RU2460909C1 - Rotor electromechanical suspension control system - Google Patents
Rotor electromechanical suspension control system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2460909C1 RU2460909C1 RU2011103758/07A RU2011103758A RU2460909C1 RU 2460909 C1 RU2460909 C1 RU 2460909C1 RU 2011103758/07 A RU2011103758/07 A RU 2011103758/07A RU 2011103758 A RU2011103758 A RU 2011103758A RU 2460909 C1 RU2460909 C1 RU 2460909C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- proportional
- input
- 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 rotor electromagnetic suspension control system 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 пропорциональным звеном, блоком выделения модуля, блоком задания, сумматором и блоком деления, причем выход датчика положения ротора соединен с входом пропорционального звена, выход которого соединен с входом блока выделения модуля, выход блока задания соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока выделения модуля, выход интегрального регулятора соединен с первым входом блока деления, второй вход которого соединен с выходом сумматора, а выход блока деления 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 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 proportional link, a module selection unit, a reference unit, an adder and a division unit moreover, the output of the rotor position sensor is connected to the input of the proportional link, the output of which is connected to the input of the module selection unit, the output is and the task is connected to the first input of the adder, the second input of which is connected to the output of the module allocation unit, the output of the integral controller is connected to the first input of the division unit, the second input of which is connected to the output of the adder, and the output of the division 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.Figure 1 presents the functional diagram of each channel of the control system of the electromagnetic suspension of the rotor; figure 2 shows the connection of the windings of the electromagnets to the power converter; figure 3 presents the structural diagram of one channel of the control system of the electromagnetic suspension of the rotor; figure 4 shows 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, пропорциональное звено 9, блок 10 выделения модуля, блок 11 задания, сумматор 12 и блок 13 деления. 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. Выход датчика 1 положения ротора соединен с входом пропорционального звена 9, выход которого соединен с входом блока 10 выделения модуля. Выход блока 11 задания соединен с первым входом сумматора 12, второй вход которого соединен с выходом блока 10 выделения модуля. Выход интегрального регулятора 2 соединен с первым входом (входом делимого) блока 13 деления, второй вход (вход делителя) которого соединен с выходом сумматора 12. Выход блока 13 деления соединен с прямым входом пропорционального регулятора 3.Each channel of the control system (Fig. 1) contains a
Интегральный регулятор 2, например, может быть реализован по патенту России №2325681, опубл. 27.05.2008, бюл. №15, пропорциональный регулятор 3, дифференцирующее звено 4, пропорционально-дифференциальный регулятор 5 и пропорциональное звено 9 могут быть реализованы, например, по авт.св. СССР №1649501, опубл. 15.05.91, бюл. №18. Блок 10 выделения модуля может быть реализован, например, в виде композиции коммутатора, управляемого знаком входного сигнала, на один информационный вход которого входной сигнал подается непосредственно, а на другой - через инверторы. Блок 11 задания параметров может быть выполнен, например, на микросхемах К555ТМ8, разрядные входы которых подключаются с помощью переключателей к логическим нулям или единицам. Сумматор 12, например, выполнен на микросхемах К555ИМ6. Блок 13 деления, например, реализован на микропроцессоре К1801ВМ2, имеющем встроенную функцию деления. 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.
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 входы дифференцирующего 4 и пропорционального 9 звеньев.The control system of the electromagnetic suspension of the rotor operates as follows. In each control channel, the
В соответствии с передаточными функциями, реализованными регуляторами 2, 3 и 5, дифференцирующим звеном 4, пропорциональным звеном 9, блоком 10 выделения модуля, сумматором 12 и блоком 13 выделения модуля 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.In accordance with the transfer functions implemented by the
Действительно, процессы, протекающие при работе предложенной системы управления электромагнитным подвесом ротора, можно представить структурной схемой (фиг.3). Здесь kДП - коэффициент передачи датчика 1 положения; - передаточная функция интегрального регулятора 2; kП - коэффициент передачи пропорционального регулятора 3; kОСС - коэффициент передачи (постоянная времени) дифференцирующего звена 4; WПД(р) - передаточная функция пропорционально-дифференциального регулятора 5; kПЗ - коэффициент передачи пропорционального звена 9; ТИО - величина постоянной времени интегрального регулятора при нулевом отклонении ротора от центрального положения, задаваемая блоком 11 задания; а хЗ(р), FB(p) и х(р) - изображения сигнала задания, возмущающей силы и перемещения (отклонения от центрального положения) ротора соответственно. Причем для системы управления электромагнитным подвесом ротора принципиально хЗ(р)=0.Indeed, the processes occurring during the operation of the proposed control system of the electromagnetic suspension of the rotor can be represented by a structural diagram (figure 3). Here k DP is the transfer coefficient of the
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. Динамическое звено с передаточной функцией (ТЭ - постоянная времени электрической цепи обмоток электромагнитов) связывает приращение соотношения токов в электромагнитах 7 и 8 с приращением напряжения на обмотках, причем заведомо принимается такой закон коммутации транзисторов моста, что увеличение напряжение на одной из обмоток приводит к такому же уменьшению напряжения на другой. Коэффициент передачи kЭМ связывает силу, действующую со стороны электромагнитов на ротор при его центральном положении, с соотношением токов в электромагнитах. Коэффициент передачи kF характеризует изменение силы, действующей на ротор, при его отклонении от центрального положения. Динамическое звено в соответствии со вторым законом Ньютона определяет перемещение ротора под действием результирующей силы. Коэффициент передачи kE характеризует приращение наводимой в обмотках электромагнитов э.д.с. со скоростью перемещения ротора в магнитном поле.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
Величина постоянная времени пропорционально-дифференциального регулятора 5The value of the time constant of the proportional
WПД(p)=kПД(TПДp+1)W PD (p) = k PD (T PD p + 1)
определяется, например, из соотношенияdetermined, for example, from the relation
ТПД=4ТЭ,T PD = 4T E ,
а коэффициент передачи kПД этого регулятора может варьироваться в широких пределах.and the transmission coefficient k PD of this controller can vary widely.
Величина коэффициента передачи kП пропорционального регулятора 3 в соответствии с условием устойчивости также может выбираться из широкого ряда значений. Величина постоянной времени ТИ интегрального регулятора 2 в совокупности с коэффициентом передачи kПЗ пропорционального звена 9 и с учетом действия блока 10 выделения модуля, сумматора 12 и блока 13 деления определяется выражениемThe value of the transfer coefficient k P of the
ТИ=ТИО+kпзΔx,T AND = T IO + k pz Δx,
где Δx - отклонение ротора от центрального положения.where Δx is the deviation of the rotor from its central position.
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: kE=1461 Вс/м; kЭМ=1306 H; kF=1315900 Н/м; m=36 кг; ТЭ=0,038233 с; U=57,7 В, ТПД=0,1529 с, kПД=32, kП=16, kОСС=0,0032 с, kПЗ=0,0001, ТИО=0,0004 с.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 H; k F = 1315900 N / m; m = 36 kg; T e = 0.038233 s; U = 57,7 V T with PD = 0.1529, k DD = 32, k n = 16, k = 0.0032 with OSS, k PP = 0.0001, T = IO 0.0004 s.
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=0,126 с. Динамический провал ротора при ударном приложении силы в 1 Н составляет Δxmax=0,000129 мкм, причем время восстановления равно tp=0,0017 с. 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 = 0.126 s. The dynamic failure of the rotor during impact application of force of 1 N is Δx max = 0.000129 μm, and the recovery time is t p = 0.0017 s. 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 |
---|---|---|---|
RU2011103758/07A RU2460909C1 (en) | 2011-02-02 | 2011-02-02 | Rotor electromechanical suspension control system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011103758/07A RU2460909C1 (en) | 2011-02-02 | 2011-02-02 | Rotor electromechanical suspension control system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011103758A RU2011103758A (en) | 2012-08-10 |
RU2460909C1 true RU2460909C1 (en) | 2012-09-10 |
Family
ID=46849311
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011103758/07A RU2460909C1 (en) | 2011-02-02 | 2011-02-02 | Rotor electromechanical suspension control system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2460909C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2566671C1 (en) * | 2014-03-28 | 2015-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Rotor electromagnet suspension control system |
RU2589718C1 (en) * | 2015-04-21 | 2016-07-10 | Публичное акционерное общество "Газпром автоматизация" (ПАО "Газпром автоматизация") | System for automatic control of rotor |
RU2637050C2 (en) * | 2013-09-24 | 2017-11-29 | Сименс Акциенгезелльшафт | Compensation method of rotor low-frequency perturbing power by means of active magnetic bearings, active magnetic bearing, having compensative control loop for compensation implementation, and magnetic bearing application |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3130974A1 (en) * | 1981-08-05 | 1983-02-24 | Teldix Gmbh, 6900 Heidelberg | Magnetic bearing |
SU1569932A1 (en) * | 1988-06-23 | 1990-06-07 | Всесоюзный научно-исследовательский институт электромеханики | Mechanism with magnetic suspension of rotor |
US5760510A (en) * | 1994-07-12 | 1998-06-02 | Seiko Seiki Kabushiki Kaisha | Magnetic bearing device |
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 |
RU2345464C1 (en) * | 2007-12-17 | 2009-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Control system for electromagnetic rotor suspension |
RU2375736C1 (en) * | 2008-05-06 | 2009-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Rotor electromagnetic suspension control system |
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 |
-
2011
- 2011-02-02 RU RU2011103758/07A patent/RU2460909C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3130974A1 (en) * | 1981-08-05 | 1983-02-24 | Teldix Gmbh, 6900 Heidelberg | Magnetic bearing |
SU1569932A1 (en) * | 1988-06-23 | 1990-06-07 | Всесоюзный научно-исследовательский институт электромеханики | Mechanism with magnetic suspension of rotor |
US5760510A (en) * | 1994-07-12 | 1998-06-02 | Seiko Seiki Kabushiki Kaisha | Magnetic bearing device |
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 |
WO2008126462A1 (en) * | 2007-03-30 | 2008-10-23 | Ihi Corporation | Electromagnetic attraction magnetic bearing and its control method |
RU2345464C1 (en) * | 2007-12-17 | 2009-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Control system for electromagnetic rotor suspension |
RU2375736C1 (en) * | 2008-05-06 | 2009-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Rotor electromagnetic suspension control system |
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 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2637050C2 (en) * | 2013-09-24 | 2017-11-29 | Сименс Акциенгезелльшафт | Compensation method of rotor low-frequency perturbing power by means of active magnetic bearings, active magnetic bearing, having compensative control loop for compensation implementation, and magnetic bearing application |
US10006489B2 (en) | 2013-09-24 | 2018-06-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for compensating a low-frequency disturbance force of a rotor by means of active magnetic bearings, active magnetic bearing having a compensation control circuit for performing the compensation, and use of the magnetic bearing |
RU2566671C1 (en) * | 2014-03-28 | 2015-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Rotor electromagnet suspension control system |
RU2589718C1 (en) * | 2015-04-21 | 2016-07-10 | Публичное акционерное общество "Газпром автоматизация" (ПАО "Газпром автоматизация") | System for automatic control of rotor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011103758A (en) | 2012-08-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ren et al. | Nonlinear feedback control of chaos in permanent magnet synchronous motor | |
RU2460909C1 (en) | Rotor electromechanical suspension control system | |
CN105278456A (en) | Numerical controller having function of switching position control gain during synchronous control | |
Zuo et al. | Simultaneous identification of multiple mechanical parameters in a servo drive system using only one speed | |
EP2096507A1 (en) | Servo control apparatus and control method thereof | |
WO2006054243A3 (en) | Method for controlling an electric motor, control unit and electric motor | |
CN102588363B (en) | Method and device for synchronizing crystallizer vibration hydraulic cylinders | |
CN111934587A (en) | Servo motor, driver, control system and control method thereof | |
CN102857171A (en) | Multi-motor synchronous control system | |
RU2395150C2 (en) | Control system for rotor electro-magnet suspension | |
RU2345464C1 (en) | Control system for electromagnetic rotor suspension | |
RU2566671C1 (en) | Rotor electromagnet suspension control system | |
RU2414048C1 (en) | Automatic control method of parametres of electric mechanical system and device for its implementation | |
JP5711560B2 (en) | Motor control device | |
RU2428735C1 (en) | Automatic control device of electromechanical system | |
RU2489798C1 (en) | Servo drive | |
RU2375736C1 (en) | Rotor electromagnetic suspension control system | |
RU2181922C2 (en) | Electromagnetic rotor bracket control system | |
JP4839992B2 (en) | Digital hydropower control system | |
RU2695804C1 (en) | Servo electric drive with synchronous actuating engine | |
US20180102687A1 (en) | Electromagnetic torque motor with high torque and limited angle | |
KR20110132640A (en) | Input shaper for non-linear actuators and input shaping method thereof | |
Borisevich et al. | Energy efficient control of an induction machine under load torque step change | |
RU181247U1 (en) | Positional control device | |
RU2660183C1 (en) | Method of automatic regulation of electric drive coordinate and device for its implementation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130203 |