RU146835U1 - MAGNETIC FLOW COMPUTOR - Google Patents

MAGNETIC FLOW COMPUTOR Download PDF

Info

Publication number
RU146835U1
RU146835U1 RU2014124427/08U RU2014124427U RU146835U1 RU 146835 U1 RU146835 U1 RU 146835U1 RU 2014124427/08 U RU2014124427/08 U RU 2014124427/08U RU 2014124427 U RU2014124427 U RU 2014124427U RU 146835 U1 RU146835 U1 RU 146835U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
magnetic flux
calculator
adder
output
Prior art date
Application number
RU2014124427/08U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Николаевич Радченко
Илья Вадимович Зотов
Дмитрий Сергеевич Подкорытов
Владимир Анатольевич Чернышов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Эльмаш (УЭТМ)"
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Эльмаш (УЭТМ)" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Эльмаш (УЭТМ)"
Priority to RU2014124427/08U priority Critical patent/RU146835U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU146835U1 publication Critical patent/RU146835U1/en

Links

Images

Landscapes

  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Abstract

Вычислитель магнитного потока для радиального магнитного подшипника с шихтованным ротором, содержащий три входа: первый вход, предназначенный для приема сигнала с датчика положения ротора; второй вход, предназначенный для приема сигнала с датчика тока катушки электромагнита статора; третий вход, предназначенный для приема сигнала с датчика напряжения катушки электромагнита статора, а также выход, на котором формируется вычисленный сигнал магнитного потока, первый сумматор с двумя входами, второй сумматор с тремя входами, интегратор, при этом выход второго сумматора подключен к входу интегратора, отличающийся тем, что вычислитель магнитного потока снабжен инвертором, вычислителем заданной функции, дифференциальным фильтром, вход которого связан с первым входом вычислителя магнитного потока или является первым входом вычислителя магнитного потока для приема сигнала с датчика положения ротора, причем выход дифференциального фильтра подключен к входу вычислителя заданной функции, выход которого подключен к входу первого сумматора, имеющего коэффициент передачи k, где k- коэффициент усиления вычислителя магнитного потока, и входу второго сумматора, выполненного с коэффициентом передачи R в отношении сигнала, поступающего с выхода вычислителя заданной функции, где R - сопротивление катушки электромагнита, второй вход первого сумматора связан со вторым входом вычислителя магнитного потока или является вторым входом вычислителя магнитного потока для приема сигнала с датчика тока, выход первого сумматора подключен к входу второго сумматора, при этом второй сумматор выполнен инвертирующим, и его третий вA magnetic flux calculator for a radial magnetic bearing with a burnt rotor, comprising three inputs: a first input for receiving a signal from the rotor position sensor; a second input for receiving a signal from a current sensor of a stator electromagnet coil; the third input, intended for receiving a signal from the voltage sensor of the stator electromagnet coil, as well as the output on which the calculated magnetic flux signal is generated, the first adder with two inputs, the second adder with three inputs, an integrator, while the output of the second adder is connected to the integrator input, characterized in that the magnetic flux calculator is equipped with an inverter, a predetermined function calculator, a differential filter, the input of which is connected to the first input of the magnetic flux calculator or is the first input ohm of the magnetic flux calculator for receiving a signal from the rotor position sensor, and the differential filter output is connected to the input of the predetermined function calculator, the output of which is connected to the input of the first adder having the transfer coefficient k, where k is the gain of the magnetic flux calculator, and the input of the second adder, performed with the transmission coefficient R in relation to the signal coming from the output of the calculator of a given function, where R is the resistance of the electromagnet coil, the second input of the first adder is connected to the second th input magnetic flux calculator or calculator is the second input magnetic flux for receiving a signal from the current sensor, the first adder output is connected to the input of the second adder, the second adder configured inverting, and the third in

Description

Полезная модель относится к вычислительной технике, в которой вычислительные операции выполняются путем изменения электрических величин с использованием операционных усилителей, производящих операции сложения, умножения и интегрирования, и на выходе формируется сигнал магнитного потока, предназначенный для подачи, в частности, в систему управления радиальным магнитным подшипником с шихтованным ротором.The invention relates to computer technology, in which computing operations are performed by changing electrical quantities using operational amplifiers that perform addition, multiplication and integration, and a magnetic flux signal is generated at the output, which is intended, in particular, for supplying a radial magnetic bearing control system with a lined rotor.

Известен вычислитель магнитного потока с двумя операционными усилителями, выход которого подключен к входу пропорционально-интегрального регулятора системы управления, описанный в патенте на полезную модель «Электропривод с синхронным двигателем» (патент РФ №553948, H02P 5/34, опубликованном 05.04.77 г., бюл. 13). Вычислитель содержит два устройства поворота вектора, дифференциальные усилители, блоки умножения, суммирующий усилитель, регулируемый резистор, пороговый диод, регулируемый делитель напряжения, резисторы с величиной сопротивления R2d, R2g; R1g R1d, конденсаторы с емкостями Cd и Cg, устройство поворота вектора, выходы гармонических функций sinβ и cosβ, вход тока возбуждения обмотки ротора, входы для двухфазных истинных токов статора двигателя, входы гармонических функций sinβ и cosβ. При этом один из выходов упомянутого вычислителя формирует величину магнитного потока, который подается на вход регулятора магнитного потока электропривода с синхронным двигателем.A known magnetic flux calculator with two operational amplifiers, the output of which is connected to the input of the proportional-integral controller of the control system, is described in the patent for the utility model "Electric drive with a synchronous motor" (RF patent No. 553948, H02P 5/34, published 05.04.77, , bull. 13). The calculator contains two vector rotation devices, differential amplifiers, multiplication units, a summing amplifier, an adjustable resistor, a threshold diode, an adjustable voltage divider, resistors with a resistance value of R2d, R2g; R1g R1d, capacitors with capacitances Cd and Cg, vector rotation device, harmonic function outputs sinβ and cosβ, rotor winding excitation current input, inputs for two-phase true stator currents of the motor, harmonic function inputs sinβ and cosβ. In this case, one of the outputs of the aforementioned calculator generates the magnitude of the magnetic flux, which is fed to the input of the magnetic flux regulator of an electric drive with a synchronous motor.

