JPH05231428A - 磁気軸受の制御方法および制御装置 - Google Patents
磁気軸受の制御方法および制御装置Info
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- JPH05231428A JPH05231428A JP14194391A JP14194391A JPH05231428A JP H05231428 A JPH05231428 A JP H05231428A JP 14194391 A JP14194391 A JP 14194391A JP 14194391 A JP14194391 A JP 14194391A JP H05231428 A JPH05231428 A JP H05231428A
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- frequency
- notch filter
- magnetic bearing
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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
- 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
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Electromagnetism (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
［目的］ 圧縮機、ポンプなどの回転体であるロータを
磁気的に支持する磁気軸受の剛性と減衰を電気的に制御
する磁気軸受の制御において、多くの調整日数を必要と
するノッチフィルタの位相進み特性のピークを固有振動
数に一致させるための調整作業を不要にし、かつ大きな
位相進み特性を与えることを可能とする。 ［構成］ 移動式ノッチフィルタ３５，３６と、移動式
ノッチフィルタ中心周波数演算回路３９と、トラッキン
グ回路４０とを組合せ、減衰を与える位相進み特性が最
大値となる位置を常に運転中のロータ３の回転数に一致
させることが可能となり、これによって、ＰＩＤ制御や
ノッチフィルタの調整が不要となる。
磁気的に支持する磁気軸受の剛性と減衰を電気的に制御
する磁気軸受の制御において、多くの調整日数を必要と
するノッチフィルタの位相進み特性のピークを固有振動
数に一致させるための調整作業を不要にし、かつ大きな
位相進み特性を与えることを可能とする。 ［構成］ 移動式ノッチフィルタ３５，３６と、移動式
ノッチフィルタ中心周波数演算回路３９と、トラッキン
グ回路４０とを組合せ、減衰を与える位相進み特性が最
大値となる位置を常に運転中のロータ３の回転数に一致
させることが可能となり、これによって、ＰＩＤ制御や
ノッチフィルタの調整が不要となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧縮機、ポンプなどの
回転体であるロータを磁気的に支持する磁気軸受が、前
記ロータのすべての運転範囲において、低い振動レベル
で安定に運転するのに好適な磁気軸受の制御方法および
制御装置に関する。
回転体であるロータを磁気的に支持する磁気軸受が、前
記ロータのすべての運転範囲において、低い振動レベル
で安定に運転するのに好適な磁気軸受の制御方法および
制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】磁気軸受は、磁石の磁力により回転体の
ロータを支持するため、磁石とロータ間にはギャップが
あり、電気的な制御のみで軸受部の支持剛性および減衰
を与えなければならない。したがって、ロータと軸受部
のメタル間に油膜を形成し、その油膜により大きな軸受
剛性と大きな減衰を与える油軸受とは、原理、特性が大
幅に異なっている。従来の磁気軸受装置は、たとえば、
図４に示すように、磁気軸受本体１と、制御手段２から
構成されている。上記磁気軸受本体１は、圧縮機、ポン
プなどの回転体であるロータ３の周囲対向方向に少なく
とも２個配置され、磁力でロータ３を支持する図では４
個の電磁石１１、１２、１３、１４にて構成されてい
る。上記制御手段２は、直角方向に隣接する２個の電磁
石１１、１２内に設置され、４個の電磁石１１、１２、
１３、１４およびロータ３の位置を検出する２個の変位
センサ２１、２２と、２個のゲイン２３、２４と、２個
のＰＩＤ制御回路２５、２６と、ロータ３の固有振動数
の数だけ設置された固定のノッチフィルタ２７ａ、２７
ｂ……、２８ａ、２８ｂ……と、２個の演算回路２９、
３０と、４個の電力増幅器３１、３２、３３、３４とか
ら構成されている。上記２個の変位センサ２１、２２
は、４個の電磁石１１、１２、１３、１４と、上記ロー
タ３との相対位置を検出し、検出信号を制御回路２によ
り制御信号に変換されたのち、４個の電力増幅器３１、
