RU2566671C1 - Rotor electromagnet suspension control system - Google Patents
Rotor electromagnet suspension control system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2566671C1 RU2566671C1 RU2014112183/07A RU2014112183A RU2566671C1 RU 2566671 C1 RU2566671 C1 RU 2566671C1 RU 2014112183/07 A RU2014112183/07 A RU 2014112183/07A RU 2014112183 A RU2014112183 A RU 2014112183A RU 2566671 C1 RU2566671 C1 RU 2566671C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- proportional
- rotor
- controller
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в роторных механизмах на электромагнитных опорах.The invention relates to mechanical engineering and can be used in rotor mechanisms on electromagnetic supports.
Наиболее близким по технической сущности является система управления электромагнитным подвесом ротора (см. патент Российской Федерации № 2395150, опубл. 20.07.2010, бюл. № 20), в которой каждый канал системы управления содержит датчик положения ротора, интегральный регулятор, пропорциональный регулятор, дифференцирующее звено, пропорционально-дифференциальный регулятор, силовой преобразователь и два электромагнита.The closest in technical essence is the control system of the electromagnetic suspension of the rotor (see patent of the Russian Federation No. 2395150, publ. 07/20/2010, bull. No. 20), in which each channel of the control system contains a rotor position sensor, an integral regulator, a proportional regulator, differentiating link, proportional-differential controller, power converter and two electromagnets.
Недостатком наиболее близкой системы управления электромагнитным подвесом ротора является то, что в режиме всплытия со страховочных подшипников при настройках регуляторов, выбранных из условия обеспечения высокого быстродействия, она становится неустойчивой. В результате приходится заведомо снижать быстродействие системы для обеспечения работоспособности электромагнитного подвеса во всех режимах.The disadvantage of the closest control system for the electromagnetic suspension of the rotor is that in the ascent mode from the safety bearings when adjusting the regulators selected from the conditions for ensuring high speed, it becomes unstable. As a result, we have to deliberately reduce the speed of the system to ensure the operability of the electromagnetic suspension in all modes.
Сущность изобретения заключается в том, что в системе управления электромагнитным подвесом ротора, каждый канал которой содержит датчик положения ротора, интегральный регулятор, пропорциональный регулятор, дифференцирующее звено, пропорционально-дифференциальный регулятор, силовой преобразователь, два электромагнита, причем выход датчика положения ротора соединен с инверсными входами интегрального и пропорционального регуляторов и входом дифференцирующего звена, выход пропорционального регулятора соединен с прямым входом пропорционально-дифференциального регулятора, инверсный вход которого соединен с выходом дифференцирующего звена, выход пропорционально-дифференциального регулятора соединен с входом силового преобразователя, к выходу которого подключены обмотки электромагнитов, каждый канал дополнительно снабжен блоком задания, пропорциональным звеном, первым и вторым блоками вычитания, блоком выделения знака, регистром, сумматором и мультиплексором, причем первый выход блока задания соединен с входом пропорционального звена и первым входом первого блока вычитания, выход датчика положения ротора соединен с вторым входом первого блока вычитания, выход которого соединен с входом блока выделения знака, выход интегрального регулятора соединен с первыми входами второго блока вычитания и регистра, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй выход блока задания соединен с первым входом мультиплексора, выход пропорционального звена соединен с вторым входом сумматора, выход которого соединен с вторым входом мультиплексора, выход блока выделения знака соединен с вторым входом регистра и третьим входом мультиплексора, выход которого соединен с вторым входом второго блока вычитания, а выход второго блока вычитания соединен с прямым входом пропорционального регулятора.The essence of the invention lies in the fact that in the control system of the electromagnetic suspension of the rotor, each channel of which contains a rotor position sensor, an integral regulator, a proportional regulator, a differentiating element, a proportional-differential regulator, a power converter, two electromagnets, and the output of the rotor position sensor is connected to inverse the inputs of the integral and proportional regulators and the input of the differentiating element, the output of the proportional controller is connected to the direct input of the proportional of a national differential controller, the inverse input of which is connected to the output of the differentiating link, the output of the proportional differential controller is connected to the input of the power converter, to the output of which the windings of the electromagnets are connected, each channel is additionally equipped with a reference unit, a proportional link, the first and second subtraction blocks, and a selection block sign, register, adder and multiplexer, and the first output of the job block is connected to the input of the proportional link and the first input of the first block subtraction eye, the output of the rotor position sensor is connected to the second input of the first subtraction unit, the output of which is connected to the input of the sign extraction unit, the output of the integral controller is connected to the first inputs of the second subtraction and register unit, the output of which is connected to the first input of the adder, the second output of the task unit is connected with the first input of the multiplexer, the output of the proportional link is connected to the second input of the adder, the output of which is connected to the second input of the multiplexer, the output of the sign extraction unit is connected to the second input register and the third input of the multiplexer, the output of which is connected to the second input of the second subtraction unit, and the output of the second subtraction unit is connected to the direct input of the proportional controller.
Существенные отличия находят свое выражение в новой совокупности связей между элементами устройства. Указанная совокупность связей позволяет повысить быстродействие и динамическую точность системы управления электромагнитным подвесом ротора.Significant differences are expressed in a new set of connections between the elements of the device. The specified set of connections allows you to increase the speed and dynamic accuracy of the control system of the electromagnetic suspension of the rotor.
На фиг. 1 представлена функциональная схема каждого канала системы управления электромагнитным подвесом ротора; на фиг. 2 изображено подключение обмоток электромагнитов к силовому преобразователю; на фиг. 3 представлена структурная схема одного канала системы управления электромагнитным подвесом ротора; на фиг. 4 приведены графики переходных процессов в системе управления электромагнитным подвесом ротора.In FIG. 1 is a functional diagram of each channel of the rotor electromagnetic suspension control system; in FIG. 2 shows the connection of electromagnet windings to a power converter; in FIG. 3 is a structural diagram of one channel of a rotor electromagnetic suspension control system; in FIG. Figure 4 shows the graphs of transients in the control system of the electromagnetic suspension of the rotor.
Каждый канал системы управления (фиг. 1) содержит датчик 1 положения ротора, интегральный регулятор 2, пропорциональный регулятор 3, дифференцирующее звено 4, пропорционально-дифференциальный регулятор 5, силовой преобразователь 6, два электромагнита 7 и 8, блок 9 задания, пропорциональное звено 10, блоки 11 и 12 вычитания, блок 13 выделения знака, регистр 14, сумматор 15 и мультиплексор 16. Датчик 1 положения ротора соединен с инверсными входами интегрального 2 и пропорционального 3 регуляторов и входом дифференцирующего звена 4. Выход пропорционального регулятора 3 соединен с прямым входом пропорционально-дифференциального регулятора 5, инверсный вход которого соединен с выходом дифференцирующего звена 4. Выход пропорционально-дифференциального регулятора 5 соединен с входом силового преобразователя 6, к выходу которого подключены обмотки электромагнитов 7 и 8. Первый выход блока 9 задания соединен с входом пропорционального звена 10 и первым входом блока 11 вычитания. Выход датчика 1 положения ротора соединен с вторым входом блока 11 вычитания, выход которого соединен с входом блока 13 выделения знака. Выход интегрального регулятора соединен с первыми входами 12 блока вычитания и регистра 14, выход которого соединен с первым входом сумматора 15. Второй выход блока 9 задания соединен с первым входом мультиплексора 16. Выход пропорционального звена 10 соединен с вторым входом сумматора 15, выход которого соединен с вторым входом мультиплексора 16. Выход блока 13 выделения знака соединен с вторым входом регистра 14 и третьим входом мультиплексора 16, выход которого соединен с вторым входом блока 12 вычитания. Выход блока 12 вычитания соединен с прямым входом пропорционального регулятора 3.Each channel of the control system (Fig. 1) contains a
Интегральный регулятор 2, пропорциональный регулятор 3, дифференцирующее звено 4, пропорционально-дифференциальный регулятор 5 и пропорциональное звено 10 могут быть реализованы, например, по а.с. СССР №1649501, опубл. 15.05.91, бюл. № 18. Блок 9 задания параметров может быть выполнен, например, на микросхемах К555ТМ8, разрядные входы которых подключаются с помощью переключателей к логическим нулям или единицам. Блоки 11 и 12 вычитания и сумматор 15, например, выполнены на микросхемах К555ИМ6. Блок 13 выделения знака может быть реализован, например, в виде триггера, подключенного к старшему разряду выхода блока 11 вычитания. Регистр 14, например, может быть выполнен на микросхемах К555ТМ8. Мультиплексор 16, может быть реализован, например, на микросхемах К555КП11. Перечисленные выше блоки системы управления электромагнитным подвесом ротора могут быть также выполнены программно на микропроцессоре или программируемом контроллере. В качестве датчика 1 положения ротора может быть применен, например, индуктивный токовихревой датчик с блоком измерения, выполненным, например, по патенту РФ №2191346, опубл. 20.10.2002, бюл. №29. Силовой преобразователь 6, например, представляет собой транзисторный широтно-импульсный преобразователь, состоящий из широтно-импульсного модулятора (см. патент России №2172062, опубл. 10.08.2001, бюл. №22) и транзисторного моста. Электромагниты 7 и 8 располагаются на статоре роторной машины, например, на одной оси с противоположных сторон от ротора и могут быть выполнены, например, как явнополюсные или с распределенными обмотками. Обмотки электромагнитов подключаются к транзисторному мосту, например, как показано на фиг. 2.The
Система управления электромагнитным подвесом ротора работает следующим образом. В каждом канале управления датчик 1 положения ротора измеряет отклонение ротора от центрального положения, принятого за нулевое. Сигнал об измеренном отклонении подается на инверсные входы интегрального и пропорционального регуляторов 2 и 3 и на вход дифференцирующего звена 4. В соответствии с передаточными функциями, реализованными регуляторами 2, 3 и 5, дифференцирующим звеном 4, пропорциональным звеном 10, блоками 11 и 12 вычитания, блоком 13 выделения знака, регистром 14, сумматором 15 и мультиплексором 16, с выхода пропорционально-дифференциального регулятора 5 на вход силового преобразователя 6 подается сигнал, пропорционально которому силовой преобразователь 6 регулирует напряжения на обмотках электромагнитов 7 и 8. В результате в обмотках электромагнитов 7 и 8 формируются такие токи, которые создают результирующую силу, возвращающую ротор в центральное (по датчику 1) положение.The control system of the electromagnetic suspension of the rotor operates as follows. In each control channel, the
Процессы, протекающие при работе предложенной системы управления электромагнитным подвесом ротора, можно представить структурной схемой (фиг. 3). Здесь kДП - коэффициент передачи датчика 1 положения;
Остальные динамические звенья в совокупности представляют собой линеаризованную математическую модель процесса перемещения ротора в поле электромагнитного подшипника под действием управляющего сигнала на входе силового преобразователя 6. Коэффициенты передачи kШИМ и U характеризуют параметры силового преобразователя 6: коэффициент передачи широтно-импульсного преобразователя и напряжение питания транзисторного моста.The remaining dynamic links in the aggregate are a linearized mathematical model of the process of moving the rotor in the field of the electromagnetic bearing under the action of a control signal at the input of the power converter 6. The transmission coefficients k PWM and U characterize the parameters of the power converter 6: the transmission coefficient of the pulse-width converter and the supply voltage of the transistor bridge .
Динамическое звено с передаточной функцией
Величина постоянная времени пропорционально-дифференциального регулятора 5The value of the time constant of the proportional
WПД(р)=kПД(TПДp+1)W PD (p) = k PD (T PD p + 1)
определяется, например, из соотношенияdetermined, for example, from the relation
ТПД=3ТЭ,T PD = 3T E ,
а коэффициент передачи kПД этого регулятора может варьироваться в широких пределах. Величины коэффициента передачи kП пропорционального регулятора 3 и постоянной времени ТИ интегрального регулятора 2 в соответствии с условием устойчивости также могут выбираться из широкого ряда значений.and the transmission coefficient k PD of this controller can vary widely. The values of the transfer coefficient k P of the
Особенность предлагаемой системы управления электромагнитным подвесом заключается в том, что в момент включения на выходе блока 12 вычитания присутствует нулевой сигнал. В процессе всплытия ротора выходной сигнал блока 12 вычитания изменяется в зависимости от выходного сигнала интегрального регулятора 2. В момент времени, когда рассогласование на входе интегрального регулятора сравняется или станет меньше величины Δх0, выходной сигнал блока 13 выделения меняет свой статус, в регистр 14 записывается величина хИ(-0) с выхода интегрального регулятора 2. Эта величина с помощью сумматора 15 складывается с произведением kИΔх0. Одновременно мультиплексор 16 переключается и пропускает на вход блока 12 вычитания выходной сигнал сумматора 15, который в этот момент стал равным сумме хИ(-0)+kИΔх0. В результате на выходе блока 12 вычитания в момент переключения мультиплексора 16 появляется сигнал, равный -kИΔх0. Дальнейшее изменение выходного сигнала блока 12 вычитания определяется только работой интегрального регулятора 2. Произведенные действия дополнительно введенными в систему управления электромагнитным подвесом ротора блоками 9-16 позволяет добиться устойчивой работы без изменения постоянной времени ТИ интегрального регулятора 2 за счет лишь разовой адаптации выходного сигнала этого регулятора. Величина коэффициента kИ передачи пропорционального звена 10 может выбираться, например, из соотношенияA feature of the proposed electromagnetic suspension control system is that at the moment of switching on, the output of the subtraction unit 12 contains a zero signal. In the process of the ascent of the rotor, the output signal of the subtraction unit 12 changes depending on the output signal of the
где k1=kПДkШИМkЭМkOCCkДП, k2=kПkПДkШИМkЭМkДП.where k 1 = k PD k PWM k EM k OCC k DP , k 2 = k P k PD k PWM k EM k DP .
Моделирование на компьютере показывает достижимые показатели предлагаемой системы управления электромагнитным подвесом ротора. Computer simulation shows the achievable performance of the proposed rotor electromagnetic suspension control system.
На фиг.4 приведены графики переходных процессов при всплытии ротора со страховочных подшипников и при действии возмущающей силы при исходном центральном положении ротора. В расчетах приняты следующие параметры электромагнитного подвеса ротора, например, турбины: kЕ=1461 Вс/м; kЭМ=1306 Н; kF=1315900 Н/м; m=36 кг; ТЭ=0,038233 с; kШИМ=1,9608·10-3; U=57,7 В; kПД=8; ТПД=0,115 с; kП=8; kОСС=0,0032 с; kИ=0,843; ТИ=0,0032 с; kДП=1000000 дискрет/м; Δх0=250 дискрет.Figure 4 shows graphs of transients during the ascent of the rotor from the safety bearings and under the action of a disturbing force at the initial central position of the rotor. In the calculations, the following parameters of the electromagnetic suspension of the rotor, for example, a turbine, were taken: k E = 1461 Vs / m; k EM = 1306 N; k F = 1315900 N / m; m = 36 kg; T e = 0.038233 s; k PWM = 1.9608 · 10 -3 ; U = 57.7 V; k PD = 8; T PD = 0.115 s; k P = 8; k OSS = 0.0032 s; k And = 0.843; T And = 0.0032 s; k DP = 1,000,000 discrete / m; Δx 0 = 250 discret.
Анализ графиков показывает, что в системе управления электромагнитным подвесом ротора наблюдается высокое быстродействие во всех режимах работы. Ротор всплывает со страховочных подшипников, имеющих зазор в рабочем состоянии δ=0,5 мм, за время tПП=0,03 с. Динамический провал ротора при ударном приложении силы в 1 Н составляет Δxmax=0,002 мкм. Следует также отметить, что ротор возвращается в центральное положение после приложения нагрузки. Достичь такого быстродействия в системе управления, взятой за прототип, невозможно.Analysis of the graphs shows that in the control system of the electromagnetic suspension of the rotor there is a high speed in all operating modes. The rotor emerges from the safety bearings having a clearance in the working state δ = 0.5 mm, for a time t PP = 0.03 s. The dynamic failure of the rotor with an impact force of 1 N is Δx max = 0.002 μm. It should also be noted that the rotor returns to its center position after application of the load. To achieve such speed in the control system, taken as a prototype, it is impossible.
Таким образом, предложенная система управления позволяет повысить быстродействие и динамическую точность электромагнитного подвеса ротора.Thus, the proposed control system allows to increase the speed and dynamic accuracy of the electromagnetic suspension of the rotor.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014112183/07A RU2566671C1 (en) | 2014-03-28 | 2014-03-28 | Rotor electromagnet suspension control system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014112183/07A RU2566671C1 (en) | 2014-03-28 | 2014-03-28 | Rotor electromagnet suspension control system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014112183A RU2014112183A (en) | 2015-10-10 |
RU2566671C1 true RU2566671C1 (en) | 2015-10-27 |
Family
ID=54289301
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014112183/07A RU2566671C1 (en) | 2014-03-28 | 2014-03-28 | Rotor electromagnet suspension control system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2566671C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU211880U1 (en) * | 2020-08-25 | 2022-06-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Ухта" | DEVICE FOR ADJUSTING THE SENSOR UNIT OF THE MAGNETIC SUSPENSION CONTROL SYSTEM |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3130974A1 (en) * | 1981-08-05 | 1983-02-24 | Teldix Gmbh, 6900 Heidelberg | Magnetic bearing |
EP1109305A2 (en) * | 1999-12-13 | 2001-06-20 | Ebara Corporation | Magnetic levitation control apparatus |
RU2181922C2 (en) * | 1999-11-16 | 2002-04-27 | Самарский государственный технический университет | Electromagnetic rotor bracket control system |
WO2008126462A1 (en) * | 2007-03-30 | 2008-10-23 | Ihi Corporation | Electromagnetic attraction magnetic bearing and its control method |
US7719151B2 (en) * | 2004-03-22 | 2010-05-18 | Societe De Mecanique Magnetique | Active magnetic bearing with automatic detection of the position thereof |
RU2395150C2 (en) * | 2008-07-21 | 2010-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Control system for rotor electro-magnet suspension |
RU2460909C1 (en) * | 2011-02-02 | 2012-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Rotor electromechanical suspension control system |
-
2014
- 2014-03-28 RU RU2014112183/07A patent/RU2566671C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3130974A1 (en) * | 1981-08-05 | 1983-02-24 | Teldix Gmbh, 6900 Heidelberg | Magnetic bearing |
RU2181922C2 (en) * | 1999-11-16 | 2002-04-27 | Самарский государственный технический университет | Electromagnetic rotor bracket control system |
EP1109305A2 (en) * | 1999-12-13 | 2001-06-20 | Ebara Corporation | Magnetic levitation control apparatus |
US7719151B2 (en) * | 2004-03-22 | 2010-05-18 | Societe De Mecanique Magnetique | Active magnetic bearing with automatic detection of the position thereof |
WO2008126462A1 (en) * | 2007-03-30 | 2008-10-23 | Ihi Corporation | Electromagnetic attraction magnetic bearing and its control method |
RU2395150C2 (en) * | 2008-07-21 | 2010-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Control system for rotor electro-magnet suspension |
RU2460909C1 (en) * | 2011-02-02 | 2012-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Rotor electromechanical suspension control system |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU211880U1 (en) * | 2020-08-25 | 2022-06-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Ухта" | DEVICE FOR ADJUSTING THE SENSOR UNIT OF THE MAGNETIC SUSPENSION CONTROL SYSTEM |
RU2777512C1 (en) * | 2021-06-22 | 2022-08-05 | Общество с ограниченной ответственностью "ГАЗПРОМ ТРАНСГАЗ НИЖНИЙ НОВГОРОД" | Automatic control system of the axial electromagnetic rotor bearing with adaptation to changes in static force |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014112183A (en) | 2015-10-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Varshney et al. | Speed response of brushless DC motor using fuzzy PID controller under varying load condition | |
EP3220219A1 (en) | Setting support device, setting support method, information processing porgram and recording medium | |
KR101351708B1 (en) | Motor control device | |
JP6088604B1 (en) | Electric motor control device having magnetic flux control unit, machine learning device and method thereof | |
JP2010501846A (en) | Adjustment method for material testing equipment | |
RU2460909C1 (en) | Rotor electromechanical suspension control system | |
Uriča et al. | Simulation of an on-off controller for systems of second order with the use of LabVIEW | |
RU2566671C1 (en) | Rotor electromagnet suspension control system | |
CN103851082A (en) | Magnetic bearing system and method of controlling the same | |
JP7097268B2 (en) | Press equipment, terminal equipment, ball screw estimated life calculation method and program | |
KR101684182B1 (en) | Motor control system for compensating disturbance | |
RU2395150C2 (en) | Control system for rotor electro-magnet suspension | |
CN104104296A (en) | Method and device for mechanical resonant restraint | |
RU2414048C1 (en) | Automatic control method of parametres of electric mechanical system and device for its implementation | |
Pérez-Gómez et al. | Hard dead zone and friction modeling and identification of a permanent magnet DC motor non-linear model | |
KR20110132640A (en) | Input shaper for non-linear actuators and input shaping method thereof | |
RU2589718C1 (en) | System for automatic control of rotor | |
RU181247U1 (en) | Positional control device | |
CN102331716A (en) | Method for regulating control parameters of electrohydraulic linear velocity servo system | |
KR100511648B1 (en) | method and apparatus of simulate capability test in inverter | |
EP3729625B1 (en) | Estimation of equivalent input voltage supply | |
RU2159519C1 (en) | Adaptive control device for single-electrode electric heating equipment for high-precision processes | |
Johnson | More Questions Answered on Electrohydraulic Control: Our resident expert on electrohydraulic control systems addresses some of the most commonly asked questions | |
Wang et al. | Correction of Constitutive Equation for Magnetorheological Fluid Torque Servo Control | |
Dulau et al. | Advance Movement Modlling and Simulation of the Electrodischarge Equipment |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160329 |