Недостатком указанного вычислителя магнитного потока является невозможность его применения для вычисления магнитного потока в магнитных подшипниках с ротором, отклоняющимся от своего центрального положения, в частности, в радиальных магнитных подшипниках с шихтованным ротором.The disadvantage of this magnetic flux calculator is the impossibility of its application for calculating the magnetic flux in magnetic bearings with a rotor deviating from its central position, in particular in radial magnetic bearings with a lined rotor.

Известно устройство для коррекции смещения магнитного потока для вращающейся электрической машины, описанное в заявке RU 2011138033 (заявка RU №2011138033, 15.09.2011, конвенционный приоритет 16.09.2010 EP 10176976.8, H02P 21/00, опубликованная 20.03.2013, бюл. №8). Для выполнения способа заявлено устройство, которое содержит программный элемент для расчета магнитного потока во вращающейся электрической машине. Данный элемент рассчитывает магнитный поток.A device for correcting the displacement of the magnetic flux for a rotating electric machine is described in the application RU 2011138033 (application RU No. 2011118033, 09/15/2011, convention priority 16.09.2010 EP 10176976.8, H02P 21/00, published on 03.20.2013, bull. No. 8) . To perform the method, a device is claimed that contains a program element for calculating a magnetic flux in a rotating electric machine. This element calculates the magnetic flux.

Недостатком данного элемента является его программная реализация на контроллере и, как следствие, необходимость применения программного обеспечения и наличия компьютерного оборудования.The disadvantage of this element is its software implementation on the controller and, as a consequence, the need to use software and the availability of computer equipment.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа заявленной полезной модели, является наблюдатель (вычислитель) магнитного потока, математическая модель которого с учетом влияния полей рассеяния и ее структура приведены в статье «Управление электромагнитными подшипниками с обратной связью по магнитному потоку» (Верещагин В.П., Клабуков В.А., Рогоза А.В. Управление электромагнитными подшипниками с обратной связью по магнитному потоку // Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. - М. Т-131. №6. 2012, с. 3-4, рис. 4).The closest analogue selected as a prototype of the claimed utility model is an observer (calculator) of magnetic flux, the mathematical model of which, taking into account the influence of scattering fields and its structure, is given in the article “Control of electromagnetic bearings with magnetic flux feedback” (V. Vereshchagin ., Klabukov V.A., Rogoza A.V. Control of electromagnetic bearings with magnetic flux feedback // Problems of Electromechanics. Proceedings of VNIIEM. - M. T-131. No. 6. 2012, p. 3-4, fig. four).

Указанный наблюдатель (вычислитель) магнитного потока может быть применен для радиального магнитного подшипника с шихтованным ротором и в соответствии со схемой, приведенной в указанной статье, содержит три входа для приема входных сигналов: с датчиков тока (I) и напряжения (U) электромагнита статора; с датчика положения ротора (y), а также содержит выход, на котором формируется вычисленный сигнал магнитного потока, при этом на каждом из входов установлен усилитель с соответствующим коэффициентом: 1/Im0, 1/Um0 и 1/a, переводящий абсолютные значения входных сигналов (I), (U) и (y) в соответствующие относительные (I′), (U′) и (y′). Кроме того, наблюдатель (вычислитель) магнитного потока содержит первый сумматор с двумя входами, на входы которого поступают сигналы I′ и

Figure 00000003
, а на выходе формируется сигнал
Figure 00000004
, второй сумматор с тремя входами, на входы которого поступают сигналы с усилителей с коэффициентами передачи 1/L0, R/L0 и Um0/ψm, интегратор, умножитель входных сигналов, третий сумматор с двумя входами, на входы которого поступают сигналы
Figure 00000005
и
Figure 00000006
, а на выходе формируется сигнал
Figure 00000007
, усилитель, переводящий относительное значение сигнала магнитного потока в абсолютное, с коэффициентом передачи у/т определенным по формуле:The indicated observer (calculator) of the magnetic flux can be used for a radial magnetic bearing with a lined rotor and, in accordance with the circuit shown in this article, contains three inputs for receiving input signals: from current sensors (I) and voltage (U) of the stator electromagnet; from the rotor position sensor (y), and also contains an output on which the calculated magnetic flux signal is generated, and at each of the inputs an amplifier is installed with the corresponding coefficient: 1 / Im 0 , 1 / U m0 and 1 / a , which translates the absolute values input signals (I), (U) and (y) to the corresponding relative (I ′), (U ′) and (y ′). In addition, the observer (transmitter) of the magnetic flux contains a first adder with two inputs, the inputs of which receive signals I ′ and
Figure 00000003
, and a signal is generated at the output
Figure 00000004
, a second adder with three inputs, to the inputs of which there are signals from amplifiers with transmission coefficients 1 / L 0 , R / L 0 and U m0 / ψ m , an integrator, an input signal multiplier, a third adder with two inputs, to the inputs of which signals
Figure 00000005
and
Figure 00000006
, and a signal is generated at the output
Figure 00000007
, an amplifier that converts the relative value of the magnetic flux signal to absolute, with the transmission coefficient y / t determined by the formula:

Figure 00000008
,
Figure 00000008
,

где: a - зазор между статором и ротором при центральном положении ротора;where: a is the gap between the stator and the rotor with the central position of the rotor;

L0 - индуктивность электромагнита статора при центральном положении ротора;L 0 - inductance of the stator electromagnet at the central position of the rotor;

Fm - максимальное тяговое усилие электромагнита статора.F m - the maximum traction force of the stator electromagnet.