３２、３３、３４により増幅された制御信号が４個の電
磁石１１、１２、１３、１４の電流を制御してロータ３
の動きを制御する。上記２個のゲイン２３、２４は、そ
れぞれ変位センサ２１、２２からの検出信号を信号処理
可能なレベルに変換したのち、２個のＰＩＤ制御回路２
５、２６に出力する。２個のＰＩＤ制御回路２５、２６
は、周波数領域を、低周波領域と、中間周波数領域と、
高周波領域とに分け、それぞれの領域で要求される内容
に応じて制御特性を変えている。低周波領域では、ロー
タ３の自重による軸受部での変位量を小さくするため
に、剛性を高くするように制御を行っている。また高周
波領域では、ロータ３の固有振動数付近における軸振動
の応答を制御するため、減衰を与えるようにしている。
減衰を与えるためには、位相進み特性を作ることが必要
になる。しかるに、ＰＩＤ制御回路２５、２６では、大
きな位相進み特性を与えようとすると、剛性も上げなけ
ればならない。この場合、いままで制御範囲として考え
ていた周波数範囲の外側にある固有振動数で不安定にな
る場合が出てくる。そこで、このような問題をさけるた
め、固定ノッチフィルタ２７、２８を併用している。こ
れらの固定ノッチフィルタ２７、２８は、中心周波数の
前後のある周波数範囲で軸受剛性を小さくする性質をも
っている。また中心周波数より低い周波数では位相遅れ
になり、逆に中心周波数より高い周波数では、減衰が大
きくなる。固定ノッチフィルタ２７、２８の特性によっ
て異なるが、位相進み特性に位相のピーク値がある。こ
の位相進み特性がピークになる位置をロータ３の固有振
動数と一致させることで固有振動数付近で大きな減衰を
与えることが可能となる。そこで、図示のように、ノッ
チフィルタ２７、２８は、運転範囲に有する複数個の固
有振動数に対応する数２７ａ、２７ｂ……、２８ａ、２
８ｂ……、を設置している。しかるに、これらのノッチ
フィルタ２７ａ、２７ｂ……、２８ａ、２８ｂ……は、
その中心周波数より高い周波数範囲では位相進み特性を
示すが、低い周波数範囲では位相遅れを示す。そのた
め、複数個設置されたノッチフィルタ２７ａ、２７ｂ…
…、２８ａ、２８ｂ……の特性、複数の固有振動数の位
置関係によっては、あらかじめ設定された固有振動数の
位相進み特性がそれよりも高い周波数のノッチフィルタ
の影響で位相進み特性が低下する。また、ノッチフィル
タ２７、２８は、固定式のものであるため、フィルタの
位相進み特性のピークを固有振動数に一致させるための
調整が必要である（以下、このような調整作業をチュー
ニングと呼ぶ）。このチューニング作業には、ロータ３
系の特性の測定を含めて、多くのパラメータの調整を実
施しなければならない。そのため、非常に多くの日数が
必要となる。
ロータを支持するため、磁石とロータ間にはギャップが
あり、電気的な制御のみで軸受部の支持剛性および減衰
を与えなければならない。したがって、ロータと軸受部
のメタル間に油膜を形成し、その油膜により大きな軸受
剛性と大きな減衰を与える油軸受とは、原理、特性が大
幅に異なっている。従来の磁気軸受装置は、たとえば、
図４に示すように、磁気軸受本体１と、制御手段２から
構成されている。上記磁気軸受本体１は、圧縮機、ポン
プなどの回転体であるロータ３の周囲対向方向に少なく
とも２個配置され、磁力でロータ３を支持する図では４
個の電磁石１１、１２、１３、１４にて構成されてい
る。上記制御手段２は、直角方向に隣接する２個の電磁
石１１、１２内に設置され、４個の電磁石１１、１２、
１３、１４およびロータ３の位置を検出する２個の変位
センサ２１、２２と、２個のゲイン２３、２４と、２個
のＰＩＤ制御回路２５、２６と、ロータ３の固有振動数
の数だけ設置された固定のノッチフィルタ２７ａ、２７
ｂ……、２８ａ、２８ｂ……と、２個の演算回路２９、
３０と、４個の電力増幅器３１、３２、３３、３４とか
ら構成されている。上記２個の変位センサ２１、２２
は、４個の電磁石１１、１２、１３、１４と、上記ロー
タ３との相対位置を検出し、検出信号を制御回路２によ
り制御信号に変換されたのち、４個の電力増幅器３１、
３２、３３、３４により増幅された制御信号が４個の電
磁石１１、１２、１３、１４の電流を制御してロータ３
の動きを制御する。上記２個のゲイン２３、２４は、そ
れぞれ変位センサ２１、２２からの検出信号を信号処理
可能なレベルに変換したのち、２個のＰＩＤ制御回路２
５、２６に出力する。２個のＰＩＤ制御回路２５、２６
は、周波数領域を、低周波領域と、中間周波数領域と、
高周波領域とに分け、それぞれの領域で要求される内容
に応じて制御特性を変えている。低周波領域では、ロー
タ３の自重による軸受部での変位量を小さくするため
に、剛性を高くするように制御を行っている。また高周
波領域では、ロータ３の固有振動数付近における軸振動
の応答を制御するため、減衰を与えるようにしている。
減衰を与えるためには、位相進み特性を作ることが必要
になる。しかるに、ＰＩＤ制御回路２５、２６では、大
