁場；將懸浮繞組產(chǎn)生的一個磁場的磁鏈正方向記為x軸正方向，將與懸浮繞組產(chǎn)生的另一個磁場的磁鏈正方向記為a軸正方向；x軸正方向和a軸正方向的夾角為銳角。x軸與y軸以泵頭物理中心og為中心，互相垂直；a軸與b軸以泵頭物理中心og為中心，互相垂直。首先通過x或y方向補償將轉(zhuǎn)子移動至a軸或b軸，而后沿著a軸或b軸進(jìn)行補償，將轉(zhuǎn)子移動至泵頭物理中心og。

6、具體包括如下步驟：

7、步驟(1)、設(shè)定初始步長δ1，終止步長δ2，實際步長δ，步長因子k(0<k<1)，容錯因子ε1，容錯因子ε2，其中，實際步長6的初始值賦值為δ1；

8、步驟(2)、采集懸浮繞組電流，經(jīng)過park變換之后得到直軸電流id和交軸電流iq；

9、步驟(3)、在n個磁懸浮泵控制算法執(zhí)行周期內(nèi)對直軸電流id和交軸電流iq分別進(jìn)行累加，得到直軸電流累加和idsum與交軸電流累加和iqsum；優(yōu)選的，n≥20。

10、步驟(4)、將首次計算得到的|idsum|和|iqsum|用于第一輪補償中補償方向的判定，具體如下：

11、若||idsum|-|iqsum||≤ε1，則進(jìn)入步驟(5)；

12、若|idsum|＞|iqsum|，第一輪進(jìn)行x方向的位移補償，且初始補償方向為令|idsum|減小的方向，具體為：

13、若idsum＞0，則沿x正方向調(diào)整，若idsum＜0，則沿x負(fù)方向調(diào)整；直至滿足||idsum|-|iqsum||≤ε1，結(jié)束第一輪補償。

14、若|idsum|＜|iqsum|，第一輪進(jìn)行y方向的位移補償，且初始補償方向為令|iqsum|減小的方向，具體為：

15、若iqsum＞0，則沿y正方向調(diào)整，若iqsum＜0，則沿y負(fù)方向調(diào)整。直至滿足||idsum|-|iqsum||≤ε1，結(jié)束第一輪補償。

16、步驟(5)、重新初始化實際步長使得δ＝δ1，步驟(4)最終獲得的idsum和iqsum值將用于第二輪補償中補償方向的判定，初始補償方向為令|idsum|和|iqsum|減小的方向；具體如下：

17、若|idsum|≤ε2或|iqsum|≤ε2，結(jié)束位置調(diào)整，退出調(diào)整程序，此時磁懸浮電機(jī)轉(zhuǎn)子居泵頭物理中心位置。

18、若idsum＞0且iqsum＞0，沿x、y正方向調(diào)整，直至滿足|idsum|≤ε2或|iqsum|≤ε2；

19、若idsum＞0且iqsum＜0，沿x正方向，y負(fù)方向調(diào)整，直至滿足|idsum|≤ε2或|iqsum|≤ε2；

20、若idsum＜0且iqsum＞0，沿x負(fù)方向，y正方向調(diào)整，直至滿足|idsum|≤ε2或|iqsum|≤ε2；

21、若idsum＜0且iqsum＜0，沿x、y負(fù)方向調(diào)整，直至滿足|idsum|≤ε2或|iqsum|≤ε2。

22、進(jìn)一步的，步驟(1)中所述的δ1、δ2、k、ε1和ε2的值根據(jù)實際項目設(shè)定。

23、進(jìn)一步的，步驟(4)中所述的第一輪補償具體為：

24、若第一輪進(jìn)行x方向位移補償，則x方向位移傳感器計算結(jié)果補償值為-sign(idsum)*sign(|idsum|-|iasum|)*6，令δ＝k*δ1，若δ≤δ2，則令δ＝δ2，重復(fù)執(zhí)行步驟(2)、步驟(3)、步驟(4)，直至符合條件退出循環(huán)。

25、若第一輪進(jìn)行y方向的位移補償，則y方向位移傳感器計算結(jié)果補償值為-sign(iqsum)*sign(|iqsum|-|idsum|)*6，令δ＝k*δ1，若δ≤δ2，則令δ＝δ2，重復(fù)執(zhí)行步驟(2)、步驟(3)、步驟(4)，直至符合條件退出循環(huán)。

26、進(jìn)一步的，步驟(5)中所述的第二輪補償具體為：

27、當(dāng)進(jìn)行x、y正方向或x、y負(fù)方向調(diào)整時，x、y兩個方向位移傳感器計算結(jié)果的補償值均為-sign(idsum)*δ，令δ＝k*δ1，若δ≤δ2，則令δ＝δ2，重復(fù)執(zhí)行步驟(2)、步驟(3)、步驟(5)，直至符合條件退出循環(huán)。

28、當(dāng)進(jìn)行x正方向、y負(fù)方向或x負(fù)方向、y正方向調(diào)整時，x方向位移傳感器計算結(jié)果補償值為-sign(idsum)*δ，y方向位移傳感器計算結(jié)果補償值為-sign(iqsum)*6，令δ＝k*δ1，若δ≤δ2，則令δ＝δ2，重復(fù)執(zhí)行步驟(2)、步驟(3)、步驟(5)，直至符合條件退出循環(huán)。

29、本發(fā)明確定了轉(zhuǎn)子調(diào)整的初始方向，能夠避免初始隨機(jī)調(diào)整導(dǎo)致轉(zhuǎn)子蹭壁、懸浮失敗等風(fēng)險，同時將二維平面的復(fù)合位移補償拆解為兩個單一維度進(jìn)行獨立補償，確保整個調(diào)整流程能夠穩(wěn)定、可靠地趨向全局最優(yōu)解。補償過程中步長逐步遞減，有利于轉(zhuǎn)子快速收斂至最優(yōu)解，防止補償過程中出現(xiàn)轉(zhuǎn)子反復(fù)振蕩問題。