Вход первого сумматора соединен с выходом усилителя, переводящего абсолютное значение входного сигнала с датчика тока (I) в относительное (I′) второй вход первого сумматора подключен к выходу третьего сумматора с двумя входами, выход первого сумматора через последовательно соединенные усилители с коэффициентами передачи kobs и 1/L0 связан с входом второго сумматора с тремя входами; третий вход второго сумматора подключен к выходу усилителя с коэффициентом передачи Um0/ψm, вход которого подключен к выходу усилителя с коэффициентом передачи 1/Um0, переводящего абсолютное значение входного сигнала с датчика напряжения (U) в относительное (U′). Выход третьего сумматора с двумя входами связан через звено обнуления ошибки интегратора с передаточной функцией (T1s+1)/(τs+1) и усилитель с коэффициентом передачи R/L0 со вторым входом сумматора, при этом поступивший на второй вход сумматора сигнал умножается на коэффициент -1. Выход усилителя с коэффициентом 1/a, переводящего абсолютное значение поступившего на вход наблюдателя (вычислителя) сигнала с датчика положения ротора (y) в относительное (y′), подключен к входу умножителя входных сигналов, выход которого подключен к отрицательному входу третьего сумматора с двумя входами. Выход второго сумматора с тремя входами подключен к интегратору, на выходе которого формируется сигнал относительного значения магнитного потока

Figure 00000009
, подаваемый на вход третьего сумматора с двумя входами, на вход умножителя входных сигналов и на вход усилителя с коэффициентом передачи ψm, переводящим относительное значение сигнала магнитного потока
Figure 00000010
в абсолютное ψobs. На выходе усилителя с коэффициентом передачи ψm формируется вычисленный выходной сигнал наблюдателя (вычислителя) магнитного потока.The input of the first adder is connected to the output of the amplifier, which translates the absolute value of the input signal from the current sensor (I) into relative (I ′), the second input of the first adder is connected to the output of the third adder with two inputs, the output of the first adder through series-connected amplifiers with transmission coefficients k obs and 1 / L 0 is connected to the input of the second adder with three inputs; the third input of the second adder is connected to the output of the amplifier with a transmission coefficient U m0 / ψ m , the input of which is connected to the output of an amplifier with a transmission coefficient 1 / U m0 , which translates the absolute value of the input signal from the voltage sensor (U) to relative (U ′). The output of the third adder with two inputs is connected via the integrator error reset link with the transfer function (T 1 s + 1) / (τs + 1) and an amplifier with a transmission coefficient R / L 0 with the second adder input, while the signal received at the second adder input multiplied by a factor of -1. The output of the amplifier with a factor of 1 / a , which translates the absolute value of the signal received from the rotor position sensor (y) to the relative (y ′) received at the input of the observer (calculator), is connected to the input of the input signal multiplier, the output of which is connected to the negative input of the third adder with two entrances. The output of the second adder with three inputs is connected to an integrator, the output of which is the signal of the relative value of the magnetic flux
Figure 00000009
supplied to the input of the third adder with two inputs, to the input of the multiplier of the input signals and to the input of the amplifier with a transmission coefficient ψ m that translates the relative value of the magnetic flux signal
Figure 00000010
in absolute ψ obs . At the amplifier output with a transmission coefficient ψ m , the calculated output signal of the observer (computer) of the magnetic flux is generated.

Недостатками такого вычислителя магнитного потока для радиального магнитного подшипника с шихтованным ротором является сложная структурная схема, содержащая блок обнуления ошибки интегратора и множество усилителей, требующая реализации вычислителя на контроллере и, как следствие, применение программного обеспечения и наличия компьютерного оборудования.The disadvantages of such a magnetic flux calculator for a radial magnetic bearing with a lined rotor are a complex block diagram containing an integrator error clearing unit and many amplifiers, requiring the implementation of the calculator on the controller and, as a result, the use of software and the availability of computer equipment.

Задача, на которую направлена полезная модель, является снижение стоимости изготовления вычислителя магнитного потока путем аппаратной реализации устройства.The task to which the utility model is directed is to reduce the cost of manufacturing a magnetic flux computer by hardware implementation of the device.

Техническим результатом заявленной полезной модели является аппаратная реализация вычислителя магнитного потока для радиального магнитного подшипника с шихтованным ротором в виде набора стандартных общеизвестных устройств при сохранении на выходе сигнала с высокой степенью точности за счет упрощения схемы вычислителя путем исключения блока обнуления ошибки интегратора и элементов, переводящих абсолютные значения входных сигналов в относительные, а также за счет введения новых элементов и связей.The technical result of the claimed utility model is a hardware implementation of a magnetic flux calculator for a radial magnetic bearing with a rotor in the form of a set of standard well-known devices while maintaining the signal output with a high degree of accuracy due to the simplification of the calculator circuit by eliminating the integrator error reset block and elements that translate absolute values input signals in relative, as well as through the introduction of new elements and relationships.

Технический результат полезной модели достигается тем, что в вычислителе магнитного потока для радиального магнитного подшипника с шихтованным ротором, содержащем три входа: первый вход, предназначенный для приема сигнала с датчика положения ротора; второй вход, предназначенный для приема сигнала с датчика тока катушки электромагнита статора; третий вход, предназначенный для приема сигнала с датчика напряжения катушки электромагнита статора, а также выход, на котором формируется вычисленный сигнал магнитного потока, первый сумматор с двумя входами, второй сумматор с тремя входами, интегратор, при этом выход второго сумматора подключен к входу интегратора, согласно полезной модели, вычислитель магнитного потока снабжен инвертором, вычислителем заданной функции, дифференциальным фильтром, вход которого связан с первым входом вычислителя магнитного потока или является первым входом вычислителя магнитного потока для приема сигнала с датчика положения ротора, причем выход дифференциального фильтра подключен к входу вычислителя заданной функции, выход которого подключен к входу первого сумматора, имеющего коэффициент передачи kobs, где kobs - коэффициент усиления вычислителя магнитного потока, и входу второго сумматора, выполненного с коэффициентом передачи R в отношении сигнала, поступающего с выхода вычислителя заданной функции, где R - сопротивление катушки электромагнита, второй вход первого сумматора связан со вторым входом вычислителя магнитного потока или является вторым входом вычислителя магнитного потока для приема сигнала с датчика тока, выход первого сумматора подключен к входу второго сумматора, при этом второй сумматор выполнен инвертирующим и его третий вход связан с третьим входом вычислителя магнитного потока или является третьим входом вычислителя магнитного потока для приема сигнала с датчика напряжения, причем интегратор выполнен с коэффициентом трансформации - ψm, выход интегратора, предназначенный для формирования вычисленного сигнала магнитного потока, связан с выходом вычислителя магнитного потока или является выходом вычислителя магнитного потока, при этом к выходу интегратора подключен вход инвертора, выход которого подключен к входу вычислителя заданной функции, реализующего функцию

Figure 00000011
, гдеThe technical result of the utility model is achieved by the fact that in the magnetic flux calculator for a radial magnetic bearing with a lined rotor containing three inputs: the first input, designed to receive a signal from the rotor position sensor; a second input for receiving a signal from a current sensor of a stator electromagnet coil; the third input, intended for receiving a signal from the voltage sensor of the stator electromagnet coil, as well as the output on which the calculated magnetic flux signal is generated, the first adder with two inputs, the second adder with three inputs, an integrator, while the output of the second adder is connected to the integrator input, according to a utility model, the magnetic flux calculator is equipped with an inverter, a predetermined function calculator, a differential filter, the input of which is connected to the first input of the magnetic flux calculator or is the first the input of the magnetic flux calculator for receiving a signal from the rotor position sensor, and the differential filter output is connected to the input of the predetermined function calculator, the output of which is connected to the input of the first adder having the transmission coefficient k obs , where k obs is the gain of the magnetic flux calculator, and the input of the second the adder, made with the transfer coefficient R in relation to the signal coming from the output of the calculator of the given function, where R is the resistance of the electromagnet coil, the second input of the first adder connection n with the second input of the magnetic flux calculator or is the second input of the magnetic flux calculator for receiving a signal from the current sensor, the output of the first adder is connected to the input of the second adder, while the second adder is inverting and its third input is connected to the third input of the magnetic flux calculator or is the third input calculator for receiving the magnetic flux from the voltage sensor signal, wherein the integrator is adapted transformation ratio - ψ m, the integrator output for generating a numerical magnetic flux signal associated with the output of the calculator or the magnetic flux is the magnetic flux output of the calculator, the output of the integrator is connected to the input of the inverter, whose output is connected to the input of calculating a predetermined function that implements the function
Figure 00000011
where

y - отклонение ротора от центрального положения;y is the deviation of the rotor from its central position;

a - зазор между статором и ротором при центральном положении ротора; a - the gap between the stator and the rotor with the central position of the rotor;

ψobs - магнитный поток электромагнита, вычисленный вычислителем магнитного потока;ψ obs is the magnetic flux of the electromagnet calculated by the magnetic flux calculator;

L0 - индуктивность катушки электромагнита статора при центральном положении ротора.L 0 - inductance of the stator electromagnet coil at the central position of the rotor.

Снабжение вычислителя магнитного потока инвертором и вычислителем заданной функции и исключение звена обнуления ошибки интегратора позволило заменить ряд элементов, требующих программного обеспечения, на элементы, реализованные аппаратно в виде общеизвестных микросхем, резисторов, конденсаторов, что значительно упростило аппаратную реализацию при сохранении качества сигнала.The supply of the magnetic flux calculator with the inverter and the calculator of the given function and the elimination of the integrator error reset link made it possible to replace a number of elements requiring software with elements implemented in hardware in the form of well-known microcircuits, resistors, capacitors, which greatly simplified the hardware implementation while maintaining the signal quality.

Наличие дифференциального фильтра, вход которого связан с входом вычислителя магнитного потока или является первым входом вычислителя магнитного потока для приема сигнала с датчика положения ротора, и подключение выхода дифференциального фильтра к входу вычислителя заданной функции позволило получить на входе в вычислитель заданной функции чистый сигнал, исключив помехи, наведенные в сигнале, поступившем с датчика положения ротора, вследствие наличия протяженных связей между вычислителем магнитного потока, предназначенным для установки в шкафу управления подшипником, и датчиком положения ротора, устанавливаемым вблизи ротора.The presence of a differential filter, the input of which is connected to the input of the magnetic flux calculator or is the first input of the magnetic flux calculator for receiving a signal from the rotor position sensor, and connecting the differential filter output to the input of the calculator of a given function made it possible to obtain a clean signal at the input of the calculator of a given function, eliminating interference induced in the signal received from the rotor position sensor due to the presence of extended connections between the magnetic flux calculator intended for installation new to the bearing control cabinet and rotor position sensor mounted near the rotor.

Кроме того, снабжение вычислителя магнитного потока вычислителем, реализующим функцию

Figure 00000011
, и подключение его выхода к входу первого сумматора и входу второго сумматора, выполненного с коэффициентом передачи R в отношении сигнала, поступающего с выхода вычислителя заданной функции, позволило подключить напрямую выход первого сумматора к входу второго сумматора, тем самым исключить дополнительные элементы.In addition, the supply of the magnetic flux computer with a computer that implements the function
Figure 00000011
, and the connection of its output to the input of the first adder and the input of the second adder, made with a transfer coefficient R with respect to the signal coming from the output of the calculator of a given function, made it possible to directly connect the output of the first adder to the input of the second adder, thereby eliminating additional elements.

Выполнение второго сумматора инвертирующим, третий вход которого связан с третьим входом вычислителя магнитного потока или является третьим входом вычислителя магнитного потока для приема сигнала с датчика напряжения, упростило выполнение реализации операции суммирования и позволило произвести аппаратную реализацию вычислителя магнитного потока.The execution of the second adder is inverting, the third input of which is connected to the third input of the magnetic flux calculator or is the third input of the magnetic flux calculator for receiving a signal from the voltage sensor, simplified the implementation of the summation operation and allowed the hardware implementation of the magnetic flux calculator to be implemented.

Выполнение интегратора с коэффициентом трансформации -ψm, позволило упростить (сделать более доступной) аппаратную реализацию операции интегрирования, связать выход интегратора с выходом вычислителя магнитного потока или выполнить в виде выхода вычислителя магнитного потока без включения дополнительного усилителя с коэффициентом ψm.The implementation of an integrator with a transformation coefficient of -ψ m allowed us to simplify (make more accessible) the hardware implementation of the integration operation, to connect the output of the integrator with the output of a magnetic flux calculator, or to execute it as an output of a magnetic flux calculator without turning on an additional amplifier with a coefficient ψ m .

Снабжение вычислителя магнитного потока инвертором, вход которого подключен к выходу интегратора, а выход инвертора подключен к входу вычислителя функции, позволило упростить выполнение операций, выполняемых вычислителем заданной функции, таким образом, что их стало возможно выполнить аппаратно.The supply of the magnetic flux calculator with an inverter, the input of which is connected to the integrator output, and the inverter output is connected to the input of the function calculator, made it possible to simplify the operations performed by the calculator of a given function, so that it became possible to perform them in hardware.

Система уравнений, которая используется для вычисления магнитного потока, имеет вид:The system of equations that is used to calculate the magnetic flux has the form:

Figure 00000012
Figure 00000012

гдеWhere

Figure 00000013
- скорость магнитного потока электромагнита статора, полученная вычислителем магнитного потока;
Figure 00000013
- the speed of the magnetic flux of the stator electromagnet obtained by the magnetic flux calculator;

U - напряжение на электромагните;U is the voltage on the electromagnet;

R - сопротивление катушки электромагнита;R is the resistance of the coil of the electromagnet;

Iobs - ток, протекающий в электромагните, полученный вычислителем магнитного потока;I obs is the current flowing in the electromagnet obtained by the magnetic flux calculator;

Figure 00000014
- скорость тока, протекающего в электромагните, полученная вычислителем магнитного потока;
Figure 00000014
- the speed of the current flowing in the electromagnet obtained by the magnetic flux calculator;

L1 - индуктивность рассеяния электромагнита;L 1 is the scattering inductance of the electromagnet;

kobs - коэффициент усиления вычислителя магнитного потока;k obs is the gain of the magnetic flux calculator;

I - ток, протекающий в электромагните, полученный датчиком тока;I is the current flowing in the electromagnet received by the current sensor;

ψpbs - магнитный поток электромагнита, вычисленный вычислителем магнитного потока;ψ pbs is the magnetic flux of the electromagnet calculated by the magnetic flux calculator;

L0 - индуктивность электромагнита при центральном положении ротора магнитного подшипника;L 0 is the inductance of the electromagnet at the central position of the rotor of the magnetic bearing;

y - отклонение ротора от центрального положения;y is the deviation of the rotor from its central position;

a - зазор между статором и ротором при центральном положении ротора. a - the gap between the stator and the rotor with the central position of the rotor.

Вследствие того, что поля рассеяния при использовании шихтованного ротора малы, и индуктивностью рассеяния можно пренебречь, то с целью упрощения аппаратной реализации система дифференциальных уравнений имеет вид:Due to the fact that the scattering fields when using a charged rotor are small, and the scattering inductance can be neglected, in order to simplify the hardware implementation, the system of differential equations has the form:

Figure 00000015
Figure 00000015

Выражая Iobs из второго уравнения системы (2) имеем:Expressing I obs from the second equation of system (2) we have:

Figure 00000016
Figure 00000016

Подставляя в первое уравнение системы (2) вместо Iobs правую часть формулы (3) получаем формулу:Substituting the right side of formula (3) instead of I obs in the first equation of system (2), we obtain the formula:

Figure 00000017
Figure 00000017

После интегрирования формулы (4) получаем уравнение вычислителя магнитного потока:After integrating formula (4), we obtain the equation of the magnetic flux calculator:

Figure 00000018
Figure 00000018

Заявленная полезная модель вычислителя магнитного потока для радиального магнитного подшипника с шихтованным ротором позволяет реализовать уравнение (5) аппаратно.The claimed utility model of a magnetic flux calculator for a radial magnetic bearing with a rotor in charge allows the implementation of equation (5) in hardware.

На фигуре представлена функциональная схема вычислителя магнитного потока для радиального магнитного подшипника с шихтованным ротором.The figure shows a functional diagram of a magnetic flux calculator for a radial magnetic bearing with a lined rotor.

Вычислитель магнитного потока для радиального магнитного подшипника с шихтованным ротором включает три входа: вход 1, предназначенный для приема сигнала с датчика положения ротора (на схеме не показан); вход 2, предназначенный для приема сигнала с датчика тока электромагнита статора (на схеме не показаны); вход 3, предназначенный для приема сигнала с датчика напряжения электромагнита (на схеме не показан), а также выход 4, на котором формируется сигнал магнитного потока, дифференциальный фильтр 5, вычислитель 6 заданной функции, первый сумматор 7 с двумя входами, имеющий коэффициент передачи kobs, второй инвертирующий сумматор 8 с тремя входами, инвертирующий интегратор 9 с коэффициентом трансформации -ψm, инвертор 10.The magnetic flux calculator for a radial magnetic bearing with a charged rotor includes three inputs: input 1, intended for receiving a signal from the rotor position sensor (not shown in the diagram); input 2, intended for receiving a signal from a current sensor of a stator electromagnet (not shown in the diagram); input 3, intended for receiving a signal from an electromagnet voltage sensor (not shown in the diagram), as well as output 4, on which a magnetic flux signal is generated, a differential filter 5, a calculator 6 of a given function, a first adder 7 with two inputs, having a transmission coefficient k obs , the second inverting adder 8 with three inputs, the inverting integrator 9 with the transformation coefficient -ψ m , the inverter 10.

Вычислитель магнитного потока может быть выполнен с входами 1, 2, 3, которые являются соответственно входом дифференциального фильтра 5, входом первого сумматора 7, входом второго сумматора 8. Выход 4 в этом случае является выходом интегратора 9.The magnetic flux calculator can be made with inputs 1, 2, 3, which are respectively the input of the differential filter 5, the input of the first adder 7, the input of the second adder 8. Output 4 in this case is the output of the integrator 9.

Вычислитель 6 заданной функции реализует функцию

Figure 00000011
, гдеThe calculator 6 of the given function implements the function
Figure 00000011
where

y - отклонение ротора от центрального положения;y is the deviation of the rotor from its central position;

a - зазор между статором и ротором при центральном положении ротора; a - the gap between the stator and the rotor with the central position of the rotor;

ψobs - магнитный поток электромагнита, вычисленный вычислителем магнитного потока;ψ obs is the magnetic flux of the electromagnet calculated by the magnetic flux calculator;

L0 - индуктивность катушки электромагнита статора при центральном положении ротора.L 0 - inductance of the stator electromagnet coil at the central position of the rotor.

Второй сумматор 8 с тремя входами выполнен инвертирующим с коэффициентом передачи R, в отношении сигнала, поступающего с выхода вычислителя 6 заданной функции.The second adder 8 with three inputs is made inverting with the transfer coefficient R, in relation to the signal coming from the output of the calculator 6 of a given function.

Вход дифференциального фильтра 5 связан с входом 1 вычислителя магнитного потока или является входом 1 вычислителя магнитного потока для приема сигнала y/a с датчика положения ротора. Выход дифференциального фильтра 5 подключен к входу вычислителя 6 заданной функции. Выход вычислителя 6 заданной функции подключен к входу первого сумматора 7 и входу второго сумматора 8.The input of the differential filter 5 is connected to the input 1 of the magnetic flux calculator or is the input 1 of the magnetic flux calculator for receiving the y / a signal from the rotor position sensor. The output of the differential filter 5 is connected to the input of the calculator 6 of a given function. The output of the calculator 6 of a given function is connected to the input of the first adder 7 and the input of the second adder 8.

Второй вход первого сумматора 7 связан с входом 2 вычислителя магнитного потока или является входом 2 вычислителя магнитного потока для приема сигнала (I′) с датчика тока. Выход первого сумматора 7 подключен к входу второго инвертирующего сумматора 8 с тремя входами, выход которого подключен к входу инвертирующего интегратора 9.The second input of the first adder 7 is connected to the input 2 of the magnetic flux calculator or is the input 2 of the magnetic flux calculator for receiving a signal (I ′) from the current sensor. The output of the first adder 7 is connected to the input of the second inverting adder 8 with three inputs, the output of which is connected to the input of the inverting integrator 9.

Третий вход второго сумматора 8 связан с входом 3 вычислителя магнитного потока или является входом 3 вычислителя магнитного потока для приема сигнала (U) с датчика напряжения.The third input of the second adder 8 is connected to the input 3 of the magnetic flux calculator or is the input 3 of the magnetic flux calculator for receiving a signal (U) from the voltage sensor.

Выход интегратора 9 связан с выходом 4 вычислителя магнитного потока или является выходом 4 вычислителя магнитного потока, при этом к выходу интегратора 9 подключен вход инвертора 10, выход которого подключен к входу вычислителя 6 заданной функции.The output of the integrator 9 is connected to the output 4 of the magnetic flux calculator or is the output 4 of the magnetic flux calculator, while the input of the inverter 10 is connected to the output of the integrator 9, the output of which is connected to the input of the calculator 6 of a given function.

Дифференциальный фильтр 5, может быть реализован на базе микросхемы AD620ARZ.Differential filter 5, can be implemented on the basis of the AD620ARZ chip.

Вычислитель 6 заданной функции может быть реализован на базе микросхемы MPU634KU.The calculator 6 of a given function can be implemented on the basis of the MPU634KU chip.

Первый сумматор 7, второй сумматор 8, интегратор 9 и инвертор 10 могут быть реализованы на базе микросхемы AD822ARZ. Для установки необходимых операций (сложения, интегрирования) используются общеизвестные схемы обвязки операционных усилителей. Коэффициенты (R, L0, kobs, ψm) в этих операциях устанавливаются с помощью резисторов и конденсаторов.The first adder 7, the second adder 8, the integrator 9 and the inverter 10 can be implemented on the basis of the chip AD822ARZ. To establish the necessary operations (addition, integration), well-known schemes for tying operational amplifiers are used. The coefficients (R, L 0 , k obs , ψ m ) in these operations are set using resistors and capacitors.

Вычислитель магнитного потока для радиального магнитного подшипника с шихтованным ротором работает следующим образом.The magnetic flux calculator for a radial magnetic bearing with a charge rotor operates as follows.

С датчика положения ротора на вход 1, который является входом дифференциального фильтра 5, поступает относительный сигнал положения ротора y/a. На дифференциальном фильтре 5 помехи, наведенные в сигнале y/a вследствие протяженности связей, удаляются, и сигнал у/a поступает на вход вычислителя 6. Также на вход вычислителя 6 поступает отрицательный сигнал магнитного потока -ψobs с инвертора 10. На вычислителе 6 производится функция

Figure 00000019
и формируется соответствующий сигнал, который поступает на вход первого сумматора 7 и вход второго инвертирующего сумматора 8.From the rotor position sensor, input 1, which is the input of the differential filter 5, receives the relative rotor position signal y / a . On the differential filter 5, the interference induced in the signal y / a due to the length of the connections is removed, and the signal y / a is fed to the input of the calculator 6. Also, the negative signal of the magnetic flux -ψ obs from the inverter 10 is received at the input of the calculator 6. function
Figure 00000019
and the corresponding signal is generated, which is fed to the input of the first adder 7 and the input of the second inverting adder 8.

При этом на второй вход первого сумматора 7, имеющего коэффициент передачи kobs, с входа 2 вычислителя магнитного потока поступает сигнал (I′) с датчика тока электромагнита статора. На первом сумматоре 2 реализуется функция

Figure 00000020
и на выходе формируется соответствующий ей сигнал, который поступает на второй вход второго сумматора 8.In this case, the second input of the first adder 7 having a transmission coefficient k obs receives a signal (I ′) from the input of the stator electromagnet current sensor from input 2 of the magnetic flux calculator. The first adder 2 implements the function
Figure 00000020
and the corresponding signal is generated at the output, which is fed to the second input of the second adder 8.

На третий вход второго сумматора 8 с входа 3 вычислителя магнитного потока поступает сигнал (U) с датчика напряжения электромагнита. Так как второй сумматор 8 с тремя входами выполнен инвертирующим и с коэффициентом передачи R в отношении сигнала, поступающего с выхода вычислителя 6 заданной функции, то на сумматоре 8 реализуется функция:The third input of the second adder 8 from the input 3 of the magnetic flux calculator receives a signal (U) from the voltage sensor of the electromagnet. Since the second adder 8 with three inputs is made inverting and with a transfer coefficient R in relation to the signal coming from the output of the calculator 6 of a given function, the adder 8 implements the function:

Figure 00000021
Figure 00000021

и формируется соответствующий ей сигнал, который поступает на вход инвертирующего интегратора 9 с коэффициентом трансформации -ψm.and the corresponding signal is generated, which is fed to the input of the inverting integrator 9 with the transformation coefficient -ψ m .

На интеграторе 9 вычисляется сигнал магнитного потока, соответствующий формуле 5, который поступает на выход 4 вычислителя магнитного потока и на вход инвертора 10.On the integrator 9, the magnetic flux signal corresponding to formula 5 is calculated, which is fed to the output 4 of the magnetic flux calculator and to the input of the inverter 10.

Выполнение вычислителя магнитного потока с тремя входами 1, 2, 3, где вход 1 связан с входом дифференциального фильтра 5, вход 2 - с входом первого сумматора 7, вход 3 - с входом второго сумматора 8, а выход 4 связан с выходом интегратора 9 применяется в случае, если предполагается возможность замены вычислителя магнитного потока в процессе эксплуатации. В случае установки вычислителя магнитного потока без последующей его замены возможно выполнение вычислителя магнитного потока, где вход 1 является входом дифференциального фильтра 5, ход 2 - входом первого сумматора, вход 3 - входом второго сумматора, выход 4 - выходом интегратора 9. При этом в том и другом случае указанные признаки в совокупности с другими заявленными существенными признаками вычислителя магнитного потока обеспечивают аппаратную реализацию вычислителя.The implementation of the magnetic flux calculator with three inputs 1, 2, 3, where input 1 is connected to the input of the differential filter 5, input 2 is connected to the input of the first adder 7, input 3 is connected to the input of the second adder 8, and output 4 is connected to the output of the integrator 9 in case it is assumed that the magnetic flux computer can be replaced during operation. In the case of installing a magnetic flux calculator without its subsequent replacement, it is possible to perform a magnetic flux calculator, where input 1 is the input of the differential filter 5, stroke 2 is the input of the first adder, input 3 is the input of the second adder, output 4 is the output of the integrator 9. Moreover, and another case, these features in combination with other claimed essential features of the magnetic flux calculator provide hardware implementation of the calculator.

Таким образом, предложенная полезная модель позволяет обеспечить аппаратную реализацию вычислителя магнитного потока для радиального магнитного подшипника с шихтованным ротором в виде набора стандартных общеизвестных устройств при сохранении на выходе сигнала с высокой степенью точности, что приводит к снижению стоимости его изготовления.Thus, the proposed utility model allows the hardware implementation of a magnetic flux calculator for a radial magnetic bearing with a rotor in the form of a set of standard well-known devices while maintaining the signal with a high degree of accuracy, which reduces the cost of its manufacture.

Claims (1)