きな位相進み特性を与えようとすると、剛性も上げなけ
ればならない。この場合、いままで制御範囲として考え
ていた周波数範囲の外側にある固有振動数で不安定にな
る場合が出てくる。そこで、このような問題をさけるた
め、固定ノッチフィルタ２７、２８を併用している。こ
れらの固定ノッチフィルタ２７、２８は、中心周波数の
前後のある周波数範囲で軸受剛性を小さくする性質をも
っている。また中心周波数より低い周波数では位相遅れ
になり、逆に中心周波数より高い周波数では、減衰が大
きくなる。固定ノッチフィルタ２７、２８の特性によっ
て異なるが、位相進み特性に位相のピーク値がある。こ
の位相進み特性がピークになる位置をロータ３の固有振
動数と一致させることで固有振動数付近で大きな減衰を
与えることが可能となる。そこで、図示のように、ノッ
チフィルタ２７、２８は、運転範囲に有する複数個の固
有振動数に対応する数２７ａ、２７ｂ……、２８ａ、２
８ｂ……、を設置している。しかるに、これらのノッチ
フィルタ２７ａ、２７ｂ……、２８ａ、２８ｂ……は、
その中心周波数より高い周波数範囲では位相進み特性を
示すが、低い周波数範囲では位相遅れを示す。そのた
め、複数個設置されたノッチフィルタ２７ａ、２７ｂ…
…、２８ａ、２８ｂ……の特性、複数の固有振動数の位
置関係によっては、あらかじめ設定された固有振動数の
位相進み特性がそれよりも高い周波数のノッチフィルタ
の影響で位相進み特性が低下する。また、ノッチフィル
タ２７、２８は、固定式のものであるため、フィルタの
位相進み特性のピークを固有振動数に一致させるための
調整が必要である（以下、このような調整作業をチュー
ニングと呼ぶ）。このチューニング作業には、ロータ３
系の特性の測定を含めて、多くのパラメータの調整を実
施しなければならない。そのため、非常に多くの日数が
必要となる。
【０００３】この種の技術に関しては、たとえば、第２
回磁気軸受国際シンポジューム（１９９０年）第５７頁
から第６４頁（２ｎｄ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ
Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｂｅａ
ｒｉｎｇ Ｊｕｌｙ １２−１４，１９９０，Ｔｏｋｙ
ｏ，Ｊａｐａｎ）に紹介されている。
回磁気軸受国際シンポジューム（１９９０年）第５７頁
から第６４頁（２ｎｄ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ
Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｂｅａ
ｒｉｎｇ Ｊｕｌｙ １２−１４，１９９０，Ｔｏｋｙ
ｏ，Ｊａｐａｎ）に紹介されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、大き
な位相進み（大きな減衰）を得ることが困難であり、か
つ位相進み特性を改善しようとすると、高い周波数範囲
の剛性を上げねばならず、高い周波数範囲の固有振動を
不安定にすることが有るという問題があった。また、固
定式ノッチフィルタを使用しているので、複数個のノッ
チフィルタの特性が互いに影響し合って位相進み特性を
悪くするという問題があった。さらにＰＩＤ制御方式の
みの場合でも、各種制御パラメータの調整に非常に多く
の日数が必要であり、これに加えて固定式ノッチフィル
タを併用しているので、さらにチューニング作業に多く
の日数が必要であるという問題があった。
な位相進み（大きな減衰）を得ることが困難であり、か
つ位相進み特性を改善しようとすると、高い周波数範囲
の剛性を上げねばならず、高い周波数範囲の固有振動を
不安定にすることが有るという問題があった。また、固
定式ノッチフィルタを使用しているので、複数個のノッ
チフィルタの特性が互いに影響し合って位相進み特性を
悪くするという問題があった。さらにＰＩＤ制御方式の
みの場合でも、各種制御パラメータの調整に非常に多く
の日数が必要であり、これに加えて固定式ノッチフィル
タを併用しているので、さらにチューニング作業に多く
の日数が必要であるという問題があった。
【０００５】本発明の目的は、複雑で多くの日数を必要
とするチューニング作業を不要にし、かつ大きな位相進
み特性（大きな減衰特性）を与えることを可能とする磁
気軸受の制御方法および制御装置を提供することにあ
る。
とするチューニング作業を不要にし、かつ大きな位相進
み特性（大きな減衰特性）を与えることを可能とする磁
気軸受の制御方法および制御装置を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明は、回転機械のロータに対向して配置さ
れた磁気軸受の電磁石を電気的に制御し、上記ロータを
浮上させるとともに、非接触で回転させる磁気軸受の制
御方法において、移動式ノッチフィルタを備え、該移動
式ノッタフィルタの中心周波数を、上記ロータの回転周
