收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

高真空高洁净磁悬浮复合分子泵及其控制系统的研究

刘平凡  
【摘要】:神光III是我国在建的激光惯性约束核聚变工程,其中终端光学组件作为惯性约束核聚变中激光光路传输的末端装置,承担着频率转换、谐波分离和光路聚焦等功能。其核心元件KDP晶体镜片工作环境必须为高洁净和超高真空的大型密闭容器,要求无油和无碳氢化合物等污染,且工作真空度1×10-8Pa,极限真空度甚至要达到1×10-9Pa。为了满足神光Ⅲ终端光学组件模块高真空、高洁净环境的要求,研制了磁悬浮复合分子泵作为达到高真空、高洁净环境的主要装置,采用无物理接触和无需润滑的磁轴承系统,融合涡轮叶片结构和多螺旋槽牵引结构,实现了无油蒸汽返流以及无其它碳氢化合物污染,对额定工作转速高于其刚性临界转速、转子大转速范围内稳定性、高速运转时陀螺效应对系统稳定性的影响、结构模态和高阶挠性模态振动的抑制、系统基座振动等问题进行分析研究,设计了磁悬浮复合分子泵结构和及其控制器。磁悬浮复合分子泵系统的研制为神光Ⅲ工程实现达标奠定了坚实的基础。 依据神光Ⅲ终端光学组件对高真空高洁净环境的要求,确定磁悬浮复合分子泵的技术参数,对其总体结构进行了设计和分析;根据涡轮叶片结构和多螺旋槽牵引结构的工作原理,分别设计多级涡轮叶片和多螺旋槽牵引的结构和参数;利用Fluent软件分别对设计的多级涡轮叶片和多螺旋槽牵引结构进行了流场流态分析,对抽气通道内的流动规律进行了数值模拟,重点分析了多螺旋槽结构参数与抽速的关系,仿真结果为其结构设计和优化提供基础。其结果证明在磁悬浮复合分子泵结构设计中结合流场数值模拟可以节约设计成本,成为今后其结构设计的主要方法。 根据磁轴承系统工作原理对磁悬浮复合分子泵的径向和轴向磁轴承机械结构进行设计和改进;针对磁悬浮复合分子泵高转速、支撑刚度可变、陀螺效应较强的特点以及薄叶片的结构特征,建立磁悬浮复合分子泵磁轴承支撑叶片转子系统模型,通过有限元软件对叶片转子系统进行模态分析分析了叶片转子系统的模态频率和模态振型,对叶片转子系统高转速下出现频率分叉现象进行分析,为控制器设计提供了理论基础。 以磁悬浮复合分子泵叶片转子系统为对象建立系统控制模型,并以此为研究对象进行分散PID控制器设计以满足转子稳定悬浮和正常运转;设计交叉反馈控制器对转子陀螺效应进行抑制,通过Matlab软件进行仿真分析验证控制器的有效性;为了避免激发转子结构模态和挠性高频模态的振动,设计陷波滤波器;为了顺利到达叶片转子额定工作转速,解决转子大范围不稳定和转子过刚性临界转速的问题,设计了变增益自适应控制器;为了抑制磁悬浮复合分子泵转子同频振动和基座振动,设计不平衡补偿控制器。 利用设计的变增益自适应控制器和不平衡补偿控制器对磁悬浮复合分子泵系统依次进行了转子静态悬浮、陀螺效应抑制、不平衡补偿控制和高速旋转实验测试。实验结果表明磁悬浮复合分子泵系统在变增益自适应控制器和不平衡补偿控制器共同作用下,不仅能实现顺利超越转子刚性临界转速的要求,而且能够克服转子陀螺效应的影响和抑制转子挠性模态频率,大幅度降低了系统基座的振动,具有较强的自适应性和鲁棒性,额定工作转速可达24000rpm,额定工作转速下转子最大径向振动小于7.8μm,转子可在0~24000rpm转速范围内任何频率处稳定运转。验证了变增益自适应控制器和不平衡补偿控制器的有效性和实用性,验证了磁悬浮复合分子泵转子系统机械结构设计和模态分析的有效性和实用性,积累了磁悬浮复合分子泵转子系统设计、调试和运行的经验。磁悬浮复合分子泵系统转子转速、转子振动和稳定性等性能指标已经能够基本满足神光Ⅲ终端光学组件模块高真空、高洁净环境对其的要求,整体性能居于国内领先水平。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 范素香,段吉安;H∞控制理论在磁悬浮球系统中的应用[J];现代机械;2005年04期
2 刘恒坤;施小红;常文森;;磁悬浮系统的双环自适应控制器设计与仿真[J];计算机仿真;2006年08期
3 徐渠;;磁悬浮系统的控制研究[J];科技创新导报;2008年36期
4 李俊华;;基于PC机的位移传感器的线性补偿[J];常熟理工学院学报;2009年08期
5 柳贵东,马国利,佘龙华;磁悬浮主动吸振器的研究[J];噪声与振动控制;2003年06期
6 宋文荣,张玲,于国飞,何惠阳;进给机构磁悬浮系统的解耦控制分析[J];哈尔滨工业大学学报;2005年03期
7 张宏;张翼;胡基士;;状态空间控制方法在磁悬浮系统应用的研究[J];中国测试技术;2006年05期
8 戴利明;齐斌;周海波;秦克利;;磁悬浮运动平台的PID控制[J];现代制造工程;2008年06期
9 杨霞;高燕;杨波;郭庆鼎;;基于状态空间控制方法的磁悬浮系统稳定性研究[J];组合机床与自动化加工技术;2008年05期
10 李俊华;;基于PC机的位移传感器的线性补偿[J];常州工学院学报;2009年04期
11 易厚梅;;第11届磁悬浮系统和直线驱动国际会议[J];机车电传动;1990年06期
12 丁新平,杨俊友,孙荣斌;基于干扰观测器PID控制的磁悬浮系统[J];沈阳工业大学学报;2005年03期
13 ;上海磁悬浮列车正式运营[J];航空港;2006年02期
14 赵韩;余伟;王勇;李露;;磁悬浮技术在电缆管绞机中的应用研究[J];机床与液压;2006年06期
15 杨怀玉,陈龙;被动磁力轴承在磁悬浮技术中的作用[J];机械工程与自动化;2005年04期
16 朱军;;中国城市轨道交通发展的态势[J];交通运输系统工程与信息;2006年01期
17 许杰;刘春生;;基于神经网络的磁悬浮球自适应控制器[J];机电工程;2007年03期
18 徐宏剑;徐龙祥;;磁悬浮带钢系统的建模与鲁棒控制研究[J];机械与电子;2009年03期
19 任宏彬;王丽梅;;基于极点配置的数控机床磁悬浮系统自适应同步控制[J];电气技术;2010年02期
20 周瑾;刘勇;;模糊控制磁流变阻尼器与磁悬浮装置并联减振研究[J];中国机械工程;2010年21期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 ;北京市华特应用技术研制所向各界推出新型分子泵—HT型复合分子泵[A];中国电子学会真空电子学分会第十届年会论文集(上册)[C];1995年
2 王巍;杨立溪;;用于高精度陀螺仪表的智能化有源磁悬浮技术研究[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(上册)[C];1999年
3 张承慧;孙晓明;刘睿;刘志军;;基于LQR的磁悬浮系统的变结构控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 张爱林;汪希平;吴明贵;张钢;吴剑锋;成高;;磁悬浮平台系统的设计及调试[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
5 魏彰;翟江源;;基于磁轴承的固体火箭发动机测控系统的研究[A];'2006系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2006年
6 张慰成;;高速磁悬浮列车(摘要)[A];上海市老科学技术工作者协会一、二、三届学术年会论文选集[C];2006年
7 王大朋;王凤翔;;基于小波能量分布向量的高速电机磁轴承监控系统研究[A];2011中国电工技术学会学术年会论文集[C];2011年
8 李练兵;杨鹏;王晓宏;杨国福;;单轴磁悬浮系统模糊控制研究[A];1999中国控制与决策学术年会论文集[C];1999年
9 安峰岩;孙红灵;肖椽生;徐健;李晓东;;磁悬浮主动隔振系统的控制算法研究[A];中国声学学会2009年青年学术会议[CYCA’09]论文集[C];2009年
10 王洪坡;李杰;常文森;;磁悬浮系统抗轨道扰动算法[A];第二十四届中国控制会议论文集(下册)[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘平凡;高真空高洁净磁悬浮复合分子泵及其控制系统的研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
2 李奇南;钢板磁悬浮系统控制[D];浙江大学;2010年
3 钟毅;磁悬浮嵌入式控制系统基础理论和关键技术研究[D];武汉理工大学;2007年
4 王大朋;高速电机磁轴承控制与监测技术研究[D];沈阳工业大学;2012年
5 曾学明;磁轴承电控系统研究[D];南京航空航天大学;2002年
6 邓自刚;运动外磁场下高温超导YBCO块材的动态悬浮特性实验研究[D];西南交通大学;2009年
7 徐绍辉;电磁永磁混合悬浮系统悬浮控制研究[D];中国科学院研究生院(电工研究所);2006年
8 褚海英;飞轮电池及其混合磁悬浮控制系统的研究[D];北京交通大学;2009年
9 徐正国;电磁永磁混合悬浮磁悬浮模型车控制方案的研究[D];中国科学院研究生院(电工研究所);2005年
10 郑珺;平移对称式高温超导磁悬浮系统的动态特性[D];西南交通大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郑显达;磁悬浮减震系统的研究[D];浙江工业大学;2010年
2 余玲;排斥式磁悬浮系统磁阵的设计与试验研究[D];西南大学;2011年
3 李松恩;磁悬浮系统的设计及实验研究[D];合肥工业大学;2010年
4 朱啸;新型磁悬浮系统控制方法研究[D];杭州电子科技大学;2009年
5 徐培龙;磁悬浮系统定量反馈控制方法研究[D];南京理工大学;2010年
6 俞坚才;人工心脏磁悬浮系统的研发[D];浙江大学;2013年
7 魏国平;磁悬浮系统的H_∞控制研究[D];南京理工大学;2012年
8 张健;数控机床横梁磁悬浮系统的先进滑模控制策略研究[D];沈阳工业大学;2013年
9 刘凤丽;磁悬浮系统的神经网络控制[D];东北大学;2009年
10 付殿波;高刚度磁悬浮系统的鲁棒控制研究[D];沈阳工业大学;2012年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 胥会云;中国磁悬浮:齐头并进是否恶性竞争?[N];第一财经日报;2006年
2 侯杨方;高速铁路和磁悬浮的错位[N];经济观察报;2006年
3 文芳;我国自主研发磁轴承在杭州问世[N];中国知识产权报;2008年
4 记者 宦建新;磁悬浮轴承 无机械磨损[N];科技日报;2008年
5 本报记者 朱芙蓉彭宏;中小高科企业如何“华山论剑”[N];科技日报;2008年
6 记者  罗晖;上海磁悬浮列车示范运营线将正式运营[N];科技日报;2006年
7 江苏大学 朱熀秋 瑞士苏黎世联邦工学院 J.Hugel;无轴承电机研究和应用前景[N];科技日报;2004年
8 杨纯红;中国第一路:越走越快捷的金光大道[N];中华建筑报;2009年
9 记者 方方;上海磁浮线通过验收将运营[N];中国经济导报;2006年
10 陆娅楠;京沪高铁中国设计中国造[N];人民日报;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978