JP2630591B2 - Control device for radial magnetic bearing - Google Patents

Control device for radial magnetic bearing

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JP2630591B2
JP2630591B2 JP62134380A JP13438087A JP2630591B2 JP 2630591 B2 JP2630591 B2 JP 2630591B2 JP 62134380 A JP62134380 A JP 62134380A JP 13438087 A JP13438087 A JP 13438087A JP 2630591 B2 JP2630591 B2 JP 2630591B2
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靖一 藤本
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、ラジアル磁気軸受の制御装置に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a control device for a radial magnetic bearing.

従来の技術とその問題点 磁気軸受で非接触状態に支持された回転体(ロータ)
を高速で回転させる磁気軸受装置においては、運転速度
を回転体の危険速度以上に設定する場合があり、この場
合、従来のPID制御による制御装置では、危険速度を通
過するときに問題が生じる。危険速度通過の難易度は、
回転体の残留バランスおよび磁気軸受の剛性に依存す
る。残留アンバランスについては、回転体のバランスを
良くしても、弾性体である回転体が危険速度付近で大き
く撓むため、改善は難しい。このため、磁気軸受の剛性
とくに減衰力を大きくすることが考えられるが、周波数
特性を広帯域化すると、制御系の飽和という問題が生
じ、制御系に必要な電力が増大する この発明の目的は、上記の問題点を解決し、制御系の
飽和を最小限に抑え、かつ危険速度通過に必要な高減衰
力が得られるラジアル磁気軸受の制御装置を提供するこ
とにある。
Conventional technology and its problems Rotating body (rotor) supported in a non-contact state by magnetic bearings
In some cases, the operating speed is set to be higher than the critical speed of the rotating body in a magnetic bearing device that rotates the motor at a high speed. In this case, a problem arises when the conventional PID control device passes the critical speed. The difficulty of passing the critical speed is
It depends on the residual balance of the rotating body and the rigidity of the magnetic bearing. It is difficult to improve the residual imbalance even if the balance of the rotating body is improved, because the rotating body, which is an elastic body, is largely bent near the critical speed. For this reason, it is conceivable to increase the rigidity of the magnetic bearing, particularly the damping force. However, if the frequency characteristic is widened, the problem of saturation of the control system occurs, and the power required for the control system increases. An object of the present invention is to provide a control device for a radial magnetic bearing which solves the above problems, minimizes saturation of a control system, and provides a high damping force required for passing a critical speed.

問題点を解決するための手段 この発明によるラジアル磁気軸受の制御装置は、 回転体の半径方向の位置を検出する位置センサーの出
力信号にもとづいてラジアル磁気軸受を制御する装置で
あって、 回転体の回転数に同期したふれ回り成分の振幅と位相
を検出し、回転体の回転数前後の狭い帯域でのみふれ回
り成分より位相の進んだ制御信号を発生する高減衰力発
生回路を備えていることを特徴とするものである。
Means for Solving the Problems A control device for a radial magnetic bearing according to the present invention is a device for controlling a radial magnetic bearing based on an output signal of a position sensor for detecting a radial position of a rotating body, A high damping force generation circuit that detects the amplitude and phase of the whirling component synchronized with the rotation speed of the rotor and generates a control signal with a phase advanced from the whirling component only in a narrow band around the rotation speed of the rotating body It is characterized by the following.

作用 振動している物体に振動に対して位相の進んだ制御力
を与えることにより減衰が得られることおよび位相の進
みが90゜のときに減衰力が最大となることは、知られて
いる。
It is known that damping can be obtained by giving a vibrating body a control force with an advanced phase to the vibration, and that the damping force is maximized when the phase advance is 90 °.

回転体の回転数に同期した周波数成分で高減衰力を発
生させることにより、危険速度でのふれ回りを小さくし
て、危険速度通過を容易にすることができる。また、回
転数前後の狭い帯域でのみ高減衰力を発生させるので、
従来のように周波数特性を広帯域化する場合のような制
御系の飽和の問題は生じない。
By generating a high damping force with a frequency component synchronized with the rotation speed of the rotating body, it is possible to reduce whirling at a critical speed and facilitate passage at the critical speed. Also, since high damping force is generated only in a narrow band around the rotation speed,
There is no problem of saturation of the control system as in the case where the frequency characteristic is widened as in the related art.

実 施 例 以下、図面を参照して、この発明の実施例を説明す
る。なお、以下の説明において、回転体(図示略)の回
転軸と直角な固定座標系の2つの座標軸をx軸およびy
軸とし、回転体とともに回転する回転軸と直角な回転座
標系の2つの座標軸をX軸およびY軸とする。
Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, two coordinate axes of a fixed coordinate system perpendicular to a rotation axis of a rotating body (not shown) are defined as an x-axis and a y-axis.
An X axis and a Y axis are two coordinate axes of a rotation coordinate system perpendicular to the rotation axis that rotates together with the rotating body.

制御装置(10)は、x軸用位置センサー(11x)、y
軸用位置センサー(11y)および回転速度センサー(1
2)の出力信号にもとづいてx軸用ラジアル磁気軸受(1
3x)およびy軸用ラジアル磁気軸受(13y)を制御する
ものであり、第1図に示すように、x軸用PID制御回路
(14x)、y軸用PID制御回路(14y)、高減衰力発生回
路(15)、x軸用加算器(16x)およびy軸用加算器(1
6y)より構成されている。x軸用位置センサー(11x)
は、回転体のx軸方向の位置を検出してこれに比例する
信号S1xを出力するものであり、y軸用位置センサー(1
1y)は、回転体のy軸方向の位置を検出してこれに比例
する信号S1yを出力するものである。回転速度センサー
(12)は、回転体の回転数に比例する周波数たとえば回
転数と同じ周波数のパルス信号S2を出力するものであ
る。x軸用PID制御回路(14x)は、x軸用位置センサー
(11x)の出力信号S1xにもとづいて第1のx軸用制御信
号S3xを出力するものであり、y軸用PID制御回路(14
y)は、y軸用位置センサー(11y)の出力信号S1yにも
とづいて第1のy軸用制御信号S3yを出力するものであ
る。高減衰力発生回路(15)は、x軸用位置センサー
(11x)の出力信号S1xおよび回転速度センサー(12)の
出力信号S2にもとづき、回転体の回転数に同期したふれ
回り成分の振幅と位相を検出して、回転体の回転数に一
致する周波数でふれ回り成分より位相の進んだ第2のx
軸用制御信号S4xおよびy軸用制御信号S4yを出力するも
のである。x軸用加算器(16x)は第1および第2のx
軸用制御信号S3x、S4xを加算してx軸用制御信号S5xを
x軸用ラジアル磁気軸受(13x)の電力増幅器(17x)に
出力するものであり、y軸用加算器(16y)は第1およ
び第2のy軸用制御信号S3y、S4yを加算してy軸用制御
信号S5yをy軸用ラジアル磁気軸受(13y)の電力増幅器
(17y)に出力するものである。なお、位置センサー(1
1x)(11y)、回転速度センサー(12)、PID制御回路
(14x)(14y)、加算器(16x)(16y)、電力増幅器
(17x)(17y)およびラジアル磁気軸受(13x)(13y)
は公知の任意の構成をとりうるものであるから、詳細な
説明は省略する。
The control device (10) is an x-axis position sensor (11x), y
Axis position sensor (11y) and rotational speed sensor (1
2) Radial magnetic bearing for x-axis (1
3x) and the y-axis radial magnetic bearing (13y). As shown in FIG. 1, the x-axis PID control circuit (14x), the y-axis PID control circuit (14y), the high damping force Generator (15), x-axis adder (16x) and y-axis adder (1
6y). x-axis position sensor (11x)
Is for detecting the position of the rotating body in the x-axis direction and outputting a signal S1x proportional to the detected position. The y-axis position sensor (1
1y) detects the position of the rotating body in the y-axis direction and outputs a signal S1y proportional thereto. The rotation speed sensor (12) outputs a pulse signal S2 having a frequency proportional to the rotation speed of the rotating body, for example, the same frequency as the rotation speed. The x-axis PID control circuit (14x) outputs a first x-axis control signal S3x based on the output signal S1x of the x-axis position sensor (11x), and the y-axis PID control circuit (14x).
y) outputs a first y-axis control signal S3y based on the output signal S1y of the y-axis position sensor (11y). Based on the output signal S1x of the x-axis position sensor (11x) and the output signal S2 of the rotation speed sensor (12), the high damping force generation circuit (15) calculates the amplitude of the whirling component synchronized with the rotation speed of the rotating body. The phase is detected, and the second x having a phase advanced from the whirling component at a frequency corresponding to the rotation speed of the rotating body.
It outputs an axis control signal S4x and a y-axis control signal S4y. The x-axis adder (16x) includes the first and second x
The control signals S3x and S4x for the axes are added and the control signal S5x for the x-axis is output to the power amplifier (17x) of the radial magnetic bearing (13x) for the x-axis. The adder (16y) for the y-axis is It adds the first and second y-axis control signals S3y and S4y and outputs a y-axis control signal S5y to the power amplifier (17y) of the y-axis radial magnetic bearing (13y). The position sensor (1
1x) (11y), rotation speed sensor (12), PID control circuits (14x) (14y), adders (16x) (16y), power amplifiers (17x) (17y), and radial magnetic bearings (13x) (13y)
Can have any known configuration, and a detailed description thereof will be omitted.

第2図に示すように、高減衰力発生回路(15)は、ふ
れ回り成分検出回路(18)と制御信号出力回路(19)と
から構成されている。
As shown in FIG. 2, the high damping force generation circuit (15) includes a whirling component detection circuit (18) and a control signal output circuit (19).

高減衰力発生回路(15)のふれ回り成分検出回路(1
8)は、増幅器(20)、X軸用PSD(位相検波器)(21
x)、Y軸用PSD(位相検波器)(21y)、X軸用LPF(ロ
ーパスフィルタ)(22x)、Y軸用LPF(ローパスフィル
タ)(22y)、波形整形回路(23)および位相制御回路
(24)より構成されており、x軸用位置センサー(11
x)の出力信号S1xと回転速度センサー(12)の出力信号
S2にもとづいて回転体の回転数に同期したふれ回り成分
の振幅を検出する。
The whirling component detection circuit (1) of the high damping force generation circuit (15)
8) is an amplifier (20), X-axis PSD (phase detector) (21
x), Y-axis PSD (phase detector) (21y), X-axis LPF (low-pass filter) (22x), Y-axis LPF (low-pass filter) (22y), waveform shaping circuit (23), and phase control circuit (24) and an x-axis position sensor (11
x) output signal S1x and rotation speed sensor (12) output signal
Based on S2, the amplitude of the whirling component synchronized with the rotation speed of the rotating body is detected.

固定座標系における回転体のふれ回りリサージュ図形
は、第5図のようになる。同図において、ωは回転体の
回転角速度、tは時間、Rはふれ回りの振幅である。回
転座標系のX座標をふれ回りの方向に一致させると、第
6図に示すように、ふれ回りのX軸成分Xoはふれ回りの
振幅Rに、Y軸成分Yoは0になる。
The whirling Lissajous figure of the rotating body in the fixed coordinate system is as shown in FIG. In the figure, ω is the rotational angular velocity of the rotating body, t is time, and R is the amplitude of whirling. When the X coordinate of the rotating coordinate system is made to coincide with the whirling direction, as shown in FIG. 6, the whirling X-axis component Xo becomes the whirling amplitude R and the Y-axis component Yo becomes zero.

ふれ回り成分検出回路(18)はこのような原理にもと
づいてふれ回りの振幅Rを求めるものである。すなわ
ち、X軸用PSD(21x)とX軸用LPF(22x)は、x軸用位
置センサー(11x)の出力信号S1xを増幅した信号(x軸
位置信号)S6と後述する位相制御回路(24)からのX軸
用参照信号S7xにもとづいて、ふれ回りのX軸成分Xoに
比例する信号S8xを出力する。Y軸用PSD(21y)とY軸
用LPF(22y)は、x軸位置信号S6と後述する位相制御回
路(24)からのY軸用参照信号S7yにもとづいて、ふれ
回りのY軸成分Yoに比例する信号S8yを出力する。波形
整形回路(23)は、回転速度センサー(12)の出力信号
S2を方形波に整形した信号(回転速度信号)S9を位相制
御回路(24)に出力する。位相制御回路(24)は、Y軸
用LPF(22y)の出力信号S8yと回転速度信号S9にもとづ
いて、ふれ回りのY軸成分Yoが0になるように、X軸用
参照信号S7xおよびY軸用参照信号S7yを制御する。
The whirling component detection circuit (18) obtains the whirling amplitude R based on such a principle. That is, the X-axis PSD (21x) and the X-axis LPF (22x) are composed of a signal (x-axis position signal) S6 obtained by amplifying the output signal S1x of the x-axis position sensor (11x) and a phase control circuit (24) to be described later. ), A signal S8x proportional to the swirling X-axis component Xo is output. The Y-axis PSD (21y) and the Y-axis LPF (22y) are based on an x-axis position signal S6 and a Y-axis reference signal S7y from a phase control circuit (24) to be described later, and a wandering Y-axis component Yo. And outputs a signal S8y proportional to. The waveform shaping circuit (23) outputs the output signal of the rotation speed sensor (12).
A signal (rotation speed signal) S9 obtained by shaping S2 into a square wave is output to the phase control circuit (24). Based on the output signal S8y of the Y-axis LPF (22y) and the rotation speed signal S9, the phase control circuit (24) controls the X-axis reference signals S7x and Y7 so that the whirling Y-axis component Yo becomes zero. Controls the axis reference signal S7y.

PSDは、第7図に示すように、入力信号Esをこれと同
じ周波数の方形波である参照信号Erでスイッチングを行
なうものであり、その出力信号Eoは入力信号Esと参照信
号Erを乗算したものとなる。そして、PSDの出力信号Eo
からLPFにより交流成分を除去すると、参照信号Erに同
期した信号成分のみを検出することができる。第7図
(a)は入力信号Esと参照信号Erの位相差が0の場合で
あり、出力信号EoをLPFに通した信号Epは正の値にな
る。第7図(b)は入力信号Esと参照信号Erの位相差が
90゜の場合であり、出力信号EoをLPFに通した信号Epは
0になる。第7図(c)は入力信号Esと参照信号Erの位
相差が180゜の場合であり、出力信号EoをLPFに通した信
号Epは負の値になる。なお、第8図は、PSDの入力信号E
sと参照信号Erの位相差θとLPFの出力信号Epとの関係を
表わしたものである。
As shown in FIG. 7, the PSD switches the input signal Es with a reference signal Er which is a square wave having the same frequency as the input signal Es. The output signal Eo is obtained by multiplying the input signal Es by the reference signal Er. It will be. Then, the PSD output signal Eo
When the AC component is removed by using the LPF, only the signal component synchronized with the reference signal Er can be detected. FIG. 7A shows a case where the phase difference between the input signal Es and the reference signal Er is 0, and the signal Ep obtained by passing the output signal Eo through the LPF has a positive value. FIG. 7 (b) shows the phase difference between the input signal Es and the reference signal Er.
This is the case of 90 °, and the signal Ep obtained by passing the output signal Eo through the LPF becomes 0. FIG. 7C shows a case where the phase difference between the input signal Es and the reference signal Er is 180 °, and the signal Ep obtained by passing the output signal Eo through the LPF has a negative value. FIG. 8 shows the input signal E of the PSD.
It shows the relationship between s and the phase difference θ between the reference signal Er and the output signal Ep of the LPF.

x軸位置信号S6はPSD(21x)(21y)の入力信号Esと
なり、参照信号S7x、S7yは参照信号Erとなる。x軸位置
信号S6にはふれ回りの影響が現われ、その周波数は回転
速度信号S9の周波数に等しい。また、参照信号S7x、S7y
の周波数も、後述するように、回転速度信号S9の周波数
と等しいため、PSD(21x)(21y)の入力信号Esと参照
信号Erの周波数は等しい。一方、回転座標系のX軸とY
軸の位相差は90゜である。したがって、X軸用PSD(21
x)に対する参照信号S7xとY軸用PSD(21y)に対する参
照信号S7yの位相差を90゜にすれば、X軸用LPF(22x)
の出力信号S8xおよびY軸用LPF(22y)の出力信号S8yが
それぞれふれ回りのX軸成分XoおよびY軸成分Yoを表わ
すことになる。また、Y軸用LPF(22y)の出力信号S8y
すなわちふれ回りのY軸成分Yoが0になるように参照信
号S7x、S7yの位相を調整すれば、X軸用LPF(22x)の出
力信号S8xがふれ回りの振幅Rを表わすことになる。
The x-axis position signal S6 becomes the input signal Es of the PSD (21x) (21y), and the reference signals S7x and S7y become the reference signal Er. The whirling effect appears on the x-axis position signal S6, and its frequency is equal to the frequency of the rotation speed signal S9. Also, reference signals S7x, S7y
Is also equal to the frequency of the rotation speed signal S9, as described later, so that the frequency of the input signal Es of the PSD (21x) (21y) and the frequency of the reference signal Er are equal. On the other hand, the X axis and Y
The phase difference of the axes is 90 °. Therefore, the PSD for X-axis (21
If the phase difference between the reference signal S7x for x) and the reference signal S7y for the Y-axis PSD (21y) is 90 °, the X-axis LPF (22x)
And the output signal S8y of the Y-axis LPF (22y) respectively represent the wandering X-axis component Xo and Y-axis component Yo. The output signal S8y of the Y-axis LPF (22y)
That is, if the phases of the reference signals S7x and S7y are adjusted so that the Y-axis component Yo of the whirling becomes 0, the output signal S8x of the X-axis LPF (22x) indicates the wandering amplitude R.

位相制御回路(24)はこのようなフィードバック制御
を行なうものであり、その1例が第3図に示されてい
る。また、その各部の信号が第4図に示されている。
The phase control circuit (24) performs such feedback control, an example of which is shown in FIG. FIG. 4 shows the signals of the respective parts.

位相制御回路(24)は、一定周波数のクロックパルス
信号CLKを発生する発振器(25)、Y軸用LPF(22y)の
出力信号S8yが正であることを判別する第1の比較器(2
6)、この信号S8yが負であることを判別する第2の比較
器(27)、発振器(25)のクロックパルス信号CLKと第
1の比較器(26)の出力信号S10を入力信号とする第1
のAND回路(28)、発信器(25)のクロックパルス信号C
LKと第2の比較器(27)の出力信号S11を入力信号とす
る第2のAND回路(29)、第1のAND回路(28)の出力信
号をアップカウント端子(30u)の入力信号とし第2のA
ND回路(29)の出力信号をダウンカウント端子(30d)
の入力信号とするアップダウンカウンタ(30)、波形整
形回路(23)からの回転速度信号S9の立上りを検出する
してリセット信号RS1を出力するリセット回路(31)、
回転速度信号S9の1パルスをたとえば1024倍した角度信
号S12を出力するPLL逓倍回路(32)、リセット回路(3
1)のリセット信号RSIによりリセットされて逓倍回路
(32)の角度信号S12をカウントする第1の10ビットカ
ウンタ(33)、第1のカウンタ(33)の出力信号S13と
アップダウンカウンタ(30)の出力信号S14を比較する
デジタル比較器(34)、逓倍回路(32)の角度信号S12
とデジタル比較器(34)の出力信号S15を入力信号とす
る第3のAND回路(35)、リセット回路(31)のリセッ
ト信号RS1によりリセットされて第3のAND回路(35)の
出力信号をカウントする第2の10ビットカウンタ(3
6)、第2のカウンタ(36)の10ビット目の出力信号Q10
からX軸用参照信号S7xを作るためのNOT回路(37)およ
び第4のAND回路(48)ならびに第2のカウンタ(36)
の9ビット目の出力信号Q9と10ビット目の出力信号Q10
からY軸用参照信号S7yを作るためのEOR回路(38)より
構成されている。
The phase control circuit (24) includes an oscillator (25) that generates a clock pulse signal CLK having a constant frequency, and a first comparator (2) that determines that the output signal S8y of the Y-axis LPF (22y) is positive.
6) The second comparator (27) for determining that this signal S8y is negative, the clock pulse signal CLK of the oscillator (25) and the output signal S10 of the first comparator (26) are input signals. First
AND circuit (28), clock pulse signal C of transmitter (25)
LK and an output signal S11 of the second comparator (27) as an input signal, a second AND circuit (29), and an output signal of the first AND circuit (28) as an input signal of an up-count terminal (30u). Second A
ND circuit (29) output signal down count terminal (30d)
An up-down counter (30) as an input signal of the reset signal (31) which detects a rise of the rotation speed signal S9 from the waveform shaping circuit (23) and outputs a reset signal RS1;
A PLL multiplication circuit (32) for outputting an angle signal S12 obtained by multiplying one pulse of the rotation speed signal S9 by, for example, 1024, a reset circuit (3
A first 10-bit counter (33) which is reset by the reset signal RSI of 1) and counts the angle signal S12 of the multiplier circuit (32), an output signal S13 of the first counter (33) and an up / down counter (30) A digital comparator (34) for comparing the output signal S14 of the digital camera and the angle signal S12 of the multiplication circuit (32)
And a third AND circuit (35) that receives the output signal S15 of the digital comparator (34) as an input signal, and resets the output signal of the third AND circuit (35) by the reset signal RS1 of the reset circuit (31). The second 10-bit counter to count (3
6), the output signal Q10 of the 10th bit of the second counter (36)
Circuit (37), fourth AND circuit (48), and second counter (36) for producing X-axis reference signal S7x from
9th bit output signal Q9 and 10th bit output signal Q10
, An EOR circuit (38) for generating a Y-axis reference signal S7y from the EOR circuit.

第8図の点Aで示すように、Y軸用LPF(22y)の出力
信号S8yすなわちYoが0の場合、2つの比較器(26)(2
7)の出力信号S10、S11はL(Low)であり、クロックパ
ルス信号CLKはアップダウンカウンタ(30)に入力しな
い。このため、アップダウンカウンタ(30)の出力信号
S14は一定である。一方、第1および第2のカウンタ(3
3)(36)は回転速度信号S9の立上り(第4図のto)と
同期したリセット信号RS1によりリセットされ、第1の
カウンタ(33)は角度信号S12をカウントする。第1の
カウンタ(33)の出力信号S13がアップダウンカウンタ
(30)の出力信号S14より小さい間はデジタル比較器(3
4)の出力信号S15はLであるが、第1のカウンタ(33)
の出力信号S13がアップダウンカウンタ(30)の出力信
号S14以上になるとデジタル比較器(34)の出力信号S15
がH(High)になる(第4図のt1)。このため、第2の
カウンタ(36)が角度信号S12のカウントを開始する。
第2のカウンタ(36)がカウントを開始してからT/2
(Tは回転速度信号S9の周期)経過すると10ビット目の
出力信号Q10はLからHにかわり(第4図のt2)、第4
図のように変化する。この信号Q10を反転するNOT回路
(37)の出力信号S16は第4図のように変化する。そし
て、この信号S16とデジタル比較器(34)の出力信号S15
とを第4のAND回路(48)に入力することにより、第4
図に示すように、回転速度信号S9すなわちx軸位置信号
S6と周波数の等しいX軸用参照信号S7xが得られる。第
2のカウンタ(36)の9ビット目の出力信号Q9は、第4
図のように変化する。そして、この信号Q9と10ビット目
の出力信号Q10をEOR回路(38)に入力することにより、
X軸用参照信号S7xと位相差が90゜のY軸用参照信号S7y
が得られる。
As shown by a point A in FIG. 8, when the output signal S8y of the Y-axis LPF (22y), that is, Yo is 0, the two comparators (26) (2
7) The output signals S10 and S11 are L (Low), and the clock pulse signal CLK is not input to the up / down counter (30). Therefore, the output signal of the up / down counter (30)
S14 is constant. On the other hand, the first and second counters (3
3) (36) is reset by the reset signal RS1 synchronized with the rise (to in FIG. 4) of the rotation speed signal S9, and the first counter (33) counts the angle signal S12. While the output signal S13 of the first counter (33) is smaller than the output signal S14 of the up / down counter (30), the digital comparator (3
Although the output signal S15 of 4) is L, the first counter (33)
When the output signal S13 of the digital comparator (34) exceeds the output signal S14 of the up / down counter (30), the output signal S15 of the digital comparator (34)
Becomes H (High) (t1 in FIG. 4). Therefore, the second counter (36) starts counting the angle signal S12.
T / 2 after the second counter (36) starts counting
After the elapse of (T is the cycle of the rotation speed signal S9), the output signal Q10 of the 10th bit changes from L to H (t2 in FIG. 4).
It changes as shown in the figure. The output signal S16 of the NOT circuit (37) for inverting the signal Q10 changes as shown in FIG. Then, this signal S16 and the output signal S15 of the digital comparator (34) are output.
Is input to the fourth AND circuit (48), so that the fourth
As shown in the figure, the rotation speed signal S9, ie, the x-axis position signal
An X-axis reference signal S7x having the same frequency as S6 is obtained. The ninth bit output signal Q9 of the second counter (36) is
It changes as shown in the figure. Then, by inputting this signal Q9 and the 10th bit output signal Q10 to the EOR circuit (38),
X-axis reference signal S7x and Y-axis reference signal S7y with a phase difference of 90 °
Is obtained.

第8図の点Bで示すようにYoが正になると、第1の比
較器(26)の出力信号S10がHになり、クロックパルス
信号CLkが第1のAND回路(28)を通ってアップダウンカ
ウンタ(30)のアップカウント端子(30u)に入力する
ため、アップダウンカウンタ(30)の出力信号S14は、
大きくなる。したがって、回転速度信号S9が立上ってか
らX軸用参照信号S7xが立上るまでの時間(t1−t0)が
長くなる。このことは、回転速度信号S9に対する参照信
号S7x、S7yの位相差が大きくなったことを意味し、Yoは
点Bから点AすなわちOに近づく。逆に、第8図の点C
で示すようYoが負になると、第2の比較器(27)の出力
信号S11がHになり、クロックパルス信号CLKが第2のAN
D回路(29)を通ってアップダウンカウンタ(30)のダ
ウンカウント端子(30d)に入力するため、アップダウ
ンカウンタ(30)の出力信号S14は、小さくなる。した
がって、回転速度信号S9が立上ってからX軸用参照信号
S7xが立上るまでの時間(t1−t0)が短くなる。このこ
とは、回転速度信号S9に対する参照信号S7x、S7yの位相
差が小さくなったことを意味し、Yoは点Cから点Aすな
わちOに近づく。
When Yo becomes positive as shown by point B in FIG. 8, the output signal S10 of the first comparator (26) becomes H, and the clock pulse signal CLk rises through the first AND circuit (28). To input to the up-count terminal (30u) of the down counter (30), the output signal S14 of the up-down counter (30)
growing. Therefore, the time (t1−t0) from when the rotation speed signal S9 rises to when the X-axis reference signal S7x rises becomes longer. This means that the phase difference between the reference signals S7x and S7y with respect to the rotation speed signal S9 has increased, and Yo approaches point A, that is, O from point B. Conversely, point C in FIG.
When Yo becomes negative, as shown by, the output signal S11 of the second comparator (27) becomes H, and the clock pulse signal CLK becomes the second AN.
Since the signal is input to the down-count terminal (30d) of the up-down counter (30) through the D circuit (29), the output signal S14 of the up-down counter (30) becomes small. Therefore, after the rotation speed signal S9 rises, the X-axis reference signal
The time (t1-t0) until S7x rises is shortened. This means that the phase difference between the reference signals S7x and S7y with respect to the rotation speed signal S9 has decreased, and Yo approaches point A, that is, O from point C.

このように、位相制御回路(24)では、Yoが0になる
ようにX軸用参照信号S7xおよびY軸用参照信号S7yが制
御され、その結果、前述のように、X軸用LPF(22x)の
出力信号S8xによって回転体のふれ回りの振幅Rが検出
される。
In this way, the phase control circuit (24) controls the X-axis reference signal S7x and the Y-axis reference signal S7y so that Yo becomes 0, and as a result, as described above, the X-axis LPF (22x ), The amplitude R of the rotation of the rotating body is detected.

高減衰発生回路(15)の制御信号出力回路(19)は、
回転体のふれ回り成分の位相ωtを検出して、回転体の
回転数に一致する周波数でふれ回り成分より所定角度φ
だけ位相の進んだ第2のx軸用制御信号S4xおよびy軸
用制御信号S4yを出力するものであり、第2図に示すよ
うに、X軸用参照信号S7xの立上りを検出してリセット
信号RS2を出力するリセット回路(47)と、このリセッ
ト信号RS2によりリセットされて角度信号S12をカウント
する第3の10ビットカウンタ(39)を備えている。角度
信号S12は回転速度信号S9の周期Tをたとえば1024分割
したパルス信号であり、回転速度信号S9の周期TはX軸
位置信号S6およびX軸用参照信号S7xのそれと同じであ
るから、第3のカウンタ(39)の出力信号S17は回転体
のふれ回りの位相ωtを表わすことになる。制御信号出
力回路(19)には、PROMを用いた4個のテーブル(40
a)(40b)(40c)(40d)とこれらに対応する4個の乗
算器型D/Aコンバータ(41a)(41b)(41c)(41d)が
設けられている。第1のテーブル(40a)には、第3の
カウンタ(39)の出力信号S17すなわちωtのたとえば1
024の値についてcos φ・cos ωtの値が記憶されてい
る。同様に、第2のテーブル(40b)にはsin φ・sin
ωtの値、第3のテーブル(40c)にはcos φ・sin ω
tの値、第4のテーブル(40d)にはsin φ・cos ωt
の値が記憶されている。そして、第3のカウンタ(39)
の出力信号S17にもとづき、各テーブル(40a)(40b)
(40c)(40d)内のデータがそれぞれラッチ回路(42
a)(42b)(42c)(42d)を介して対応する乗算器型D/
Aコンバータ(41a)(41b)(41c)(41d)に送られ
る。4個のラッチ回路(42a)(42b)(42c)(42d)は
角度信号S12と同期したラッチパルスを発生するラッチ
パルス発生回路(43)により制御される。また、ふれ回
り成分発生回路(18)のX軸用LPF(22x)の出力信号S8
Xを増幅器(44)で増幅した信号(ふれ回り振幅信号)S
18が4個の乗算器(41a)(41b)(41c)(41d)に入力
する。その結果、第1の乗算器(41a)では、時々刻々
変化するふれ回りの位相ωtに対して、Xo・cos φ・co
s ωtが演算されて出力される。同様に、第2の乗算器
(41b)ではXo・sin φ・sin ωt、第3の乗算器(41
c)ではXo・cos φ・sin ωt、第4の乗算器(41d)で
はXo・sin φ・cos ωtが演算されて出力される。第1
の乗算器(41a)の出力信号S19と第2の乗算器(41b)
の出力信号S20は減算器(45)に入力し、第3の乗算器
(41c)の出力信号S21と第4の乗算器(41d)の出力信
号S22は加算器(46)に入力する。減算器(45)の出力S
4x(=Xo・cos φ・cos ωt−Xo・sin φ・sin ωt)
は次の式(1)のように、加算器(46)の出力S4y(=X
o・cos φ・sin ωt+Xo sin φ・cos ωt)は次の式
(2)のように書きかえられる。
The control signal output circuit (19) of the high attenuation generation circuit (15)
The phase ωt of the whirling component of the rotating body is detected, and a predetermined angle φ is obtained from the whirling component at a frequency corresponding to the rotation speed of the rotating body.
It outputs a second x-axis control signal S4x and a y-axis control signal S4y advanced in phase only by detecting the rising of the X-axis reference signal S7x and resetting the reset signal as shown in FIG. A reset circuit (47) that outputs RS2 and a third 10-bit counter (39) that is reset by the reset signal RS2 and counts the angle signal S12 are provided. The angle signal S12 is a pulse signal obtained by dividing the cycle T of the rotation speed signal S9 by, for example, 1024. The cycle T of the rotation speed signal S9 is the same as that of the X-axis position signal S6 and the X-axis reference signal S7x. The output signal S17 of the counter (39) represents the whirling phase ωt of the rotating body. The control signal output circuit (19) has four tables (40
a) (40b) (40c) (40d) and four corresponding multiplier type D / A converters (41a) (41b) (41c) (41d) are provided. In the first table (40a), the output signal S17 of the third counter (39), that is, for example, 1
For the value of 024, the value of cos φ · cos ωt is stored. Similarly, the second table (40b) has sin φ · sin
The value of ωt, cos φ · sin ω in the third table (40c)
The value of t, the fourth table (40d) contains sin φ · cos ωt
Is stored. And a third counter (39)
Each table (40a) (40b) based on the output signal S17 of
The data in (40c) and (40d) are stored in the latch circuit (42
a) corresponding multiplier type D / via (42b) (42c) (42d)
It is sent to A converters (41a) (41b) (41c) (41d). The four latch circuits (42a) (42b) (42c) (42d) are controlled by a latch pulse generation circuit (43) that generates a latch pulse synchronized with the angle signal S12. Further, the output signal S8 of the LPF (22x) for the X axis of the whirling component generation circuit (18)
Signal (swirling amplitude signal) S obtained by amplifying X with an amplifier (44)
18 is input to the four multipliers (41a) (41b) (41c) (41d). As a result, in the first multiplier (41a), for the whirling phase ωt that changes every moment, Xo · cos φ · co
sωt is calculated and output. Similarly, in the second multiplier (41b), Xo · sin φ · sin ωt, and in the third multiplier (41b)
In (c), Xo · cos φ · sin ωt is calculated, and in the fourth multiplier (41d), Xo · sin φ · cos ωt is calculated and output. First
The output signal S19 of the multiplier (41a) and the second multiplier (41b)
Is input to the subtractor (45), and the output signal S21 of the third multiplier (41c) and the output signal S22 of the fourth multiplier (41d) are input to the adder (46). Output S of subtractor (45)
4x (= Xo · cos φ · cos ωt−Xo · sin φ · sin ωt)
Is the output S4y (= X) of the adder (46) as in the following equation (1).
o · cos φ · sin ωt + Xo sin φ · cos ωt) can be rewritten as the following equation (2).

S4x=Xo・cos(ωt+φ) ……(1) S4y=Xo・sin(ωt+φ) ……(2) したがって、これらの出力信号S4x、S4yは、回転体の
ふれ回りに対して角度φだけ位相が進んだ信号になって
いる。そして、これらの信号S4x、S4yが第1の制御信号
S3x、S3yに加えられるため、回転体の回転数に同期した
周波数成分で高減衰力を発生させることができる。
S4x = Xo · cos (ωt + φ) (1) S4y = Xo · sin (ωt + φ) (2) Therefore, these output signals S4x and S4y have a phase corresponding to the rotation of the rotating body by an angle φ. It is an advanced signal. These signals S4x and S4y are the first control signals.
Since it is added to S3x and S3y, a high damping force can be generated with a frequency component synchronized with the rotation speed of the rotating body.

発明の効果 この発明のラジアル磁気軸受の制御装置によれば、上
述のように、回転体の回転数に同期した周波数成分で高
減衰力を発生させることにより、危険速度でのふれ回り
を小さくして、危険速度通過を容易にすることができ
る。また、回転数前後の狭い帯域でのみ高減衰力を発生
させるので、制御系の飽和の問題は生じない。
According to the radial magnetic bearing control device of the present invention, as described above, by generating a high damping force with a frequency component synchronized with the rotation speed of the rotating body, the whirling at the critical speed is reduced. As a result, it is possible to easily pass the dangerous speed. Further, since high damping force is generated only in a narrow band around the rotation speed, there is no problem of saturation of the control system.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図はこの発明の実施例を示すラジアル磁気軸受の制
御装置のブロック図、第2図は高減衰力発生回路のブロ
ック図、第3図は位相制御回路のブロック図、第4図は
第3図の位相制御回路の各部の信号を表わすタイムチャ
ート、第5図は固定座標系での回転体のふれ回りリサー
ジュ図形を表わすグラフ、第6図は回転座標系での回転
体のふれ回りを表わすグラフ、第7図はPSDの信号を表
わすタイムチャート、第8図は位相差とPSDおよびLPFの
出力との関係を表わすグフである。 (10)……制御装置、(11x)(11y)……位置センサ
ー、(12)……回転速度センサー、(13x)(13y)……
ラジアル磁気軸受、(15)……高減衰力発生回路。
FIG. 1 is a block diagram of a control device for a radial magnetic bearing showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of a high damping force generation circuit, FIG. 3 is a block diagram of a phase control circuit, and FIG. 3 is a time chart showing signals of various parts of the phase control circuit, FIG. 5 is a graph showing a whirling Lissajous figure of a rotating body in a fixed coordinate system, and FIG. 6 is a graph showing a whirling of a rotating body in a rotating coordinate system. FIG. 7 is a time chart showing the PSD signal, and FIG. 8 is a graph showing the relationship between the phase difference and the output of the PSD and LPF. (10) Control device (11x) (11y) Position sensor (12) Rotation speed sensor (13x) (13y)
Radial magnetic bearing (15): High damping force generation circuit.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】回転体の半径方向の位置を検出する位置セ
ンサーの出力信号にもとづいてラジアル磁気軸受を制御
する装置であって、 回転体の回転数に同期したふれ回り成分の振幅と位相を
検出し、回転体の回転数前後の狭い帯域でのみふれ回り
成分より位相の進んだ制御信号を発生する高減衰力発生
回路を備えていることを特徴とするラジアル磁気軸受の
制御装置。
An apparatus for controlling a radial magnetic bearing based on an output signal of a position sensor for detecting a position of a rotating body in a radial direction, wherein an amplitude and a phase of a whirling component synchronized with a rotation speed of the rotating body are determined. A control device for a radial magnetic bearing, comprising: a high damping force generation circuit for detecting and generating a control signal having a phase advanced from a whirling component only in a narrow band around the rotation speed of a rotating body.
JP62134380A 1987-05-28 1987-05-28 Control device for radial magnetic bearing Expired - Lifetime JP2630591B2 (en)

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