波数より低い周波数に設定し、かつ位相進み特性が位相
のピークになる位置に上記ロータの回転周波数を一致さ
せるとともに、両周波数が互いに同期して移動させるも
のである。
に、第１の発明は、回転機械のロータに対向して配置さ
れた磁気軸受の電磁石を電気的に制御し、上記ロータを
浮上させるとともに、非接触で回転させる磁気軸受の制
御方法において、移動式ノッチフィルタを備え、該移動
式ノッタフィルタの中心周波数を、上記ロータの回転周
波数より低い周波数に設定し、かつ位相進み特性が位相
のピークになる位置に上記ロータの回転周波数を一致さ
せるとともに、両周波数が互いに同期して移動させるも
のである。
【０００７】また、上記目的を達成するために、第２の
発明は、回転機械のロータに対向して配置された磁気軸
受の電磁石を電気的に制御し、上記ロータを浮上させる
とともに、非接触で回転させる磁気軸受の制御装置にお
いて、中心周波数が、上記ロータの回転周波数より低い
周波数に設定し、かつ上記ロータの回転周波数より高い
周波数における位相進め特性が位相ピークになる位置に
上記ロータの回転周波数が一致するとともに、両周波数
が互いに同期して移動するように構成された移動ノッチ
フィルタを設けたものである。
発明は、回転機械のロータに対向して配置された磁気軸
受の電磁石を電気的に制御し、上記ロータを浮上させる
とともに、非接触で回転させる磁気軸受の制御装置にお
いて、中心周波数が、上記ロータの回転周波数より低い
周波数に設定し、かつ上記ロータの回転周波数より高い
周波数における位相進め特性が位相ピークになる位置に
上記ロータの回転周波数が一致するとともに、両周波数
が互いに同期して移動するように構成された移動ノッチ
フィルタを設けたものである。
【０００８】また、上記目的を達成するために、第３の
発明は、回転機械のロータに対向して配置され、磁気力
にて上記ロータを浮上させるとともに、非接触で回転さ
せる電磁石と、上記ロータにら対向して配置され、上記
ロータの動きを検出する変位センサと、該変位センサの
検出結果に基づき、低周波領域、中周波領域、高周波領
域のそれぞれの領域における特性を制御するＰＩＤ制御
回路と、中心周波数の前後の所定の周波数範囲で軸受剛
性が小さくなる特性を有し、かつ上記中心周波数より高
い周波数では位相進み特性を有するとともに、該位相進
み特性に位相のピークになる位置を持ち、運転中、上記
ロータに発生する固有振動数の数だけ設置された固定ノ
ッチフィルタを備えた磁気軸受の制御装置において、上
記固定式ノッチフィルタの代りに設置された移動式ノッ
チフィルタと、上記ロータに対向して配置され、上記ロ
ータの回転パルスを検出する回転センサと、該回転セン
サの検出結果に基づいて上記ロータの回転周波数より低
い周波数で、上記ロータの回転周波数に同期するよう
に、上記移動式ノッチフィルタの中心周波数を演算して
求める移動式ノッチフィルタ中心周波数演算回路と、該
移動式ノッチフィルタ中心周波数演算回路で求められた
周波数で上記移動式ノッチフィルタを上記ロータの回転
周波数に同期して移動させるトラッキング回路とを設け
たことを特徴とする磁気軸受の制御装置。
発明は、回転機械のロータに対向して配置され、磁気力
にて上記ロータを浮上させるとともに、非接触で回転さ
せる電磁石と、上記ロータにら対向して配置され、上記
ロータの動きを検出する変位センサと、該変位センサの
検出結果に基づき、低周波領域、中周波領域、高周波領
域のそれぞれの領域における特性を制御するＰＩＤ制御
回路と、中心周波数の前後の所定の周波数範囲で軸受剛
性が小さくなる特性を有し、かつ上記中心周波数より高
い周波数では位相進み特性を有するとともに、該位相進
み特性に位相のピークになる位置を持ち、運転中、上記
ロータに発生する固有振動数の数だけ設置された固定ノ
ッチフィルタを備えた磁気軸受の制御装置において、上
記固定式ノッチフィルタの代りに設置された移動式ノッ
チフィルタと、上記ロータに対向して配置され、上記ロ
ータの回転パルスを検出する回転センサと、該回転セン
サの検出結果に基づいて上記ロータの回転周波数より低
い周波数で、上記ロータの回転周波数に同期するよう
に、上記移動式ノッチフィルタの中心周波数を演算して
求める移動式ノッチフィルタ中心周波数演算回路と、該
移動式ノッチフィルタ中心周波数演算回路で求められた
周波数で上記移動式ノッチフィルタを上記ロータの回転
周波数に同期して移動させるトラッキング回路とを設け
たことを特徴とする磁気軸受の制御装置。
【０００９】
【作用】第１の発明は、移動式ノッチフィルタを用い
て、その中心周波数を、ロータの回転周波数より低い周
波数に設定し、かつ位相進み特性が位相のピークになる
位置に上記ロータの回転周波数を一致させるとともに、
両周波数が互いに同期して移動させる磁気軸受の制御方
法であるから、全ての運転範囲において、上記ロータの
回転周波数に対して、軸受に減衰を与えるのに必要とな
る大きな位相進み特性を与えることが可能となる。
て、その中心周波数を、ロータの回転周波数より低い周
