DE102008030838B3 - Active regulated sensorless magnetic bearing, has controller position-controlling bearing by difference signal, and difference signal production device producing difference signal from measuring signal and offset-signal - Google Patents
Active regulated sensorless magnetic bearing, has controller position-controlling bearing by difference signal, and difference signal production device producing difference signal from measuring signal and offset-signal Download PDFInfo
- Publication number
- DE102008030838B3 DE102008030838B3 DE200810030838 DE102008030838A DE102008030838B3 DE 102008030838 B3 DE102008030838 B3 DE 102008030838B3 DE 200810030838 DE200810030838 DE 200810030838 DE 102008030838 A DE102008030838 A DE 102008030838A DE 102008030838 B3 DE102008030838 B3 DE 102008030838B3
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- signal
- analog
- magnetic bearing
- digital
- difference signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/044—Active magnetic bearings
- F16C32/0444—Details of devices to control the actuation of the electromagnets
- F16C32/0446—Determination of the actual position of the moving member, e.g. details of sensors
- F16C32/0448—Determination of the actual position of the moving member, e.g. details of sensors by using the electromagnet itself as sensor, e.g. sensorless magnetic bearings
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein aktiv geregeltes sensorloses elektromagnetisches Magnetlager gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und ein Verfahren zur Strommessung zur sensorlosen Positionsregelung eines elektromagnetischen sensorlosen Magnetlagers gemäß dem Oberbegriff des Nebenanspruchs.The The present invention relates to an actively regulated sensorless electromagnetic magnetic bearing according to the preamble of the main claim and a method for current measurement for sensorless position control an electromagnetic sensorless magnetic bearing according to the preamble of the secondary claim.
Eine Ausgestaltung eines aktiv geregelten sensorlosen elektromagnetischen Aktors ist ein sensorloses Magnetlager.A Design of an actively regulated sensorless electromagnetic Aktors is a sensorless magnetic bearing.
Die
Dissertation ETH Nr. 12249 ”Zur
sensorlosen Magnetlagerung” von
Ladislav Kucera ETH Zürich,
Zürich
1997 offenbart ein sensorloses Magnetlager. Bei herkömmlichen
Magnetlagern mit Positionssensoren wird der Elektromagnet mit einem
Strom angesteuert. Der Elektromagnet übt eine anziehende Kraft für den schwebenden
Körper
aus. Dieser Anziehungskraft wirkt die Gewichtskraft des schwebenden Körpers entgegen.
Es entsteht in einem bestimmten Abstand ein Kräftegleichgewicht. Bei festgehaltenem Strom
steigt die Anziehungskraft, wenn sich der Körper dem Elektromagneten nähert, bzw.
verringert sich die Anziehungskraft, wenn sich der Körper vom Elektromagneten
wegbewegt. Das Magnetlager ist aufgrund der physikalischen Eigenschaft
instabil und muss deshalb geregelt werden. Die Informationen über das
Bewegungsverhalten des schwebenden Körpers bezieht der Regler von
einem Positionssensor. Der Regler steuert den Leistungsverstärker bzw. den
Strom im Elektromagneten so, dass sich ein stabiles Schweben einstellt.
Bei einem sensorlosen Magnetlager wird auf eine externe Sensorik
verzichtet. Da auch beim sensorlosen Magnetlager eine Regelung notwendig
ist, wird die dazu notwendige Positionsinformation durch die luftspaltabhängigen Eigenschaften
der Elektromagnete gewonnen. Es gibt zwei grundlegende Verfahren,
um einen sensorlosen Magnetlagerbetrieb zu ermöglichen, und zwar ein Verfahren
mit linearem Regler oder mit tels eines Modulationsverfahrens. Bei
dem Modulationsverfahren weist ein Elektromagnet im Aufbau die gleiche
Struktur wie ein induktiver Positionssensor auf, und lässt sich
auch als solche betreiben. Mit einer geeigneten spektralen Trennung,
bei welcher dem Kraftsteller der niederfrequente und der Sensorik
der hochfrequente Bereich zugeordnet wird, lassen sich diese beiden
Aufgaben gleichzeitig mit demselben physikalischen Element lösen.
Aktiv geregelte magnetische Lager oder auch andere Systeme mit elektromagnetischen Aktoren erfordern eine Information über die aktuelle Position des Rotors bzw. der beweglichen Teile, um daraus die erforderliche Magnetkraft bzw. die Ströme für die Elektromagnete zu bestimmen. Im einfachsten Fall werden hierfür dedizierte Wegsensoren wie beispielsweise kapazitiv, optisch oder mit Wirbelstromwirkung, verwendet. Zur Einsparung von Kosten und Bauraum ist es jedoch in vielen Anwendungen sinnvoll, die für die Krafterzeugung verwendeten Spulen ebenfalls zur Positionssensorik zu verwenden. Eine Änderung der Position bzw. des Luftspalts wirkt sich auf die Induktivität der Elektromagnete aus. Dies kann als Messsignal ausgewertet werden.active Regulated magnetic bearings or other systems with electromagnetic Actuators require information about the current position of the actuator Rotor or the moving parts, in order to obtain the required magnetic force or the currents for the To determine electromagnets. In the simplest case, this will be dedicated Displacement sensors such as capacitive, optical or with eddy current effect, used. However, it is in order to save costs and space useful to many applications that used for power generation Coils also to use the position sensors. A change the position or the air gap affects the inductance of the electromagnets out. This can be evaluated as a measurement signal.
Die Bestimmung der Induktivität erfolgt beispielsweise durch Aufmodulieren einer hochfrequenten Anregung auf den eigentlich kraftbestimmenden Strom. Oft wird der Strom durch Pulsweitenmodulation (PWM) nach dem Schaltreglerprinzip eingestellt, wobei es vorteilhaft ist, die über die Pulsweitenmodulation bereits vorhandene hochfrequente Anregung auch zur Bestimmung der Induktivität auszunutzen.The Determination of inductance For example, by modulating a high-frequency Stimulation of the actually power-determining current. Often the Current through pulse width modulation (PWM) according to the switching regulator principle it is advantageous to use the pulse width modulation already existing high - frequency excitation also for the determination of inductance exploit.
Problematisch ist allerdings die ausreichend genaue Messung des hochfrequenten Anteils auf den Strom, der einem relativ großen und variablen Gleichstrom-Anteil überlagert ist. Für einen digitalen Stromregler wird zudem eine Information über den Mittelwert des fließenden Stromes benötigt. Herkömmlich erweise muss ein Analog-Digitalwandler (ADC) einen weiten Strombereich, und dies oft auch bipolar, in Ampere-Bereich abdecken, aber zusätzlich die hochfrequenten Anteile in Milliampere-Bereich ausreichend genau auflösen, um daraus eine Induktivitätsbestimmung zu ermöglichen.Problematic However, is the sufficiently accurate measurement of high-frequency Share on the current superimposed on a relatively large and variable DC component is. For A digital current controller also provides information about the mean value of the flowing Electricity needed. Traditional An analog-to-digital converter (ADC) needs a wide current range, and this often bipolar, in ampere range cover, but in addition the high-frequency components in the milliampere range with sufficient accuracy dissolve, from this an inductance determination to enable.
Herkömmlicherweise werden teure hochauflösende Analog-Digital-Wandler verwendet. Alternativ wird herkömmlich eine Hoch- bzw. Bandpassfilterung des hochfrequenten Anteils ausgeführt, wobei ein zweiter Analog-Digital-Wandler verwendet wird. Dabei ist nachteiligerweise der analoge Schaltungsaufwand sehr hoch und es muss eine Verzerrung des Signals in Folge der Filterung berücksichtigt werden.traditionally, be expensive high resolution Analog to digital converter used. Alternatively, becomes conventional performing a high pass bandpass filtering of the high frequency portion, wherein a second analog-to-digital converter is used. It is disadvantageous the analog circuit complexity is very high and it must be a distortion of the signal due to the filtering.
Die
Es ist damit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei aktiv geregelten elektromagnetischen sensorlosen Magnetlagern, eine Positionsinformation anhand einer Induktivitätsbestimmung mittels einer aufmodulierten Hochfrequenten Anregung auf einfache Weise bereitzustellen.It is therefore an object of the present invention, in actively regulated electromagnetic sensorless magnetic bearings, a position information based an inductance determination by means of a modulated high-frequency excitation on simple Way to provide.
Die Aufgabe wird durch ein sensorloses Magnetlager gemäß dem Hauptanspruch und ein Verfahren gemäß dem Nebenanspruch gelöst.The The object is achieved by a sensorless magnetic bearing according to the main claim and a method according to the independent claim solved.
Es wird eine Differenz aus einem Stromsignal und einem Offset-Signal erzeugt. Das Messsignal ist ein Signal mit einem relativ großen Gleichstrom-Anteil und einem kleinen Wechselanteil. Der Gleichstrom-Anteil ist über den Betriebsbereich variabel und verändert sich lediglich langsam. Der Wechselanteil ist für die Positionsbestimmung relevant und muss möglichst genau und zeitlich hochauflösend erfasst werden. Digitalisiert man das Signal direkt, benötigt man einen sehr fein auflösenden und dazu schnellen Wandler, beispielsweise einen 16 Bit Wandler, der teuer ist, wobei in einem Betriebspunkt jeweils nur ein sehr kleiner Bereich des Wandlers ausgenutzt wird. Die vorliegende Erfindung ermöglicht einen Analog-Digital-Wandler mit geringeren Anforderungen.It becomes a difference between a current signal and an offset signal generated. The measurement signal is a signal with a relatively large DC component and a small alternating share. The DC component is above the Operating range variable and changed only slow. The alternating component is relevant for the position determination and must if possible accurate and temporally high resolution be recorded. If you digitize the signal directly, you need it a very finely dissolving one and fast converters, such as a 16-bit converter, which is expensive, but in one operating point only a very small area of the converter is exploited. The present invention allows an analog-to-digital converter with lower requirements.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden in Verbindung mit den Unteransprüchen beansprucht.Further advantageous embodiments are claimed in conjunction with the subclaims.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung stellt der Regler ein variables konstantes bzw. langsam veränderliches Offsetsignal bereit.According to one advantageous embodiment, the controller provides a variable constant or slowly changing Offset signal ready.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Regler ein digitaler Regler und das Offset-Signal wird mittels eines Digital-Analogen Wandlers eingestellt. Das Offset-Signal wird über einen im Verhältnis zum eigentlichen Analog-Digialwandler grob auflösenden und langsamen Digital-Analog-Wandler eingestellt. Das Gleichstrom-Signal auf dem Messsignal wird durch einen vom digitalen Regler, über einen Digital-Analog-Wandler einstellbaren Offset beseitigt.According to one Another advantageous embodiment of the controller is a digital Regulator and the offset signal is by means of a digital analog converter set. The offset signal will over one in proportion to the actual analog-digital converter roughly dissolving and slow digital-to-analog converter set. The DC signal on the measurement signal is transmitted through one from the digital controller, over eliminated a digital-to-analog converter adjustable offset.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Differenzsignal analog und wird aus analogem Messsignal und analogem Offset-Signal erzeugt. Der langsam veränderliche und für die Positionsmessung weniger relevante Gleichstromanteil wird noch analog vor der eigentlichen Analog-Digital-Wandlung abgezogen und so der Aussteuerbereich des Analog-Digital-Wandlers deutlich besser ausgenutzt. Es wird also zunächst noch analog ein variabler, konstanter bzw. langsam veränderlicher Offset vom Messsignal abgezogen.According to one Further advantageous embodiment, the difference signal is analog and is generated from analog measurement signal and analog offset signal. The slowly changing one and for the position measurement less relevant DC component is still withdrawn analogously before the actual analog-to-digital conversion and so the control range of the analog-digital converter significantly better utilized. So it will be first analogous to a variable, constant or slowly changing offset deducted from the measurement signal.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das analoge Differenzsignal mittels eines Analog-Digital-Wandlers digitalisiert bzw. gemessen und für den digitalen Regler bereitgestellt. Es wird zunächst vom Stromsignal über einen Digital-Analogwandler ein variabler Offset analog subtrahiert und danach lediglich noch die Differenz aus beiden Signalen mit dem Analog-Digital-Wandler gemessen. Für diesen Analog-Digital-Wandler ist eine deutlich kleinere Auflösung als herkömmlicher Weise erforderlich, zudem reicht lediglich ein Analog-Digital-Wandler aus und der analoge Schaltungsaufwand sowie Verzerrungen sind klein. Auf diese Weise kann die volle Auflösung des Analog-Digital-Wandlers für das hochfrequente Signal zur Induktivitätsmessung vorgesehen werden. Die Differenz aus Messsignal und dem Offset-Signal wird noch analog gebildet und ist dann das Eingangssignal für den eigentlichen Analog-Digital-Konverter, der jetzt nur noch einen deutlich kleineren Signalbereich fein auflösen muss.According to one Further advantageous embodiment, the analog differential signal digitized or measured by means of an analog-to-digital converter and for provided the digital controller. It is first of the current signal via a Digital-to-analog converter subtracts a variable offset analog and then only the difference between the two signals with the Analog-to-digital converter measured. For this analog-to-digital converter is a much smaller resolution as conventional Way required, moreover, only an analog-to-digital converter is sufficient off and the analog circuitry and distortion are small. In this way, the full resolution of the analog-to-digital converter for the high-frequency signal to be provided for inductance measurement. The difference between the measuring signal and the offset signal is still analog is formed and is then the input signal for the actual analog-to-digital converter, which now only has to resolve a much smaller signal range finely.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Einrichtung zum Ermitteln des Gleichstromanteils anhand des Offset-Signalwertes bereitgestellt. Durch die Kenntnis des Offset-Wertes lässt sich der Mittelwert bzw. der Gleichstromanteil des Stromes ermitteln.According to one Another advantageous embodiment is a device for determining of the DC component provided by the offset signal value. By knowing the offset value, the mean or determine the DC component of the current.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Digital-Analog-Wandler ein 8 Bit Wandler. Dies ist ein einfacher Typ.According to one Another advantageous embodiment is the digital-to-analog converter an 8 bit converter. This is a simple guy.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Analog-Digital-Wandler ein 10 oder 12 Bit Wandler. Das heißt ein 10 oder 12 Bit Wandler ist ausreichend, sodass der Aufwand gegenüber einen herkömmlichen 16 Bit Wandler wirksam verringert ist.According to one Another advantageous embodiment is the analog-to-digital converter a 10 or 12 bit converter. That means a 10 or 12 bit converter is sufficient, so the effort compared to a conventional 16 bit converter is effectively reduced.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Aktor ein sensorloses Magnetlager mit einem Rotor. Das heißt die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere für eine Anwendung bei sensorlosen Magnetlagern, wobei die Positionsinformation aus dem Stromsignal rekonstruiert wird.According to one Another advantageous embodiment, the actuator is a sensorless Magnetic bearing with a rotor. That is, the present invention is suitable especially for an application in sensorless magnetic bearings, the position information is reconstructed from the current signal.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben. Es zeigen:The Invention is based on embodiments closer in connection with the figures described. Show it:
Claims (16)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200810030838 DE102008030838B3 (en) | 2008-06-30 | 2008-06-30 | Active regulated sensorless magnetic bearing, has controller position-controlling bearing by difference signal, and difference signal production device producing difference signal from measuring signal and offset-signal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200810030838 DE102008030838B3 (en) | 2008-06-30 | 2008-06-30 | Active regulated sensorless magnetic bearing, has controller position-controlling bearing by difference signal, and difference signal production device producing difference signal from measuring signal and offset-signal |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102008030838B3 true DE102008030838B3 (en) | 2009-12-31 |
