题目：磁悬浮分子泵电力失效补偿方法与实验研究

超高真空系统是我国尖端科学仪器、国防领域核心器件、高技术产业工艺装备研制必不可少的关键仪器设备，是制约其整体性能提升的关键技术瓶颈。分子泵是获得超高真空环境的高端科学仪器设备的关键核心部件，鉴于机械轴承分子泵的抽速和压缩比低、存在油扩散污染、寿命短等缺点，磁悬浮分子泵已经慢慢地取代机械轴承分子泵。然而，采用磁轴承的磁悬浮分子泵在遇到电力故障时，若没有保护措施，高速旋转的转子会直接掉落在保护轴承上，影响系统安全性。本文以磁悬浮分子泵电力失效补偿系统为研究对象，针对负载发生突变下开关变换器非线性和参数时变问题，进行了以下研究。（1）通过研究国内外磁悬浮产品掉电保护技术，结合实验室实际情况，提出了一种电力失效补偿方案并应用于4kW磁悬浮高速永磁电机和磁悬浮分子泵。该方案采用两级电源转换结构，使用基于数字控制的开关变换器，并和电机控制器集成在一起，大大提高了系统的集成度与可靠性。（2）对电力失效补偿控制系统进行设计与建模，采用一种基于滑模算法和PID控制的电力失效补偿方法，通过PID调节器保证系统的稳定控制精度，同时利用滑模算法提高系统在大信号扰动下的响应。仿真结果表明，和传统基于电压闭环PID控制方法相比，此方法具有稳定性好，鲁棒性强，动态响应速度快的特点。（3）在4kW 高速磁悬浮永磁电机上设计并实现了电力失效补偿控制系统的硬件电路与软件程序。实验结果表明，使用所设计的基于PID结合滑模算法控制的电力失效补偿系统在4kW磁悬浮高速电机样机上实现了掉电保护功能，电机最高转速至30000r/min（受磁轴承限制），动态调节时间小于500ms，能够有效利用电机回馈的电能为磁轴承系统供电，实现了磁轴承电力失效补偿作用。