波数に設定し、かつ位相進み特性が位相のピークになる
位置に上記ロータの回転周波数を一致させるとともに、
両周波数が互いに同期して移動させる磁気軸受の制御方
法であるから、全ての運転範囲において、上記ロータの
回転周波数に対して、軸受に減衰を与えるのに必要とな
る大きな位相進み特性を与えることが可能となる。
【００１０】また、第２の発明は、中心周波数が、ロー
タの回転周波数より低い周波数に設定され、かつ上記ロ
ータの回転周波数より高い周波数における位相進みが位
相ピークになる位置に上記ロータの回転周波数が一致す
るとともに、両周波数が互いに同期して移動するように
構成された移動式ノッチフィルタを設けた磁気軸受の制
御装置であるから、全ての運転範囲において、磁気軸受
で支持されたロータ系の振動を共振周波数通過時も含め
て減少が可能である。
タの回転周波数より低い周波数に設定され、かつ上記ロ
ータの回転周波数より高い周波数における位相進みが位
相ピークになる位置に上記ロータの回転周波数が一致す
るとともに、両周波数が互いに同期して移動するように
構成された移動式ノッチフィルタを設けた磁気軸受の制
御装置であるから、全ての運転範囲において、磁気軸受
で支持されたロータ系の振動を共振周波数通過時も含め
て減少が可能である。
【００１１】さらに、第３の発明は、移動式ノッチフィ
ルタと、ロータの回転周波数より低い周波数で、上記ロ
ータの回転周波数に同期するように上記移動式ノッチフ
ィルタの中心周波数を演算して求める移動式ノッチフィ
ルタ中心周波数演算回路と、該移動式ノッチフィルタ中
心周波数演算回路で求められた周波数で上記移動式ノッ
チフィルタを上記ロータの回転周波数に同期して移動さ
せるトラッキング回路とを組合せた磁気軸受の制御装置
であるから、減衰を与える位相進み特性が最大値となる
位置を常に運転中の上記ロータの回転数に一致させるこ
とが可能となり、これによって、ＰＩＤ制御やノッチフ
ィルタの調整が不要となる。
ルタと、ロータの回転周波数より低い周波数で、上記ロ
ータの回転周波数に同期するように上記移動式ノッチフ
ィルタの中心周波数を演算して求める移動式ノッチフィ
ルタ中心周波数演算回路と、該移動式ノッチフィルタ中
心周波数演算回路で求められた周波数で上記移動式ノッ
チフィルタを上記ロータの回転周波数に同期して移動さ
せるトラッキング回路とを組合せた磁気軸受の制御装置
であるから、減衰を与える位相進み特性が最大値となる
位置を常に運転中の上記ロータの回転数に一致させるこ
とが可能となり、これによって、ＰＩＤ制御やノッチフ
ィルタの調整が不要となる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の一実施例を示す図１乃至図３
について説明する。
について説明する。
【００１３】図１に示す実施例と、前記従来技術を示す
図４との相違点は、固定式ノッチフィルタの代りに２個
の移動式ノッチフィルタ３５、３６を設けたこと、およ
び該２個の移動式ノッチフィルタ３５、３６は、２個の
ＰＩＤ制御回路２５、２６の他にトラッキング回路４０
に接続している。そして該トラッキング回路４０は、ロ
ータ３の周囲２個の電磁石１１、１２間に配置された回
転センサ３７と、コンバータ３８、および移動式ノッチ
フィルタ中心周波数演算回路３９を介して接続している
点であり、上記以外は同一であるから、同一部分は同一
符号をもって示す。
図４との相違点は、固定式ノッチフィルタの代りに２個
の移動式ノッチフィルタ３５、３６を設けたこと、およ
び該２個の移動式ノッチフィルタ３５、３６は、２個の
ＰＩＤ制御回路２５、２６の他にトラッキング回路４０
に接続している。そして該トラッキング回路４０は、ロ
ータ３の周囲２個の電磁石１１、１２間に配置された回
転センサ３７と、コンバータ３８、および移動式ノッチ
フィルタ中心周波数演算回路３９を介して接続している
点であり、上記以外は同一であるから、同一部分は同一
符号をもって示す。
【００１４】上記回転センサ３７は、ロータ３の回転パ
ルスを検出する。上記コンバータ３８は、上記回転セン
サ３７で検出された回転パルスを所定の電圧に上昇した
直流電圧に変換する。なお、上記コンバータ３８は、上
記移動式ノッチフィルタ中心周波数演算回路３９で直接
回路パルスから演算可能に構成されている場合には省略
することができる。上記移動式ノッチフィルタ中心周波
数演算回路３９は、上記コンバータ３８からの直流電圧
により、ロータ３の回転周波数が移動進みを生ずるよう
な上記移動式ノッチフィルタ３５、３６の中心周波数ｆ
0 を演算して求める。上記トラッキング回路４０は、上
記移動式ノッチフィルタ中心周波数演算回路３９で求め
られた周波数で、上記ロータ３の回転周波数と同期して
上記移動式ノッチフィルタ３５、３６を移動させる。一
方、２個の変位センサ２１、２２は４個の電磁石１１、
１２、１３、１４およびロータ３の位置を検出し、検出
信号をゲイン２３、２４を介して２個のＰＩＤ制御回路
２５、２６に出力する。２個のＰＩＤ制御回路２５、２
６は、積分要素と比例要素と微分要素とから構成されて
いる。積分要素は、静的に定常偏差をなくする機能をす
る部分すなわち、定常状態を考える場合、微分シンボル
Ｓ＝ｄ／ｄｔ＝０におくと、伝達関数Ｇc （０）＝∞と
なるので、外部信号の値のいかんにかかわらず常に０に
することができる。そのため、図３の上段の剛性と周波
数の関係図に示すように、低周波領域での剛性を上げる
役割をし、静的な変化に対しても、常にロータ３を所定
位置にて支持することが可能となる。微分要素は、図３
の中段に位相と周波数の関係図を示すように、ロータ３
系の固有振動数のある位置たとえばｆ2 に対して位相進
めをさせ、これによって軸受に減衰特性をもたせ、ロー
タ３が運転中にロータ３系の固有振動数を通過するとき
に大きな振動が発生しないようにし、かつ高い周波数領
域で制御系が不安定にならないようにしている。上記微
分要素は、補助的手段であり、これにより問題となるす
べての固有振動数に対して正の位相進みを与える必要は
ないし、また全く使用しない場合も可能である。比例要
素は、中間の周波数領域に対する特性すなわち、移動式
ノッチフィルタ３５、３６の使用時に上記ロータ３の回
転周波数において、剛性が負にならないように適当な剛
性を与える機能を有する。２個の上記移動式ノッチフィ
ルタ３５、３６は、図２の上段に剛性と周波数の関係図
を示すように、中心周波数ｆ0 を中心にして△ｆだけ低
い周波数から△ｆだけ高い周波数範囲の軸受の剛性を低
下させ、かつ図２の下段に位相と周波数の関係図を示す
ように、中心周波数より高い周波数で位相進み特性を示
し、回転周波数ｆn で位相ψがピーク値を有する。そこ
で本実施例においては、２個の移動式ノッチフィルタ３
５、３６を２個のＰＩＤ制御回路２５、２６と、トラッ
キング回路４０からの信号により上記周波数ｆn にロー
タ３系の回転周波数を一致させているので、ロータ３系
の回転周波数における減衰特性が最適かつ最大となる。
また移動式ノッチフィルタ３５、３６は、中心周波数ｆ
0 がロータ３系の回転周波数に同期して移動するため、
ロータ３系のいずれの回転数においても、回転周波数の
減衰特性は、最適な値を保持することができる。したが
って、運転中、ロータ３系の固有振動数を通過する場合
でも、図３の下段の振幅と周波数の関係図に斜線にて示
すように、従来の場合には、固有振動数の振幅が、
ｆ1 、ｆ2 、ｆ3 の３個所で大きくなるのに対し、本実
施例の場合には、実線にて示すように、小さく押えるこ
とができる。また、本実施例によれば、ロータ３系の回
転周波数が変化しても、ロータ３系の回転周波数と、移
動式ノッチフィルタ３５、３６の中心周波数は同期して
いるため、ロータ３系の回転周波数における減衰特性
は、最適に保持されており、これによって、従来のチュ
ーニング作業が不要になる。
ルスを検出する。上記コンバータ３８は、上記回転セン
サ３７で検出された回転パルスを所定の電圧に上昇した
直流電圧に変換する。なお、上記コンバータ３８は、上
記移動式ノッチフィルタ中心周波数演算回路３９で直接
回路パルスから演算可能に構成されている場合には省略
することができる。上記移動式ノッチフィルタ中心周波
数演算回路３９は、上記コンバータ３８からの直流電圧
により、ロータ３の回転周波数が移動進みを生ずるよう
な上記移動式ノッチフィルタ３５、３６の中心周波数ｆ
0 を演算して求める。上記トラッキング回路４０は、上
記移動式ノッチフィルタ中心周波数演算回路３９で求め
られた周波数で、上記ロータ３の回転周波数と同期して
上記移動式ノッチフィルタ３５、３６を移動させる。一
方、２個の変位センサ２１、２２は４個の電磁石１１、
１２、１３、１４およびロータ３の位置を検出し、検出
信号をゲイン２３、２４を介して２個のＰＩＤ制御回路
２５、２６に出力する。２個のＰＩＤ制御回路２５、２
６は、積分要素と比例要素と微分要素とから構成されて
いる。積分要素は、静的に定常偏差をなくする機能をす
る部分すなわち、定常状態を考える場合、微分シンボル
Ｓ＝ｄ／ｄｔ＝０におくと、伝達関数Ｇc （０）＝∞と
なるので、外部信号の値のいかんにかかわらず常に０に
することができる。そのため、図３の上段の剛性と周波
数の関係図に示すように、低周波領域での剛性を上げる
役割をし、静的な変化に対しても、常にロータ３を所定
位置にて支持することが可能となる。微分要素は、図３
の中段に位相と周波数の関係図を示すように、ロータ３
系の固有振動数のある位置たとえばｆ2 に対して位相進
めをさせ、これによって軸受に減衰特性をもたせ、ロー
タ３が運転中にロータ３系の固有振動数を通過するとき
に大きな振動が発生しないようにし、かつ高い周波数領
域で制御系が不安定にならないようにしている。上記微
分要素は、補助的手段であり、これにより問題となるす
べての固有振動数に対して正の位相進みを与える必要は
ないし、また全く使用しない場合も可能である。比例要
素は、中間の周波数領域に対する特性すなわち、移動式
ノッチフィルタ３５、３６の使用時に上記ロータ３の回
転周波数において、剛性が負にならないように適当な剛
性を与える機能を有する。２個の上記移動式ノッチフィ
ルタ３５、３６は、図２の上段に剛性と周波数の関係図
を示すように、中心周波数ｆ0 を中心にして△ｆだけ低
い周波数から△ｆだけ高い周波数範囲の軸受の剛性を低
下させ、かつ図２の下段に位相と周波数の関係図を示す
ように、中心周波数より高い周波数で位相進み特性を示
し、回転周波数ｆn で位相ψがピーク値を有する。そこ
で本実施例においては、２個の移動式ノッチフィルタ３
５、３６を２個のＰＩＤ制御回路２５、２６と、トラッ
キング回路４０からの信号により上記周波数ｆn にロー
タ３系の回転周波数を一致させているので、ロータ３系
の回転周波数における減衰特性が最適かつ最大となる。
また移動式ノッチフィルタ３５、３６は、中心周波数ｆ
0 がロータ３系の回転周波数に同期して移動するため、
ロータ３系のいずれの回転数においても、回転周波数の
減衰特性は、最適な値を保持することができる。したが
って、運転中、ロータ３系の固有振動数を通過する場合
でも、図３の下段の振幅と周波数の関係図に斜線にて示
すように、従来の場合には、固有振動数の振幅が、
ｆ1 、ｆ2 、ｆ3 の３個所で大きくなるのに対し、本実
施例の場合には、実線にて示すように、小さく押えるこ
とができる。また、本実施例によれば、ロータ３系の回
転周波数が変化しても、ロータ３系の回転周波数と、移
動式ノッチフィルタ３５、３６の中心周波数は同期して
いるため、ロータ３系の回転周波数における減衰特性
は、最適に保持されており、これによって、従来のチュ
ーニング作業が不要になる。
【００１５】
【発明の効果】第１の発明によれば、全ての運転範囲に
おいて、上記ロータの回転周波数に対して、軸受に減衰
を与えるのに必要となる大きな位相進み特性を与えるこ
とができる。
おいて、上記ロータの回転周波数に対して、軸受に減衰
を与えるのに必要となる大きな位相進み特性を与えるこ
とができる。
【００１６】第２の発明によれば、全ての運転範囲にお
いて、磁気軸受で支持されたロータ系の振動を共振周波
数通過後も含めて減少することができる。
いて、磁気軸受で支持されたロータ系の振動を共振周波
数通過後も含めて減少することができる。
【００１７】第３の発明によれば、減衰を与える位相進
み特性が最大値となる位置を常に運転中の上記ロータの
回転数に一致させることができ、これによって、ＰＩＤ
制御やノッチフィルタの調整を不要にすることができ
る。
み特性が最大値となる位置を常に運転中の上記ロータの
回転数に一致させることができ、これによって、ＰＩＤ
制御やノッチフィルタの調整を不要にすることができ
る。
【図１】本発明の一実施例である磁気軸受の制御装置を
示す図である。
示す図である。
【図２】上段は、剛性と周波数との関係図、下段は、位
相と周波数との関係図である。
相と周波数との関係図である。
【図３】上段は、剛性と周波数との関係図、中段は、位
相と周波数との関係図、下段は、振幅と周波数との関係
図である。
相と周波数との関係図、下段は、振幅と周波数との関係
図である。
【図４】従来の磁気軸受の制御装置を示す図である。
１…磁気軸受本体、２…制御手段、３…ロータ、１１、
１２、１３、１４…電磁石、２１、２２…変位センサ、
２３、２４…ゲイン、２５、２６…ＰＩＤ、２９、３０
…演算回路、３１、３２、３３、３４…演算回路、３
５、３６…移動式ノッチフィルタ、３８…コンバータ、
３９…移動式ノッチフィルタ中心周波数演算回路、４０
…トラッキング回路。
１２、１３、１４…電磁石、２１、２２…変位センサ、
２３、２４…ゲイン、２５、２６…ＰＩＤ、２９、３０
…演算回路、３１、３２、３３、３４…演算回路、３
５、３６…移動式ノッチフィルタ、３８…コンバータ、
３９…移動式ノッチフィルタ中心周波数演算回路、４０
…トラッキング回路。
Claims (3)
- 【請求項１】 回転機械のロータに対向して配置された
磁気軸受の電磁石を電気的に制御し、上記ロータを浮上
させるとともに、非接触で回転させる磁気軸受の制御方
法において、移動式ノッチフィルタを備え、該移動式ノ
ッチフィルタの中心周波数を、上記ロータの回転周波数
より低い周波数に設定し、かつ位相進み特性が位相のピ
ークになる位置に上記ロータの回転周波数を一致させる
とともに、両周波数が互いに同期して移動させることを
特徴とする磁気軸受の制御法法。 - 【請求項２】 回転機械のロータに対向して配置された
磁気軸受の電磁石を電気的に制御し、上記ロータを浮上
させるとともに、非接触で回転させる磁気軸受の制御装
置において、中心周波数が、上記ロータの回転周波数よ
り低い周波数に設定され、かつ上記ロータの回転周波数
より高い周波数における位相進み特性が位相ピークにな
る位置に上記ロータの回転周波数が一致するとともに、
両周波数が互いに同期して移動するように構成された移
動式ノッチフィルタを設けたことを特徴とする磁気軸受
の制御装置。 - 【請求項３】 回転機械のロータに対向して配置され、
磁気力にて上記ロータを浮上させるとともに、非接触で
回転させる電磁石と、上記ロータに対向して配置され、
上記ロータの動きを検出する変位センサと、該変位セン
サの検出結果に基づき、低周波領域、中周波領域、高周
波領域のそれぞれの領域における特性を制御するＰＩＤ
制御回路と、中心周波数の前後の所定の周波数範囲で軸
受剛性が小さくなる特性を有し、かつ上記中心周波数よ
り高い周波数では位相進み特性を有するとともに該位相
進み特性に位相のピークになる位置を持ち、運転中、上
記ロータに発生する固有振動数の数だけ設置された固定
ノッチフィルタを備えた磁気軸受の制御装置において、
上記固定式ノッチフィルタの代りに設置された移動式ノ
ッチフィルタと、上記ロータに対向して配置され、上記
ロータの回転パルスを検出する回転センサと、該回転セ
ンサの検出結果に基づいて上記ロータの回転周波数より
低い周波で、上記ロータの回転周波数に同期するように
上記移動式ノッチフィルタの中心周波数を演算して求め
る移動式ノッチフィルタ中心周波数演算回路と、該移動
式ノッチフィルタ中心周波数演算回路で求められた周波
数で上記移動式ノッチフィルタを上記ロータの回転周波
数に同期して移動させるトラッキング回路とを設けたこ
とを特徴とする磁気軸受の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14194391A JPH05231428A (ja) | 1991-06-13 | 1991-06-13 | 磁気軸受の制御方法および制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14194391A JPH05231428A (ja) | 1991-06-13 | 1991-06-13 | 磁気軸受の制御方法および制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05231428A true JPH05231428A (ja) | 1993-09-07 |
Family
ID=15303750
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14194391A Pending JPH05231428A (ja) | 1991-06-13 | 1991-06-13 | 磁気軸受の制御方法および制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05231428A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0663538A1 (en) * | 1993-12-24 | 1995-07-19 | Koyo Seiko Co., Ltd. | Magnetic bearing device |
| CN113124051A (zh) * | 2019-12-30 | 2021-07-16 | 坎德拉（深圳）科技创新有限公司 | 一种磁悬浮轴承系统及其磁轴承设置方法 |
| CN113700739A (zh) * | 2021-08-18 | 2021-11-26 | 北京奇峰聚能科技有限公司 | 用于磁悬浮飞轮的变化模态频率计算方法及自适应陷波器组 |
-
1991
- 1991-06-13 JP JP14194391A patent/JPH05231428A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0663538A1 (en) * | 1993-12-24 | 1995-07-19 | Koyo Seiko Co., Ltd. | Magnetic bearing device |
| US5736802A (en) * | 1993-12-24 | 1998-04-07 | Koyo Seiko Co., Ltd. | Magnetic bearing device |
| CN113124051A (zh) * | 2019-12-30 | 2021-07-16 | 坎德拉（深圳）科技创新有限公司 | 一种磁悬浮轴承系统及其磁轴承设置方法 |
| CN113124051B (zh) * | 2019-12-30 | 2022-08-09 | 坎德拉(深圳)新能源科技有限公司 | 一种磁悬浮轴承系统及其磁轴承设置方法 |
| CN113700739A (zh) * | 2021-08-18 | 2021-11-26 | 北京奇峰聚能科技有限公司 | 用于磁悬浮飞轮的变化模态频率计算方法及自适应陷波器组 |
| CN113700739B (zh) * | 2021-08-18 | 2023-02-03 | 北京奇峰聚能科技有限公司 | 用于磁悬浮飞轮的变化模态频率计算方法及自适应陷波器组 |
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