Вычислитель магнитного потока для радиального магнитного подшипника с шихтованным ротором, содержащий три входа: первый вход, предназначенный для приема сигнала с датчика положения ротора; второй вход, предназначенный для приема сигнала с датчика тока катушки электромагнита статора; третий вход, предназначенный для приема сигнала с датчика напряжения катушки электромагнита статора, а также выход, на котором формируется вычисленный сигнал магнитного потока, первый сумматор с двумя входами, второй сумматор с тремя входами, интегратор, при этом выход второго сумматора подключен к входу интегратора, отличающийся тем, что вычислитель магнитного потока снабжен инвертором, вычислителем заданной функции, дифференциальным фильтром, вход которого связан с первым входом вычислителя магнитного потока или является первым входом вычислителя магнитного потока для приема сигнала с датчика положения ротора, причем выход дифференциального фильтра подключен к входу вычислителя заданной функции, выход которого подключен к входу первого сумматора, имеющего коэффициент передачи kobs, где kobs - коэффициент усиления вычислителя магнитного потока, и входу второго сумматора, выполненного с коэффициентом передачи R в отношении сигнала, поступающего с выхода вычислителя заданной функции, где R - сопротивление катушки электромагнита, второй вход первого сумматора связан со вторым входом вычислителя магнитного потока или является вторым входом вычислителя магнитного потока для приема сигнала с датчика тока, выход первого сумматора подключен к входу второго сумматора, при этом второй сумматор выполнен инвертирующим, и его третий вход связан с третьим входом вычислителя магнитного потока или является третьим входом вычислителя магнитного потока для приема сигнала с датчика напряжения, причем интегратор выполнен с коэффициентом трансформации -ψm выход интегратора, предназначенный для формирования вычисленного сигнала магнитного потока, связан с выходом вычислителя магнитного потока или является выходом вычислителя магнитного потока, при этом к выходу интегратора подключен вход инвертора, выход которого подключен к входу вычислителя заданной функции, реализующего функцию ( y a − 1 ) ψ o b s L 0 ,
Figure 00000001
 гдеA magnetic flux calculator for a radial magnetic bearing with a burnt rotor, comprising three inputs: a first input for receiving a signal from the rotor position sensor; a second input for receiving a signal from a current sensor of a stator electromagnet coil; the third input, intended for receiving a signal from the voltage sensor of the stator electromagnet coil, as well as the output on which the calculated magnetic flux signal is generated, the first adder with two inputs, the second adder with three inputs, an integrator, while the output of the second adder is connected to the integrator input, characterized in that the magnetic flux calculator is equipped with an inverter, a predetermined function calculator, a differential filter, the input of which is connected to the first input of the magnetic flux calculator or is the first input th calculating magnetic flux for receiving a signal from a rotor position sensor, wherein the differential filter output is connected to the input of calculating a predetermined function whose output is connected to the input of the first adder having k obs transfer coefficient, where k obs - gain calculating magnetic flux and the input of the second the adder, made with the transfer coefficient R in relation to the signal coming from the output of the calculator of the given function, where R is the resistance of the electromagnet coil, the second input of the first adder is connected to the second input of the magnetic flux calculator is either the second input of the magnetic flux calculator for receiving a signal from the current sensor, the output of the first adder is connected to the input of the second adder, while the second adder is inverting, and its third input is connected to the third input of the magnetic flux calculator or is the third input calculating magnetic flux for receiving a signal from the voltage sensor, wherein the integrator is adapted transformation ratio -ψ m integrator output for generating calculates nnogo signal magnetic flux associated with the output of the calculator or the magnetic flux is the magnetic flux output of the calculator, the output of the integrator is connected to the input of the inverter, whose output is connected to the input of calculating a predetermined function that implements the function ( y a - one ) ψ o b s L 0 ,
Figure 00000001
 Where у - отклонение ротора от центрального положения;y is the deviation of the rotor from a central position; a - зазор между статором и ротором при центральном положении ротора;a - the gap between the stator and the rotor with the central position of the rotor; ψobs - магнитный поток электромагнита, вычисленный вычислителем магнитного потока;ψ obs is the magnetic flux of the electromagnet calculated by the magnetic flux calculator; L0 - индуктивность катушки электромагнита статора при центральном положении ротора.
Figure 00000002
L 0 - inductance of the stator electromagnet coil at the central position of the rotor.
Figure 00000002
RU2014124427/08U 2014-06-16 2014-06-16 MAGNETIC FLOW COMPUTOR RU146835U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014124427/08U RU146835U1 (en) 2014-06-16 2014-06-16 MAGNETIC FLOW COMPUTOR

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014124427/08U RU146835U1 (en) 2014-06-16 2014-06-16 MAGNETIC FLOW COMPUTOR

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU146835U1 true RU146835U1 (en) 2014-10-20

Family

ID=53384001

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014124427/08U RU146835U1 (en) 2014-06-16 2014-06-16 MAGNETIC FLOW COMPUTOR

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU146835U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU181861U1 (en) * 2017-12-05 2018-07-26 Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Космические системы мониторинга, информационно-управляющие и электромеханические комплексы" имени А.Г. Иосифьяна" (АО "Корпорация "ВНИИЭМ") UNIVERSAL MAGNETIC FLOW COMPUTER OF ELECTROMAGNETIC BEARING

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU181861U1 (en) * 2017-12-05 2018-07-26 Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Космические системы мониторинга, информационно-управляющие и электромеханические комплексы" имени А.Г. Иосифьяна" (АО "Корпорация "ВНИИЭМ") UNIVERSAL MAGNETIC FLOW COMPUTER OF ELECTROMAGNETIC BEARING

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9294019B2 (en) Method and apparatus for controlling power converter with inverter output filter
US9124209B2 (en) Method and apparatus for controlling power converter with inverter output filter
EP3240182A1 (en) Position estimation method and position control device
EP2961058B1 (en) Decoupling current control utilizing direct plant modification in electric power steering system
CA1164047A (en) Method and apparatus for determining the rotor resistance of an asynchronous machine
EP1729141B1 (en) Method for estimating the rotor time constant of an induction machine
CN105322859A (en) Motor control device, and method and device for estimating magnetic flux of electric motor
CN104052359A (en) Motor control system having bandwidth compensation
CN104779877B (en) For the torque estimation system of synchronous motor
CN104283477A (en) Asynchronous motor vector controlling magnetic field orientation correcting method based on torque observation
EP3365969B1 (en) Power modules with programmed virtual resistance
CN110073590B (en) Control system for motor circuit
CN102647144B (en) Method and apparatus for estimating rotor angle of synchronous reluctance motor
US8618756B2 (en) Systems and method for controlling electric motors
Zorgani et al. A very-low-speed sensorless control induction motor drive with online rotor resistance tuning by using MRAS scheme
JPWO2013141059A1 (en) Control device for three-phase AC induction motor and control method for three-phase AC induction motor
El Merrassi et al. Advanced speed sensorless control strategy for induction machine based on neuro-MRAS observer
RU146835U1 (en) MAGNETIC FLOW COMPUTOR
CN104184381A (en) Method for determining the position and speed of a rotor of a synchronous electric machine by means of status observers
CN113330282A (en) Rotation angle detection device and electric power steering device including the same
KR101813253B1 (en) Simulation of a field-oriented stator voltage of a stator of an asynchronous machine steadily required during operation
EP2477324B1 (en) Controller device for controlling a power converter device
KR101530543B1 (en) Induction motor and controlling apparatus for induction motor
CN111133279A (en) Method for compensating for disturbances of a measured angle signal of a magnetic angle sensor of an electric machine, correspondingly designed microcontroller, electric machine and computer program product
JP2013258855A (en) Drive controller of ac motor