Family
ID=41360937
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE200810030838 Expired - Fee Related DE102008030838B3 (en) | 2008-06-30 | 2008-06-30 | Active regulated sensorless magnetic bearing, has controller position-controlling bearing by difference signal, and difference signal production device producing difference signal from measuring signal and offset-signal |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102008030838B3 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103728883A (en) * | 2014-01-14 | 2014-04-16 | 渤海大学 | Control method of active control type magnetic suspension system free of position sensor |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6515388B1 (en) * | 1999-12-13 | 2003-02-04 | Ebara Corporation | Magnetic levitation control apparatus |
-
2008
- 2008-06-30 DE DE200810030838 patent/DE102008030838B3/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6515388B1 (en) * | 1999-12-13 | 2003-02-04 | Ebara Corporation | Magnetic levitation control apparatus |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103728883A (en) * | 2014-01-14 | 2014-04-16 | 渤海大学 | Control method of active control type magnetic suspension system free of position sensor |
CN103728883B (en) * | 2014-01-14 | 2016-02-03 | 渤海大学 | The control method of active control type magnetic suspension system free of position sensor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AT405352B (en) | METHOD FOR DETERMINING THE RUNNER POSITION FOR A ROTATIONAL OR LINEAR MOTOR, AND CIRCUIT ARRANGEMENT FOR IMPLEMENTING THIS METHOD | |
EP2421146B1 (en) | Device and method for identifying magnetomechanical parameters of an alternating current synchronous motor without using a rotary encoder | |
DE102008059052A1 (en) | Method and device for the repeated determination of dynamic magnitudes of an n-phase synchronous motor by means of analog EMF measurement | |
DE19748647A1 (en) | Electromagnetic drive system with integral travel signal generation | |
DE4103933C2 (en) | Method for determining the position of a movable component and circuit for a position sensor | |
EP2686537B1 (en) | Method and device for calibrating a positioner system having an electronically commutated servomotor | |
EP2340544B1 (en) | Method for detecting the position of an armature of an electromagnetic actuator | |
DE102008025408A1 (en) | Control or regulating method for a converter | |
DE102008030838B3 (en) | Active regulated sensorless magnetic bearing, has controller position-controlling bearing by difference signal, and difference signal production device producing difference signal from measuring signal and offset-signal | |
DE102009022314A1 (en) | Method and circuit for measuring the current through an inductive load | |
DE3710904A1 (en) | METHOD AND ARRANGEMENT FOR EVALUATING AN ANALOG ELECTRICAL MEASURING SIZE | |
WO2018072778A1 (en) | Method for correcting measurement deviations of a sine-cosine rotation sensor | |
DE102013204382A1 (en) | Control device and method for driving a rotary field machine | |
DE102008045622B4 (en) | Method for adapting a pole wheel orientation of a non-linear, sensorless, permanently excited synchro-machine | |
DE102012017359A1 (en) | Method for measuring magnetically induced displacement of hybrid coil e.g. primary coil, in aircraft, involves measuring electrical signals of secondary coils of transformer and output of primary coil of transformer in processing path | |
EP3734232B1 (en) | Method for determining an offset of an angular position sensor on a rotor shaft of an electric machine | |
DE19944809C2 (en) | Method for starting a three-phase electronically commutated electric motor and electric drive device therefor | |
EP2820438B1 (en) | Method and device for measuring currents or magnetic fields using hall sensors | |
EP1339164A2 (en) | Method and device of driving a synchronous motor | |
DE102009006546B4 (en) | Circuit arrangement and method for providing a processed measurement signal | |
AT508189B1 (en) | DEVICE AND METHOD FOR MEASURING A RELATIVE MOTION OF A TARGET | |
EP3297153B1 (en) | Method and device for determining a position of a rotor of an electronically commutated electrical machine | |
DE102013113073A1 (en) | Inductive probe and method for operating an inductive probe | |
EP3544173B1 (en) | Method and device for determining of a rotor position of a rotor in an electronically commutated electric machine | |
EP3549254B1 (en) | Device and method for determining the rotor position |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |