JPH05141421A - Control circuit for magnetic bearing - Google Patents
Control circuit for magnetic bearingInfo
- Publication number
- JPH05141421A JPH05141421A JP30154791A JP30154791A JPH05141421A JP H05141421 A JPH05141421 A JP H05141421A JP 30154791 A JP30154791 A JP 30154791A JP 30154791 A JP30154791 A JP 30154791A JP H05141421 A JPH05141421 A JP H05141421A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit
- proportional
- signal
- output
- rotor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/044—Active magnetic bearings
- F16C32/0444—Details of devices to control the actuation of the electromagnets
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は磁気軸受で支えられた磁
気浮上形ロータの制御装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic levitation type rotor control device supported by magnetic bearings.
【0002】[0002]
【従来の技術】ここで対象とする磁気軸受とはロータを
はさんで互いに対向する電磁石の吸引力によってロータ
を空中支持する能動形磁気軸受である。ロータを安定に
支持するには変位センサによって、常に、ロータの位置
を監視し、その変位信号に基づいて、ロータが安定に支
持されるように電磁力を制御する必要がある。補償回路
は一般にPID制御が基本となっている。2. Description of the Related Art A magnetic bearing of interest is an active magnetic bearing that supports a rotor in the air by the attractive force of electromagnets that face each other with the rotor in between. In order to stably support the rotor, it is necessary to constantly monitor the position of the rotor by a displacement sensor and control the electromagnetic force based on the displacement signal so that the rotor is stably supported. The compensation circuit is generally based on PID control.
【0003】図2はラジアル軸受の概念図である。1は
ロータ、2は変位センサ、3a,3bは電磁石、4は変
位センサの変換器、5は補償回路、6はスイッチャ、7
a,7bはパワーアンプ(電流増幅器)である。FIG. 2 is a conceptual diagram of a radial bearing. 1 is a rotor, 2 is a displacement sensor, 3a and 3b are electromagnets, 4 is a displacement sensor converter, 5 is a compensation circuit, 6 is a switcher, 7
Reference numerals a and 7b are power amplifiers (current amplifiers).
【0004】なお、この種の磁気軸受の基本技術に関連
するものには、「電磁力応用機器のダイナミックス(コ
ロナ社 1990年7月25日発行 pp. 159〜17
6)」がある。[0004] Incidentally, the one related to the basic technology of this type of magnetic bearing is "Dynamics of electromagnetic force application equipment (Corona Publishing Co., Ltd., July 25, 1990, pp. 159-17.
6) ”
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】前述の磁気軸受の補償
回路において、軸受の剛性あるいは減衰性の向上を図る
ために、補償回路の位相進み量やゲインを大きくすると
ロータの高次モードが不安定化して発振を起こすことが
あった。これは位相遅れの領域に存在していたロータの
高次モードの部分で一巡伝達関数のゲインが0dBを越
えるためである。In the compensating circuit for the magnetic bearing described above, if the phase lead amount or gain of the compensating circuit is increased in order to improve the rigidity or damping of the bearing, the higher order mode of the rotor becomes unstable. It may be oscillated and cause oscillation. This is because the gain of the open loop transfer function exceeds 0 dB in the higher-order mode portion of the rotor existing in the phase delay region.
【0006】このような制御不能を回避するには、高周
波のゲインを低く保ちながら、低周波のモードに対する
位相進み量やゲインを大きくできる手段があれば良い。
あるいは低周波の制御性能を劣化させずに高周波のゲイ
ンを減衰させる手段があれば良い。In order to avoid such uncontrollability, it is sufficient to have a means capable of increasing the amount of phase advance and the gain for the low frequency mode while keeping the high frequency gain low.
Alternatively, a means for attenuating the high frequency gain without degrading the low frequency control performance may be used.
【0007】上述の要求の後者の表現に対応した技術と
して、従来よりローパスフィルタによって高周波のゲイ
ンを減衰させる方法が行われているが、ローパスフィル
タは位相遅れも同時に招くので、使い方が難しい。特開
平2−21025号公報では補償器の出力をそれぞれ、ローパ
スフィルタ(二次以上)と比例回路に入力し、これらの
回路の出力を加算した信号を電流増幅器に入力すること
により、位相遅れを最小に保ちながら高周波のゲインを
抑える回路を考案している。また、上述の要求の後者の
表現に対応した技術として、日経メカニカル(198
4.10.22,p102/110)では特定周波数に
おいて位相進みを増大させる制御回路を公開している。As a technique corresponding to the latter expression of the above demand, a method of attenuating a high frequency gain by a low pass filter has been conventionally performed, but the low pass filter is difficult to use because it also causes a phase delay. In Japanese Patent Laid-Open No. 21025/1990, the output of the compensator is input to a low-pass filter (second or higher) and a proportional circuit, and the signal obtained by adding the outputs of these circuits is input to a current amplifier to reduce the phase delay. We are devising a circuit that suppresses high frequency gain while keeping it to a minimum. In addition, as a technique corresponding to the latter expression of the above requirement, Nikkei Mechanical (198
4.10.22, p102 / 110) discloses a control circuit for increasing the phase advance at a specific frequency.
【0008】本発明の目的は特開平2−21025号公報とは
異なる回路構成によって、高周波のゲインを抑える回路
を提供することにある。An object of the present invention is to provide a circuit which suppresses high frequency gain by a circuit configuration different from that of Japanese Patent Laid-Open No. 21025/1990.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では磁気軸受装置の制御装置で、センサ回
路と補償回路の間、あるいは補償回路と電流増幅器の間
に比例回路を接続し、さらに比例回路の出力信号を二次
以上のローパスフィルタを通して、前記比例回路の入力
に正帰還する。In order to achieve the above object, in the present invention, a proportional circuit is connected between a sensor circuit and a compensation circuit or between a compensation circuit and a current amplifier in a controller of a magnetic bearing device. Further, the output signal of the proportional circuit is positively fed back to the input of the proportional circuit through a second-order or higher-order low-pass filter.
【0010】[0010]
【作用】本発明の目的では、センサ回路と補償回路の
間、あるいは補償回路と電流増幅器の間に比例回路を接
続し、さらに比例回路の出力信号を二次以上のローパス
フィルタを通して、比例回路の入力に正帰還することに
より、ローパスフィルタのカットオフ周波数以下の低周
波ではゲインが増大し、相対的に高周波のゲインが抑え
られるように作用する。According to the object of the present invention, a proportional circuit is connected between the sensor circuit and the compensating circuit or between the compensating circuit and the current amplifier, and the output signal of the proportional circuit is passed through a low-pass filter of the second or higher order to obtain the proportional circuit. By positively feeding back to the input, the gain increases at low frequencies below the cutoff frequency of the low-pass filter, and the gain at relatively high frequencies is suppressed.
【0011】[0011]
【実施例】図1は本発明の一実施例を示すブロックであ
る。図1において、11は磁気軸受本体であり、その概
略は図2のブロック図に示されている。すなわち、積層
コアとコイルからなる電磁石3a,3bとロータ1には
められた電磁石と対向する積層スリーブとの間に電磁力
が働くことによってロータを浮上保持するものである。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 11 is a magnetic bearing main body, the outline of which is shown in the block diagram of FIG. That is, the rotor is levitated and held by the electromagnetic force acting between the electromagnets 3a and 3b formed of the laminated core and the coil and the electromagnet fitted to the rotor 1 and the opposing laminated sleeve.
【0012】2は変位センサであり、センサ変換器4と
対になってロータの周方向の変位を電圧信号として検出
する。変位信号は目標値信号と比較され、目標偏差信号
eとなり、補償回路5に入力される。補償回路5はロー
タの安定浮上を補償する回路で、PID制御回路あるい
は位相進み遅れ回路によって構成される。Reference numeral 2 denotes a displacement sensor, which is paired with the sensor converter 4 to detect the circumferential displacement of the rotor as a voltage signal. The displacement signal is compared with the target value signal and becomes a target deviation signal e, which is input to the compensation circuit 5. The compensating circuit 5 is a circuit for compensating the stable levitation of the rotor, and is composed of a PID control circuit or a phase lead / lag circuit.
【0013】比例回路8には補償回路5の出力と比例回
路の出力信号を二次ローパスフィルタ9を通して帰還し
た信号が加算入力される。A signal obtained by feeding back the output of the compensation circuit 5 and the output signal of the proportional circuit through the secondary low-pass filter 9 is added to the proportional circuit 8.
【0014】パワーアンプ7a,7bはスイッチャによ
って正負に分けられた比例回路8の出力信号に基づいて
磁気軸受の供給電流を制御する。The power amplifiers 7a and 7b control the supply current of the magnetic bearing based on the output signal of the proportional circuit 8 which is divided into positive and negative by the switcher.
【0015】比例回路8で比例回路のゲインをkp、二
次ローパスフィルタ9の伝達関数をIn the proportional circuit 8, the gain of the proportional circuit is kp, and the transfer function of the secondary low-pass filter 9 is
【0016】[0016]
【数1】 [Equation 1]
【0017】とすると、比例回路と二次ローパスフィル
タで構成される回路のトータルの伝達関数はThen, the total transfer function of the circuit composed of the proportional circuit and the second-order low-pass filter is
【0018】[0018]
【数2】 [Equation 2]
【0019】となる。上式において零点は二次ローパス
フィルタの極になっている。It becomes In the above equation, the zero point is the pole of the second-order low-pass filter.
【0020】数2において、kl>0(ただしkp・k
l<1)、すなわち、二次ローパスフィルタの出力信号
を正帰還にした場合には、図3に示すように極は零点よ
りも周波数が低くなるとともに、高周波のゲインは低周
波のゲインよりも低くなる。よって、安定余裕の小さい
高次のモードに対しては、ゲインを下げることができ、
安定性が向上する。In Expression 2, kl> 0 (where kp · k
l <1), that is, when the output signal of the second-order low-pass filter is positively fed back, as shown in FIG. 3, the pole has a frequency lower than the zero point, and the high frequency gain is lower than the low frequency gain. Get lower. Therefore, the gain can be reduced for higher-order modes with a small stability margin,
Improves stability.
【0021】また、数2においてkl<0、すなわち、
二次ローパスフィルタの出力信号を負帰還にした場合に
は、図4に示すように極は零点よりも周波数が高くな
り、零点と極の間の周波数範囲で局所的に位相進みが増
大する。この位相進みの領域をロータの危険速度に合わ
せることにより、安定した危険速度通過が実現できる。In the equation 2, kl <0, that is,
When the output signal of the secondary low-pass filter is negatively fed back, the pole has a frequency higher than the zero point as shown in FIG. 4, and the phase advance locally increases in the frequency range between the zero point and the pole. By adjusting the area of this phase lead to the critical speed of the rotor, stable passage of the critical speed can be realized.
【0022】さらに、二つの異なった目的の回路をそれ
ぞれ、別に構成し、直列につなぎ合わせることにより、
高次モードの発振防止と安定した危険速度通過を両立す
る制御回路が実現できる。Further, two different circuits for different purposes are separately constructed and connected in series,
It is possible to realize a control circuit that achieves both prevention of higher-order mode oscillation and stable passage of dangerous speed.
【0023】[0023]
【発明の効果】本発明によって磁気軸受の制御信号の高
周波ゲインを抑えると、高次モードの安定余裕が増すの
で、軸受剛性あるいは減衰性を従来以上にアップでき
る。By suppressing the high frequency gain of the control signal of the magnetic bearing according to the present invention, the stability margin of the higher order mode is increased, so that the bearing rigidity or damping property can be improved more than before.
【0024】また、本発明によって磁気軸受の制御信号
のうちロータの固有モードに対し、局所的に位相進みを
与えると該固有モードの減衰性が良くなり、振動が小さ
くなり制御電流も小さくなる。Further, according to the present invention, if a phase lead is locally applied to the eigenmode of the rotor in the control signal of the magnetic bearing, the damping characteristic of the eigenmode is improved, the vibration is reduced, and the control current is also reduced.
【図1】本発明の一実施例を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
【図2】ラジアル軸受の説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram of a radial bearing.
【図3】本発明の回路のボード線図。FIG. 3 is a Bode diagram of the circuit of the present invention.
【図4】本発明の回路のボード線図。FIG. 4 is a Bode diagram of the circuit of the present invention.
1…ロータ、2…変位センサ、4…センサ変換器、5…
補償回路、6…スイッチャ、7a,7b…パワーアン
プ、8…比例回路、9…二次ローパスフィルタ、11…
磁気軸受本体。1 ... Rotor, 2 ... Displacement sensor, 4 ... Sensor converter, 5 ...
Compensation circuit, 6 ... Switcher, 7a, 7b ... Power amplifier, 8 ... Proportional circuit, 9 ... Secondary low-pass filter, 11 ...
Magnetic bearing body.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 広島 実 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 (72)発明者 米山 光穂 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 (72)発明者 坂梨 尚文 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hiroshima Minor 603 Jinritsu-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Hiritsu Manufacturing Co., Ltd. Tsuchiura Plant (72) Inventor Mitsuho Yoneyama 603 Jinritsu-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Hiritsu Manufacturing Co., Ltd. Inside the Tsuchiura Factory (72) Inventor Naofumi Sakanashi 603, Jinrachicho, Tsuchiura City, Ibaraki Prefecture
Claims (1)
るように配置された電磁石と前記ロータの変位を検出す
る変位センサと、前記変位センサの出力信号を処理する
補償回路と、前記補償回路の出力信号に基づいて前記電
磁石の電磁力を制御する電流増幅器とを備えた磁気軸受
装置の制御装置において、センサ回路と前記補償回路の
間、あるいは前記補償回路と前記電流増幅器の間に比例
回路を接続し、前記比例回路の出力信号を二次以上のロ
ーパスフィルタを通して、前記比例回路の入力に正帰還
あるいは負帰還するようにしたことを特徴とする磁気軸
受の制御装置。1. A displacement sensor for detecting a displacement of an electromagnet and a rotor arranged so as to exert a force in a direction opposite to the rotor, a compensation circuit for processing an output signal of the displacement sensor, and the compensation. In a control device for a magnetic bearing device, comprising a current amplifier for controlling an electromagnetic force of the electromagnet based on an output signal of the circuit, a proportional relation is provided between a sensor circuit and the compensation circuit or between the compensation circuit and the current amplifier. A control device for a magnetic bearing, characterized in that a circuit is connected and an output signal of the proportional circuit is fed back positively or negatively to an input of the proportional circuit through a second-order or higher-order low-pass filter.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30154791A JPH05141421A (en) | 1991-11-18 | 1991-11-18 | Control circuit for magnetic bearing |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30154791A JPH05141421A (en) | 1991-11-18 | 1991-11-18 | Control circuit for magnetic bearing |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05141421A true JPH05141421A (en) | 1993-06-08 |
Family
ID=17898256
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30154791A Pending JPH05141421A (en) | 1991-11-18 | 1991-11-18 | Control circuit for magnetic bearing |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05141421A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015117832A (en) * | 2013-12-17 | 2015-06-25 | エスカエフ・マニュティック・メシャトロニク | Digital nonlinear corrector for active magnetic bearing |
-
1991
- 1991-11-18 JP JP30154791A patent/JPH05141421A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015117832A (en) * | 2013-12-17 | 2015-06-25 | エスカエフ・マニュティック・メシャトロニク | Digital nonlinear corrector for active magnetic bearing |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0514877B1 (en) | Vibration eliminating apparatus for eliminating vibration of installation floor | |
JPH07256503A (en) | Spindle apparatus | |
CN104333289A (en) | Imporved ACTIVE MAGNETIC BEARINGS CONTROL SYSTEM | |
JPH05141421A (en) | Control circuit for magnetic bearing | |
US20070080594A1 (en) | Power amplification device and magnetic bearing | |
JPS6411845B2 (en) | ||
JP3306893B2 (en) | Magnetic bearing device | |
WO1990001122A1 (en) | Electromagnetic bearings | |
JP2002039178A (en) | Magnetic bearing device | |
JPH09257035A (en) | Control device for magnetic bearing | |
JPH1187136A (en) | Magnetic levitation system | |
JP3187982B2 (en) | Magnetic levitation device | |
WO2020189367A1 (en) | Control device, and vacuum pump provided with said control device | |
JP3218118B2 (en) | Magnetic bearing device | |
JP3292505B2 (en) | Active vibration isolator | |
JPH08296643A (en) | Control device of magnetic bearing | |
JP3311394B2 (en) | Electromagnet control device | |
UENO et al. | Switching control between three-coil and five-coil modes for six-pole active magnetic bearings | |
Chen | Active magnetic bearing design methodology-A conventional rotordynamics approach | |
JP3497562B2 (en) | Servo control circuit for active magnetic bearing | |
JP3478876B2 (en) | Excitation controller for magnetic bearing | |
JPS61286609A (en) | Control device of control type radial magnetic bearing | |
JPH0984214A (en) | Magnetic levitation controller | |
JP3131619B2 (en) | Magnetic bearing device | |
JP2546997B2 (en) | Non-contact support method |