JP3090977B2 - 磁気軸受けの制御方法及び装置 - Google Patents
磁気軸受けの制御方法及び装置Info
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- JP3090977B2 JP3090977B2 JP03157914A JP15791491A JP3090977B2 JP 3090977 B2 JP3090977 B2 JP 3090977B2 JP 03157914 A JP03157914 A JP 03157914A JP 15791491 A JP15791491 A JP 15791491A JP 3090977 B2 JP3090977 B2 JP 3090977B2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
- F16F15/10—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system
- F16F15/18—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using electric, magnetic or electromagnetic means
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/044—Active magnetic bearings
- F16C32/0444—Details of devices to control the actuation of the electromagnets
- F16C32/0451—Details of controllers, i.e. the units determining the power to be supplied, e.g. comparing elements, feedback arrangements with P.I.D. control
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B21/00—Systems involving sampling of the variable controlled
- G05B21/02—Systems involving sampling of the variable controlled electric
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B5/00—Anti-hunting arrangements
- G05B5/01—Anti-hunting arrangements electric
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は磁気軸受けで支承された
回転体を高速回転まで安定な回転体にするための制御装
置に係わり、特に回転体を高速回転域まで減衰効果のあ
るように制御するために、フィードバック量の周波数領
域での処理を用いる場合に適した磁気軸受けの制御方法
及び装置に関する。
回転体を高速回転まで安定な回転体にするための制御装
置に係わり、特に回転体を高速回転域まで減衰効果のあ
るように制御するために、フィードバック量の周波数領
域での処理を用いる場合に適した磁気軸受けの制御方法
及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】磁気軸受けにおいては、ロータの慣性軸
と軸受けに設定された所定の軸とを完全に一致させるの
は難しい。また一般に回転体にはその形状や材質などに
より決まる固有の振動数があり、回転時に軸振動が大き
くなる危険速度をもつ。軸受けに減衰効果がないと危険
速度での振動が大きくなり、回転不可能になる。このよ
うな回転軸位置の振動を防止するために回転軸位置の所
定軸からのずれを検出し、このずれを抑圧し、減衰効果
をもたせるように磁気軸受けの電磁コイル電流を制御す
る制御装置が用いられる。ロータ回転軸の振動はロータ
回転数に同期した周波数成分に大きなエネルギーを持つ
から、そのような周波数での振動だけを大きく抑圧する
制御系であるのが好ましい。このため、特開昭５２ー９
３８５３号に示された制御装置では、ロータの回転速度
と等しい周波数でチューニングするフィルターをアナロ
グ回路で実現し、位相制御した信号をサーボ回路に供給
し、回転数成分の周波数に対して大きな減衰を与えてい
る。このために微分器、積分器、加算器などを組み込ん
だ複雑な回路を用いている。
と軸受けに設定された所定の軸とを完全に一致させるの
は難しい。また一般に回転体にはその形状や材質などに
より決まる固有の振動数があり、回転時に軸振動が大き
くなる危険速度をもつ。軸受けに減衰効果がないと危険
速度での振動が大きくなり、回転不可能になる。このよ
うな回転軸位置の振動を防止するために回転軸位置の所
定軸からのずれを検出し、このずれを抑圧し、減衰効果
をもたせるように磁気軸受けの電磁コイル電流を制御す
る制御装置が用いられる。ロータ回転軸の振動はロータ
回転数に同期した周波数成分に大きなエネルギーを持つ
から、そのような周波数での振動だけを大きく抑圧する
制御系であるのが好ましい。このため、特開昭５２ー９
３８５３号に示された制御装置では、ロータの回転速度
と等しい周波数でチューニングするフィルターをアナロ
グ回路で実現し、位相制御した信号をサーボ回路に供給
し、回転数成分の周波数に対して大きな減衰を与えてい
る。このために微分器、積分器、加算器などを組み込ん
だ複雑な回路を用いている。
【０００３】一方、前記した回転軸のずれの検出値をリ
アルタイムでフーリエ変換し、周波数領域で信号処理を
加えた後逆フーリエ変換した制御信号により電磁コイル
電流の制御を行うようにすれば、任意の制御特性の実現
が容易となり、好ましい。そこで離散フーリエ変換（以
下「ＤＦＴ」と略す）の原理を用いた周波数分析器（以
下「ＦＦＴ分析器」と略す）の概要を図３及び図４によ
り説明する。図３に示すように、規定のサンプリング周
期△ｔごとに入力波形ｘ（ｔ）をサンプリングし、それ
らをＮ個分メモリへ順次格納する（Ｎ＝８とする）。こ
れが図４のフローチャートのステップ４０１である。格
納された値がこの例では、 ｘ0，ｘ1，・・・ｘ7 とする。ステップ４０２では、ＤＦＴ変換の公式
アルタイムでフーリエ変換し、周波数領域で信号処理を
加えた後逆フーリエ変換した制御信号により電磁コイル
電流の制御を行うようにすれば、任意の制御特性の実現
が容易となり、好ましい。そこで離散フーリエ変換（以
下「ＤＦＴ」と略す）の原理を用いた周波数分析器（以
下「ＦＦＴ分析器」と略す）の概要を図３及び図４によ
り説明する。図３に示すように、規定のサンプリング周
期△ｔごとに入力波形ｘ（ｔ）をサンプリングし、それ
らをＮ個分メモリへ順次格納する（Ｎ＝８とする）。こ
れが図４のフローチャートのステップ４０１である。格
納された値がこの例では、 ｘ0，ｘ1，・・・ｘ7 とする。ステップ４０２では、ＤＦＴ変換の公式
【数１】 により複素振幅Ａk，ｋ＝０〜７を求める。ただしｊは
虚数単位であり、
虚数単位であり、
【数２】ωk＝２πｋ／８，ｋ＝０〜７ である。角周波数ωkごとの複素振幅Ａkは，その値の大
きいものほどその周波数の振動が大きいことを示してい
る。次のステップ４０３では、計算結果Ａk（ｋ＝０〜
７）の絶対値を棒グラフとしてデイスプレイ上に表示す
る。
きいものほどその周波数の振動が大きいことを示してい
る。次のステップ４０３では、計算結果Ａk（ｋ＝０〜
７）の絶対値を棒グラフとしてデイスプレイ上に表示す
る。
【０００４】図４のステップ４０１〜４０３に示される
データ取り込み→ＤＦＴ処理→デイスプレイ表示の一連
の操作を高速に行うものがＦＦＴ分析器である。この一
連の処理タイミングは図３に示すようになる。入力振動
波形の１サンプリング区間Ｔ＝（Ｎ−１）Δｔ毎に集中
してＮ（＝８）個のデータが取り込まれ、続いてＤＦＴ
の計算及びデイスプレイへの表示が行われるが、この計
算と表示の間はデータ取り込みが中止される。従って入
力波形の全ての区間がＤＦＴ計算されるわけではなく、
見逃される区間が存在するのは避けられない。このＤＦ
Ｔ計算法は、取り込んだデータｘ0〜ｘ7の値が、サンプ
リング区間Ｔの外においても周期的に繰り返される周期
関数であることを前提としている。従って実際にはサン
プリング区間だけ取り出すための窓関数を入力波形に掛
け、それからサンプリングが行われるのが普通である。
また数１の複素振幅Ａkを求めるアルゴリズムは、バタ
フライ演算と呼ばれる非常に高速なものが採用されてい
る。このように実際のフーリエ変換装置では、種々の工
夫がこらされており、従来例としては例えば特開昭６１
−１９６３７０号公報に記載されている装置がある。
データ取り込み→ＤＦＴ処理→デイスプレイ表示の一連
の操作を高速に行うものがＦＦＴ分析器である。この一
連の処理タイミングは図３に示すようになる。入力振動
波形の１サンプリング区間Ｔ＝（Ｎ−１）Δｔ毎に集中
してＮ（＝８）個のデータが取り込まれ、続いてＤＦＴ
の計算及びデイスプレイへの表示が行われるが、この計
算と表示の間はデータ取り込みが中止される。従って入
力波形の全ての区間がＤＦＴ計算されるわけではなく、
見逃される区間が存在するのは避けられない。このＤＦ
Ｔ計算法は、取り込んだデータｘ0〜ｘ7の値が、サンプ
リング区間Ｔの外においても周期的に繰り返される周期
関数であることを前提としている。従って実際にはサン
プリング区間だけ取り出すための窓関数を入力波形に掛
け、それからサンプリングが行われるのが普通である。
また数１の複素振幅Ａkを求めるアルゴリズムは、バタ
フライ演算と呼ばれる非常に高速なものが採用されてい
る。このように実際のフーリエ変換装置では、種々の工
夫がこらされており、従来例としては例えば特開昭６１
−１９６３７０号公報に記載されている装置がある。
【０００５】上記の通常のＦＦＴ分析器は、振動波形の
周波数分析結果を表示、モニタするのが主目的であり、
データ取り込みの休止期間があっても差し支えない。出
力と表示された各周波数成分の複素振幅値をモニタして
異常振動の発生を検知したり、その原因を分析する上で
非常に有用な情報がえられるので、ＦＦＴ分析器は広く
普及している。しかし制御装置として使用するために
は、休止期間があっては十分な制御ができないことにな
る。休止期間なしで波形データを１個取り込むごとにＤ
ＦＴ処理を行い、複素振幅を求める計算公式は、例えば
安居因猛、中島正之著「ＦＦＴの使い方」電子科学シリ
ーズ９１、産報出版１９８２年２月の１３２〜１３３頁
に示されており、次のような処理を行う。いま図５に示
すように、入力波形ｘ（ｔ）上の０〜７（Ｎ＝７とす
る）で示した時刻のサンプリング値ｘ0〜ｘ7がメモリに
取り込まれており、複素振幅値Ａk、ｋ＝０〜７が計算
されていたとする。次に入力ｘ（ｔ）の８で示した時刻
の値ｘ8がサンプリングにより取り込まれると、一番古
いデータｘout＝ｘ0が捨てられ、各データが１つづつメ
モリ内で左へつめられ、右端の空いたところにいま取り
込まれたｘin＝ｘ8が格納される。このときの複素振幅
Ａkは
周波数分析結果を表示、モニタするのが主目的であり、
データ取り込みの休止期間があっても差し支えない。出
力と表示された各周波数成分の複素振幅値をモニタして
異常振動の発生を検知したり、その原因を分析する上で
非常に有用な情報がえられるので、ＦＦＴ分析器は広く
普及している。しかし制御装置として使用するために
は、休止期間があっては十分な制御ができないことにな
る。休止期間なしで波形データを１個取り込むごとにＤ
ＦＴ処理を行い、複素振幅を求める計算公式は、例えば
安居因猛、中島正之著「ＦＦＴの使い方」電子科学シリ
ーズ９１、産報出版１９８２年２月の１３２〜１３３頁
に示されており、次のような処理を行う。いま図５に示
すように、入力波形ｘ（ｔ）上の０〜７（Ｎ＝７とす
る）で示した時刻のサンプリング値ｘ0〜ｘ7がメモリに
取り込まれており、複素振幅値Ａk、ｋ＝０〜７が計算
されていたとする。次に入力ｘ（ｔ）の８で示した時刻
の値ｘ8がサンプリングにより取り込まれると、一番古
いデータｘout＝ｘ0が捨てられ、各データが１つづつメ
モリ内で左へつめられ、右端の空いたところにいま取り
込まれたｘin＝ｘ8が格納される。このときの複素振幅
Ａkは
【数３】 Ａk1＝（Ａk0＋（ｘinーｘout）／Ｎー1/2）exp（ｊωk），ｋ＝０〜７ で与えられることが容易に導ける。式（３）によれば、
前回サンプリング時の複素振幅値Ａk0，ｋ＝０〜７を保
持しておけば、今回の複素振幅値Ａk1，ｋ＝０〜７は各
ｋについて複素数の加算、減算、乗算、除算を各々１回
づつ行えば求められ、数１をサンプリング毎に計算する
よりもはるかに少ない時間で実行でき、リアルタイム処
理が容易となる。
前回サンプリング時の複素振幅値Ａk0，ｋ＝０〜７を保
持しておけば、今回の複素振幅値Ａk1，ｋ＝０〜７は各
ｋについて複素数の加算、減算、乗算、除算を各々１回
づつ行えば求められ、数１をサンプリング毎に計算する
よりもはるかに少ない時間で実行でき、リアルタイム処
理が容易となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ＦＦＴ分析器における
ＤＦＴ計算法では、サンプリング区間外においても周期
的に繰り返される周期関数であり、かつ図６（ａ）に示
すように入力波形のサンプリング区間がその周期と一致
していたとすれば、入力波形をフーリエ変換し、求めた
複素振幅値の位相を９０度すすめたものをフーリエ逆変
換によって実時間波形に表現したとき、入力波形の９０
度位相がすすんだ波形（サンプリング休止期間中の波
形）を知ることができる。しかし図６（ｂ）の場合のよ
うに、サンプリング区間と一致しない周期を持つ周期関
数の場合にはこのようなことは成立せず、まして入力波
形が周期関数からずれたときには正しい処理が行えな
い。また前記した休止期間無しでＤＦＴ計算を行う方法
を用いた磁気軸受けの制御装置はまだ実現されていな
い。
ＤＦＴ計算法では、サンプリング区間外においても周期
的に繰り返される周期関数であり、かつ図６（ａ）に示
すように入力波形のサンプリング区間がその周期と一致
していたとすれば、入力波形をフーリエ変換し、求めた
複素振幅値の位相を９０度すすめたものをフーリエ逆変
換によって実時間波形に表現したとき、入力波形の９０
度位相がすすんだ波形（サンプリング休止期間中の波
形）を知ることができる。しかし図６（ｂ）の場合のよ
うに、サンプリング区間と一致しない周期を持つ周期関
数の場合にはこのようなことは成立せず、まして入力波
形が周期関数からずれたときには正しい処理が行えな
い。また前記した休止期間無しでＤＦＴ計算を行う方法
を用いた磁気軸受けの制御装置はまだ実現されていな
い。
【０００７】本発明の目的は、ロータ回転軸の振動が完
全な周期関数でない場合にも、その回転速度に同期した
振動を効率よく抑止できる、フーリエ変換法を用いた磁
気軸受けの制御方法及び装置を提供するにある。
全な周期関数でない場合にも、その回転速度に同期した
振動を効率よく抑止できる、フーリエ変換法を用いた磁
気軸受けの制御方法及び装置を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の制御方法は、回
転体の回転に同期したパルスで振動波形をサンプリング
し、一回転毎の波形値を平均化し、振動波形の内の回転
体の回転数に同期した周波数成分だけを抽出しこの成分
をフーリエ変換した周波数領域における信号処理によっ
て抑圧するように磁気軸受けを制御してなる。
転体の回転に同期したパルスで振動波形をサンプリング
し、一回転毎の波形値を平均化し、振動波形の内の回転
体の回転数に同期した周波数成分だけを抽出しこの成分
をフーリエ変換した周波数領域における信号処理によっ
て抑圧するように磁気軸受けを制御してなる。
【０００９】更に本発明の制御方法は、磁気軸受けの回
転体の１回転毎に予め定められた整数Ｎに対して第１か
ら第ＮまでのＮ個のサンプリングパルスを発生し、上記
回転体の回転軸の該軸に垂直な面内の２方向の所定位置
からのずれを検出し、該検出した２方向のずれの各々上
記第１〜第Ｎサンプリングパルスによりサンプリングし
て第１〜第Ｎサンプリング値を出力し、上記２方向の第
ｉサンプリング値（ｉ＝１〜Ｎ）が出力される毎に該値
の各々について動作開始時以降に得られた第ｉサンプリ
ング値を平均した第ｉ平均値からその時点までの第ｉ平
均値を求め該得られた上記２方向の第１〜第Ｎ平均値か
ら離散フーリエ変換により複素振幅値を求め、信号処理
した後に離散フーリエ逆変換により制御信号を算出し、
該制御信号により磁気軸受けの回転体の回転軸を制御す
る。
転体の１回転毎に予め定められた整数Ｎに対して第１か
ら第ＮまでのＮ個のサンプリングパルスを発生し、上記
回転体の回転軸の該軸に垂直な面内の２方向の所定位置
からのずれを検出し、該検出した２方向のずれの各々上
記第１〜第Ｎサンプリングパルスによりサンプリングし
て第１〜第Ｎサンプリング値を出力し、上記２方向の第
ｉサンプリング値（ｉ＝１〜Ｎ）が出力される毎に該値
の各々について動作開始時以降に得られた第ｉサンプリ
ング値を平均した第ｉ平均値からその時点までの第ｉ平
均値を求め該得られた上記２方向の第１〜第Ｎ平均値か
ら離散フーリエ変換により複素振幅値を求め、信号処理
した後に離散フーリエ逆変換により制御信号を算出し、
該制御信号により磁気軸受けの回転体の回転軸を制御す
る。
【００１０】本発明の制御装置は、磁気軸受けの回転体
の１回転毎に予め定められた整数Ｎに対して第１から第
ＮまでのＮ個のサンプリングパルスを発生するパルス発
生手段と、上記回転体の回転軸の該軸に垂直な面内の２
方向の所定位置からのずれを検出する検出手段と、該検
出した２方向のずれの各々上記第１〜第Ｎサンプリング
パルスによりサンプリングして第１〜第Ｎサンプリング
値を出力するサンプリング手段と、該手段から上記２方
向の第ｉサンプリング値（ｉ＝１〜Ｎ）が出力される毎
に該値の各々について動作開始時以降に得られた第ｉサ
ンプリング値を平均した第ｉ平均値からその時点までの
第ｉ平均値を求める平均化手段と、該手段により得られ
た上記２方向の第１〜第Ｎ平均値から離散フーリエ変換
により複素振幅値を求め、信号処理した後に離散フーリ
エ逆変換により制御信号を算出する信号処理手段と、該
制御信号により磁気軸受けの回転体の回転軸を制御する
制御手段とを備える。
の１回転毎に予め定められた整数Ｎに対して第１から第
ＮまでのＮ個のサンプリングパルスを発生するパルス発
生手段と、上記回転体の回転軸の該軸に垂直な面内の２
方向の所定位置からのずれを検出する検出手段と、該検
出した２方向のずれの各々上記第１〜第Ｎサンプリング
パルスによりサンプリングして第１〜第Ｎサンプリング
値を出力するサンプリング手段と、該手段から上記２方
向の第ｉサンプリング値（ｉ＝１〜Ｎ）が出力される毎
に該値の各々について動作開始時以降に得られた第ｉサ
ンプリング値を平均した第ｉ平均値からその時点までの
第ｉ平均値を求める平均化手段と、該手段により得られ
た上記２方向の第１〜第Ｎ平均値から離散フーリエ変換
により複素振幅値を求め、信号処理した後に離散フーリ
エ逆変換により制御信号を算出する信号処理手段と、該
制御信号により磁気軸受けの回転体の回転軸を制御する
制御手段とを備える。
【００１１】
【作用】回転体の回転に同期したパルスで振動波形をサ
ンプリングし、一回転毎の波形値の平均を平均化処理手
段により求めるから、振動波形の内の回転体の回転数に
同期した周波数成分だけが抽出される。この成分が回転
体のずれの主要成分であるからこれをフーリエ変換した
周波数領域における信号処理によって抑圧するように磁
気軸受けを制御すれば、望ましい制御を容易に実現でき
る。しかもこのフーリエ変換処理は高速に行えるので、
実時間処理が容易になる。
ンプリングし、一回転毎の波形値の平均を平均化処理手
段により求めるから、振動波形の内の回転体の回転数に
同期した周波数成分だけが抽出される。この成分が回転
体のずれの主要成分であるからこれをフーリエ変換した
周波数領域における信号処理によって抑圧するように磁
気軸受けを制御すれば、望ましい制御を容易に実現でき
る。しかもこのフーリエ変換処理は高速に行えるので、
実時間処理が容易になる。
【００１２】
【実施例】以下本発明の一実施例を図１と図２により説
明する。図１は本発明の制御装置の一実施例を示すブロ
ック図で、磁気軸受けのロータ１の振動変位ｘは、位置
検出器２Ｘで検出され、サンプリング回路３によってサ
ンプリングされる。このときのサンプリングトリガは、
ロータ１の回転をその検出器４で取り出し、ＰＬＬ回路
５により１回転あたりＮ個のパルスとしたものを用い
る。ＰＬＬ回路５と検出器４は、１回転にＮパルスを出
力するパルスエンコーダに代えてもよい。こうして取り
込んだサンプリング値は平均化処理回路６へ入力され
る。なお、ロータ回転軸の振動は回転軸の垂直面内で二
次元的に生じるが、図１に示したのはその１軸成分のみ
の制御系を示しており、実際にはもう１つの位置検出器
２Ｙの出力ｙについても同様な制御を行う。
明する。図１は本発明の制御装置の一実施例を示すブロ
ック図で、磁気軸受けのロータ１の振動変位ｘは、位置
検出器２Ｘで検出され、サンプリング回路３によってサ
ンプリングされる。このときのサンプリングトリガは、
ロータ１の回転をその検出器４で取り出し、ＰＬＬ回路
５により１回転あたりＮ個のパルスとしたものを用い
る。ＰＬＬ回路５と検出器４は、１回転にＮパルスを出
力するパルスエンコーダに代えてもよい。こうして取り
込んだサンプリング値は平均化処理回路６へ入力され
る。なお、ロータ回転軸の振動は回転軸の垂直面内で二
次元的に生じるが、図１に示したのはその１軸成分のみ
の制御系を示しており、実際にはもう１つの位置検出器
２Ｙの出力ｙについても同様な制御を行う。
【００１３】図２はこの回路６以降の処理を示すフロー
チャートである。この処理は処理装置で実現され、Ｎ個
のサンプリング値に対応して後述の平均値ｅ0〜ｅN-1を
格納するためのＮ個のデータ格納エリアと、計算結果の
複素振幅Ｃ0〜ＣN-1を格納するための２Ｎ個のデータ格
納エリア（実数部、虚数部各Ｎ個）と、処理結果の複素
振幅Ｂ0〜ＢN-1を格納するための２Ｎ個のデータ格納エ
リア（実数部、虚数部各Ｎ個）とが用意されている。処
理装置の動作開始時には、まずステップ２０１で上記の
データ格納エリアすべてをクリアし、続いてステップ２
０２で平均化処理のためのパラメータＭを０にセット
し、ステップ２０３でもう１つのパラメータｉを０にセ
ットし、ステップ２０４でサンプリングされたデータ１
つを取り込みそれをＸとする。続いてステップ２０５で
それまで平均値ｅiとして求められていた値をｘoutに代
入し、入力したＸを用いて
チャートである。この処理は処理装置で実現され、Ｎ個
のサンプリング値に対応して後述の平均値ｅ0〜ｅN-1を
格納するためのＮ個のデータ格納エリアと、計算結果の
複素振幅Ｃ0〜ＣN-1を格納するための２Ｎ個のデータ格
納エリア（実数部、虚数部各Ｎ個）と、処理結果の複素
振幅Ｂ0〜ＢN-1を格納するための２Ｎ個のデータ格納エ
リア（実数部、虚数部各Ｎ個）とが用意されている。処
理装置の動作開始時には、まずステップ２０１で上記の
データ格納エリアすべてをクリアし、続いてステップ２
０２で平均化処理のためのパラメータＭを０にセット
し、ステップ２０３でもう１つのパラメータｉを０にセ
ットし、ステップ２０４でサンプリングされたデータ１
つを取り込みそれをＸとする。続いてステップ２０５で
それまで平均値ｅiとして求められていた値をｘoutに代
入し、入力したＸを用いて
【数４】ｘin＝（２Mｅi＋Ｘ）／（１＋２M） を新しい平均値として求め、これをｅiへ代入する。こ
こまでが図１の平均化処理６の内容であるが、この意味
を図７を用いて次に説明する。
こまでが図１の平均化処理６の内容であるが、この意味
を図７を用いて次に説明する。
【００１４】図７において、入力波形ｘに対してある時
点ｔ0からロータの１回転の時間Ｔ内に８個のパルスで
サンプリング値ｘ0 0〜ｘ7 0が得られたとする。そうする
とこの下付き添え字０〜７が図２のｉに対応し、ステッ
プ２０５の式（４）で求められたｘinがｅ0〜ｅ7として
平均値格納エリアにこの順で格納される。次のロータの
１回転時にもｘ0 1，ｘ0 2・・・のサンプリング値に対し
て同様な処理が行われる。従ってロータの１回転毎に、
最初のパルスによるサンプリング値とその前の最初のパ
ルスのサンプリング時に得た平均値とを用いて、式
（４）により新しい平均値ｅ0が求められ、同様に２番
目以降のパルスについてもｅ1，ｅ2・・・が更新され
る。従って図２のステップ２０５で求められるｅ0〜ｅ7
はロータ１回転毎の振動波形を重ねて平均したものとな
っており、この処理によってロータ回転数に同期した振
動成分のみが取り出されることになる。
点ｔ0からロータの１回転の時間Ｔ内に８個のパルスで
サンプリング値ｘ0 0〜ｘ7 0が得られたとする。そうする
とこの下付き添え字０〜７が図２のｉに対応し、ステッ
プ２０５の式（４）で求められたｘinがｅ0〜ｅ7として
平均値格納エリアにこの順で格納される。次のロータの
１回転時にもｘ0 1，ｘ0 2・・・のサンプリング値に対し
て同様な処理が行われる。従ってロータの１回転毎に、
最初のパルスによるサンプリング値とその前の最初のパ
ルスのサンプリング時に得た平均値とを用いて、式
（４）により新しい平均値ｅ0が求められ、同様に２番
目以降のパルスについてもｅ1，ｅ2・・・が更新され
る。従って図２のステップ２０５で求められるｅ0〜ｅ7
はロータ１回転毎の振動波形を重ねて平均したものとな
っており、この処理によってロータ回転数に同期した振
動成分のみが取り出されることになる。
【００１５】図２の次のステップ２０６は、図１の処理
７を実行するもので、ステップ２０５で求められた
ｘin，ｘoutと、前回求められた複素振幅Ｃkを用いて、
複素振幅Ｃkを連続形実時間ＦＦＴと呼ばれる次式で更
新する；
７を実行するもので、ステップ２０５で求められた
ｘin，ｘoutと、前回求められた複素振幅Ｃkを用いて、
複素振幅Ｃkを連続形実時間ＦＦＴと呼ばれる次式で更
新する；
【数５】 Ｃk←Ｃk＋Ｎ-1/2（ｘin−ｘout）exp（−ｉｊωk），ｋ＝０〜７ 但しωkは数２の値であり、また数５の計算は特開平２
−２４４２０５号に示されたものである。この計算法を
用いることによりフーリエ変換処理を高速に実行でき
る。
−２４４２０５号に示されたものである。この計算法を
用いることによりフーリエ変換処理を高速に実行でき
る。
【００１６】次のステップ２０７では、処理８における
複素振幅Ｃkの制御則にもとづく加工を行って複素振幅
Ｂkを算出する。例えば振動波形ｘからその速度を示す
信号のフーリエ変換を求めるには
複素振幅Ｃkの制御則にもとづく加工を行って複素振幅
Ｂkを算出する。例えば振動波形ｘからその速度を示す
信号のフーリエ変換を求めるには
【数６】Ｂk＝ｊωkＣk，ｋ＝０〜Ｎ−１ とすればよい。また
【数７】Ｂk＝ｊＣk，ｋ＝０〜７ とすると、ゲインを変えることなく９０度位相の進んだ
複素振幅値を得ることができる。いづれにしても目的に
応じて制御信号の複素振幅値Ｂkを求めればよく、この
処理は一般に数６、数７に示したように、何等かの定数
αkをもちいて
複素振幅値を得ることができる。いづれにしても目的に
応じて制御信号の複素振幅値Ｂkを求めればよく、この
処理は一般に数６、数７に示したように、何等かの定数
αkをもちいて
【数８】Ｂk＝αkＣk，ｋ＝０〜Ｎー１ と書ける。
【００１４】次のステップ２０８では図１の処理９、す
なわちＢｋからフーリエ逆変換を行って時間領域のサン
プリング値ｖiを次式により算出する；
なわちＢｋからフーリエ逆変換を行って時間領域のサン
プリング値ｖiを次式により算出する；
【数９】
【００１８】以上の処理が終わるとステップ２０９でｉ
を１増やしてステップ２０４以降を繰り返し、ｉ＝Ｎに
なったらロータが１回転したことを示すからＭを１ふや
したのち、ステップ２０３へ戻って次の１回転の処理に
はいる。このようにパラメータＭはロータがいままで何
回転したかを表している。
を１増やしてステップ２０４以降を繰り返し、ｉ＝Ｎに
なったらロータが１回転したことを示すからＭを１ふや
したのち、ステップ２０３へ戻って次の１回転の処理に
はいる。このようにパラメータＭはロータがいままで何
回転したかを表している。
【００１９】以上のようにして、そのときのロータ回転
数やその高調波に相当する振動成分を平均化処理により
取り出し、これを周波数領域へ変換して信号処理をした
後時間領域に戻して磁気軸受けの制御を行うから、特に
振動の大きくなる周波数（ロータの回転数）やその高調
波に於ける振動だけを抑圧でき、振動成分のない周波数
まで抑圧しないから、エネルギー損失の少ない、効率の
よい制御が行える。
数やその高調波に相当する振動成分を平均化処理により
取り出し、これを周波数領域へ変換して信号処理をした
後時間領域に戻して磁気軸受けの制御を行うから、特に
振動の大きくなる周波数（ロータの回転数）やその高調
波に於ける振動だけを抑圧でき、振動成分のない周波数
まで抑圧しないから、エネルギー損失の少ない、効率の
よい制御が行える。
【００２０】また図１ではサンプリング値ｘｉから平均
化処理したｅiを差し引いたΔｘiを求めてＰＩＤ処理１
０を行っているが、このΔｘiはロータ回転数に同期し
た成分以外の、ゆらぎ成分に相当する。従ってこれをＰ
ＩＤ処理（比例、積分、微分）した信号で磁気軸受けの
制御を行えば、高調波がΔｘiからすでに取り除かれて
いるのでＰＩＤ処理が容易になり、かつこのゆらぎを抑
圧する制御も確実に行える。
化処理したｅiを差し引いたΔｘiを求めてＰＩＤ処理１
０を行っているが、このΔｘiはロータ回転数に同期し
た成分以外の、ゆらぎ成分に相当する。従ってこれをＰ
ＩＤ処理（比例、積分、微分）した信号で磁気軸受けの
制御を行えば、高調波がΔｘiからすでに取り除かれて
いるのでＰＩＤ処理が容易になり、かつこのゆらぎを抑
圧する制御も確実に行える。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、磁気軸受けの回転に同
期した振動の抑圧を、平均化処理と実時間フーリエ変換
処理を用いて正確に行える効果があり、また回転に同期
した成分以外のゆらぎを高周波域まで減衰効果のあるＰ
ＩＤ回路を用いて確実に抑圧することができる。
期した振動の抑圧を、平均化処理と実時間フーリエ変換
処理を用いて正確に行える効果があり、また回転に同期
した成分以外のゆらぎを高周波域まで減衰効果のあるＰ
ＩＤ回路を用いて確実に抑圧することができる。
【図１】本発明の制御装置の一実施例を示すブロック図
である。
である。
【図２】図１の制御装置の動作を示すフローチャートで
ある。
ある。
【図３】従来のＦＦＴ分析器の動作を示すタイミングチ
ャートである。
ャートである。
【図４】ＦＦＴ分析器におけるフーリエ変換処理のフロ
ーチャートである。
ーチャートである。
【図５】連続形フーリエ変換処理の説明図である。
【図６】周期関数の周期とサンプリング区間との関係を
示す図である。
示す図である。
【図７】図２の平均化処理の説明図である。
１ ロータ ２Ｘ 位置検出器 ２Ｙ 位置検出器 ３ サンプリング回路 ４ 回転検出器 ５ ＰＬＬ ６ 平均化処理 ７ 離散フーリエ変換 ８ 信号処理 ９ 離散逆フーリエ変換
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福島 康雄 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社 日立製作所土浦工場内 (56)参考文献 特開 昭63−254219（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16C 32/04
Claims (6)
- 【請求項１】 磁気軸受けの回転体の実際の１回転毎に
予め定められた整数Ｎに対して第１から第ＮまでのＮ個
のサンプリングパルスを発生し、上記回転体の回転軸の
該軸に垂直な面内の２方向の所定位置からのずれを検出
し、該検出した２方向のずれの各々上記第１〜第Ｎサン
プリングパルスによりサンプリングして第１〜第Ｎサン
プリング値を出力し、上記２方向の第ｉサンプリング値
（ｉ＝１〜Ｎ）が出力される毎に該値の各々について動
作開始時以降に得られた第ｉサンプリング値を平均した
第ｉ平均値からその時点までの第ｉ平均値を求め該得ら
れた上記２方向の第１〜第Ｎ平均値から離散フーリエ変
換により複素振幅値を求め、信号処理した後に離散フー
リエ逆変換により制御信号を算出し、該制御信号により
磁気軸受けの回転体の回転軸を制御することを特徴とす
る磁気軸受けの制御方法。 - 【請求項２】 磁気軸受けの回転体の実際の１回転毎に
予め定められた整数Ｎに対して第１から第ＮまでのＮ個
のサンプリングパルスを発生するパルス発生手段と、上
記回転体の回転軸の該軸に垂直な面内の２方向の所定位
置からのずれを検出する検出手段と、該検出した２方向
のずれの各々上記第１〜第Ｎサンプリングパルスにより
サンプリングして第１〜第Ｎサンプリング値を出力する
サンプリング手段と、該手段から上記２方向の第ｉサン
プリング値（ｉ＝１〜Ｎ）が出力される毎に該値の各々
について動作開始時以降に得られた第ｉサンプリング値
を平均した第ｉ平均値からその時点までの第ｉ平均値を
求める平均化手段と、該手段により得られた上記２方向
の第１〜第Ｎ平均値から離散フーリエ変換により複素振
幅値を求め、信号処理した後に離散フーリエ逆変換によ
り制御信号を算出する信号処理手段と、該制御信号によ
り磁気軸受けの回転体の回転軸を制御する制御手段とを
備えたことを特徴とする磁気軸受けの制御装置。 - 【請求項３】 前記２方向の第ｉサンプリング値（ｉ＝
１〜Ｎ）からそのとき算出された前記第ｉ平均値を差し
引き、該差し引いた値を予め定めた制御要素により処理
した信号を前記信号処理手段の出力に加えて磁気軸受け
を制御することを特徴とする請求項２記載の磁気軸受け
の制御装置。 - 【請求項４】 前記信号処理手段におけるフーリエ変換
処理は、前記第ｉサンプリング値（ｉ＝１〜Ｎ）が入力
されたときには該第ｉサンプリング値と当該時点よりＮ
サンプリング前に得られた第ｉ平均値と当該時点より１
サンプリング前に得られた複素振幅値とから算出するこ
とを特徴とする請求項２または３記載の磁気軸受けの制
御装置。 - 【請求項５】 前記パルス発生手段は、回転軸の１回転
毎にパルスを出力する回転検出手段と、該手段のパルス
からＮ個の等間隔パルスを発生するパルス発生器から構
成したことを特徴とする請求項２または３記載の磁気軸
受けの制御装置。 - 【請求項６】 前記パルス発生手段は、回転軸の１回転
毎にＮ個のパルスを発生するエンコーダであることを特
徴とする請求項２または３記載の磁気軸受けの制御装
置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03157914A JP3090977B2 (ja) | 1991-05-31 | 1991-05-31 | 磁気軸受けの制御方法及び装置 |
| FR9206445A FR2689583B1 (fr) | 1991-05-31 | 1992-05-26 | Procédé et appareil de commande pour supprimer les composantes de vibration dans un palier magnétique. |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03157914A JP3090977B2 (ja) | 1991-05-31 | 1991-05-31 | 磁気軸受けの制御方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0552219A JPH0552219A (ja) | 1993-03-02 |
| JP3090977B2 true JP3090977B2 (ja) | 2000-09-25 |
Family
ID=15660217
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03157914A Expired - Fee Related JP3090977B2 (ja) | 1991-05-31 | 1991-05-31 | 磁気軸受けの制御方法及び装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP3090977B2 (ja) |
| FR (1) | FR2689583B1 (ja) |
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| GB2281369A (en) * | 1993-06-10 | 1995-03-01 | Mas Research Ltd | Vibration cancellation device |
| JP3463218B2 (ja) * | 1993-12-24 | 2003-11-05 | 光洋精工株式会社 | 磁気軸受装置 |
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| EP1244196A3 (de) | 2001-03-15 | 2003-06-25 | Neumag GmbH & Co. KG | Walze zum Führen von zumindest einem Faden |
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| JP5279890B2 (ja) * | 2011-12-29 | 2013-09-04 | 株式会社大阪真空機器製作所 | ラジアル方向制御器及び、それが適用された磁気軸受装置 |
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| US10465557B2 (en) | 2015-09-01 | 2019-11-05 | Rolls-Royce North American Technologies, Inc. | Magnetic squeeze film damper system for a gas turbine engine |
| FR3044410B1 (fr) * | 2015-11-26 | 2018-10-26 | Safran Electrical & Power | Systeme d'equilibrage auto-adaptatif, machine tournante electrique et ventilateur associes |
| JP7119312B2 (ja) * | 2017-09-04 | 2022-08-17 | 株式会社島津製作所 | 磁気軸受制御装置および真空ポンプ |
| CN113898604A (zh) * | 2021-10-09 | 2022-01-07 | 广东美的暖通设备有限公司 | 轴承系统、制冷设备、离心压缩机及其控制方法、装置 |
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|---|---|---|---|---|
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-
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- 1991-05-31 JP JP03157914A patent/JP3090977B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-05-26 FR FR9206445A patent/FR2689583B1/fr not_active Expired - Fee Related
- 1992-05-29 US US07/889,997 patent/US5256952A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
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|---|---|
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| FR2689583A1 (fr) | 1993-10-08 |
| JPH0552219A (ja) | 1993-03-02 |
| FR2689583B1 (fr) | 1995-02-24 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |