JPH0676808B2 - Magnetic bearing device - Google Patents

Magnetic bearing device

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JPH0676808B2
JPH0676808B2 JP3188087A JP18808791A JPH0676808B2 JP H0676808 B2 JPH0676808 B2 JP H0676808B2 JP 3188087 A JP3188087 A JP 3188087A JP 18808791 A JP18808791 A JP 18808791A JP H0676808 B2 JPH0676808 B2 JP H0676808B2
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bearing device
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  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はターボ機械や工作機械の
軸受装置に係り、より詳細には、回転軸に磁性材料製の
回転子ヨークを取付け、ケーシングにコイルを巻いた電
磁石固定子を取付け、この回転子ヨークと電磁石固定子
との間隙を微小となるようにし、回転軸とケーシング間
の相対変位を測定する変位センサを設け、その変位セン
サからの出力信号に基づいてコイルに電流を流し、回転
子と電磁石固定子間に磁気吸引力を作用させ、回転軸を
固定子中心に支承する磁気軸受装置に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bearing device for turbomachines and machine tools, and more particularly to a rotor yoke made of a magnetic material attached to a rotary shaft and an electromagnet stator having a coil wound on a casing. , The gap between the rotor yoke and the electromagnet stator is made minute, and a displacement sensor for measuring the relative displacement between the rotary shaft and the casing is provided, and a current is applied to the coil based on the output signal from the displacement sensor. The present invention relates to a magnetic bearing device that applies a magnetic attraction force between a rotor and an electromagnet stator to support a rotating shaft at the center of the stator.

【0002】[0002]

【従来の技術】図4は従来の磁気軸受装置を示すもので
ある。図4において、符号1はケーシングであり、この
ケーシング1には励磁コイル3を備えた電磁石固定子2
が固定されている。一方、回転軸4には回転子ヨーク5
が固着されている。そして、回転軸4に隣接して変位セ
ンサ6が配設されており、補償回路7と電力増幅器8に
よって変位センサ6からの出力信号に基づいてコイル3
に電流を流し、回転子ヨーク5と電磁石固定子2間に磁
気吸引力を作用させるように構成さている。次にこの構
成における磁気軸受装置の動作について説明する。変位
センサ6によって回転軸4の変位を検出し、回転軸4の
位置目標値と変位センサ6で検出された変位信号との偏
差をもとに補償回路7で補償信号を生成する。その生成
された信号によって電力増幅器8を駆動し、ケーシング
1に固定された電磁石固定子2のコイル3に、電流を流
し回転子ヨーク5と電磁石固定子2間に磁気吸引力を作
用させ、回転軸4を固定子の中心付近に支承する。
2. Description of the Related Art FIG. 4 shows a conventional magnetic bearing device. In FIG. 4, reference numeral 1 is a casing, and the casing 1 has an electromagnet stator 2 provided with an exciting coil 3.
Is fixed. On the other hand, the rotor shaft 5 has a rotor yoke 5
Is stuck. A displacement sensor 6 is disposed adjacent to the rotary shaft 4, and the coil 3 is generated by the compensation circuit 7 and the power amplifier 8 based on the output signal from the displacement sensor 6.
A current is applied to the rotor yoke 5 and a magnetic attraction force is applied between the rotor yoke 5 and the electromagnet stator 2. Next, the operation of the magnetic bearing device having this configuration will be described. The displacement sensor 6 detects the displacement of the rotary shaft 4, and the compensation circuit 7 generates a compensation signal based on the deviation between the target position value of the rotary shaft 4 and the displacement signal detected by the displacement sensor 6. The power amplifier 8 is driven by the generated signal, a current is caused to flow through the coil 3 of the electromagnet stator 2 fixed to the casing 1, and a magnetic attraction force is applied between the rotor yoke 5 and the electromagnet stator 2 to rotate it. Support the shaft 4 near the center of the stator.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の磁気軸受装置においては、回転軸のいくつかの
曲げ固有モードのため、回転子がそれらの固有振動数で
振動、発振を起こすという問題があった。つまり、回転
軸の固有振動数は比較的、高い周波数であるため、補償
回路で十分な位相進み補償を行えないために、ゲインの
み高い不必要な制御をして振動、発振を引き起こしてし
まうという問題点があった。そのための対策として、従
来、局部周波数で位相を進めるフィルタや、あるいは局
部周波数で利得を低下させるノッチフィルタなどを用い
ている。しかし、これらのフィルタは回転軸の固有振動
数を測定し、それに合わせてフィルタを作成しなければ
ならない。さらに難しいことは、この回転軸の固有振動
数は回転とともに変化していき、また、回転軸の温度に
よっても変化する。さらにまた、回転軸を支持する軸受
の剛性によっても変化する。上記のフィルタなどは局部
的な周波数に合わせてあるので、上記の現象などによっ
て固有振動数が変化すると、固有振動数がこれらのフィ
ルタの範囲外に出てしまい、振動、発振などの問題を引
き起こしてしまうことが多々ある。本発明は上述の問題
点に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、上記
問題点を除去し、回転軸の固有振動数が変化しても自動
的に回路を修正し、固有振動数で不必要な制御を行わな
いようにし、振動、発振の問題を解決することができる
磁気軸受装置を提供することにある。
However, in the above-described conventional magnetic bearing device, there is a problem that the rotor vibrates and oscillates at their natural frequencies due to some bending eigenmodes of the rotating shaft. there were. In other words, since the natural frequency of the rotating shaft has a relatively high frequency, sufficient compensation for phase lead cannot be performed by the compensating circuit, and unnecessary gain is controlled unnecessarily to cause vibration and oscillation. There was a problem. As a countermeasure for this, conventionally, a filter that advances the phase at the local frequency or a notch filter that lowers the gain at the local frequency is used. However, these filters must measure the natural frequency of the rotating shaft and make the filters accordingly. What is more difficult is that the natural frequency of the rotating shaft changes with rotation and also changes with the temperature of the rotating shaft. Furthermore, it also changes depending on the rigidity of the bearing that supports the rotating shaft. Since the above filters are tuned to the local frequency, if the natural frequency changes due to the above phenomenon, etc., the natural frequency will go out of the range of these filters, causing problems such as vibration and oscillation. There are many things that can happen. The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to eliminate the above problems and automatically correct the circuit even if the natural frequency of the rotating shaft is changed to obtain a natural vibration. It is an object of the present invention to provide a magnetic bearing device capable of solving the problems of vibration and oscillation by preventing unnecessary control by the number.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明は、回転軸に取り
付けた回転子ヨークと、この回転子ヨークから微小間隔
の距離を置いてケーシングに取り付けられた電磁石固定
子と、前記回転軸とケーシング間の相対変位を測定する
変位センサと、この変位センサからの出力信号をもとに
前記回転子ヨークと前記電磁石固定子間に作用する磁気
吸引力を制御する補償回路と電力増幅器を有する磁気軸
受装置において、あらかじめ定められた回転軸系の伝達
関数を定める伝達関数設定部と、この伝達関数設定を模
擬し、前記補償回路又は電力増幅器の出力信号によって
疑似信号を発生する適応ディジルフィルタと、この適応
ディジタルフィルタの入力側あるいは出力側に設けら
れ、制御周波数(例えば回転周波数)より大きい周波数
の疑似信号のみを通すハイパス回路と、前記変位信号か
ら前記疑似信号を減算した信号に基づき、電磁石固定子
と回転子ヨーク間の磁気吸引力を制御する補償回路を有
する磁気軸受装置である。
According to the present invention, there is provided a rotor yoke mounted on a rotary shaft, an electromagnet stator mounted on a casing at a minute distance from the rotor yoke, the rotary shaft and the casing. A displacement sensor for measuring a relative displacement between them, and a magnetic bearing having a power amplifier and a compensation circuit for controlling a magnetic attraction force acting between the rotor yoke and the electromagnet stator based on an output signal from the displacement sensor. In the device, a transfer function setting unit that determines a transfer function of a predetermined rotary shaft system, and an adaptive digital filter that simulates the transfer function setting and generates a pseudo signal by the output signal of the compensation circuit or the power amplifier, It is provided on the input side or output side of this adaptive digital filter and only passes pseudo signals with a frequency higher than the control frequency (for example, rotation frequency). And the high-pass circuit, based on a signal obtained by subtracting the pseudo signal from the displacement signal, a magnetic bearing device having a compensating circuit for controlling the magnetic attraction force between the electromagnet stator and the rotor yoke.

【0005】[0005]

【作用】本発明においては、計算あるいは他の手段によ
って、またはパルス発生器と変位センサからの信号ある
いは、補償回路あるいは電力増幅器の出力とセンサ信号
によって回転軸系の伝達関数を求め、この伝達関数を適
応ディジタルフィルタで模擬し、これに補償回路または
電力増幅器の出力信号を加えることにより疑似信号を発
生させ、制御周波数(例えば回転周波数)より大きい周
波数のみを通し、変位センサで検出された変位信号から
この疑似信号を減算した信号をもとに、補償回路と電力
増幅器とによってコイル3の電流を制御する。また、同
定誤差検出回路を備え、適応ディジタルフィルタにフィ
ードバックすることにより変位信号と疑似信号の誤差が
小さくなるように適応ディジタルフィルタを逐次修正す
ることもできる。さらに、適応ディジタルフィルタの修
正が不十分な時に、随時パルスを発生できるようにする
こともできる。
In the present invention, the transfer function of the rotary shaft system is obtained by calculation or other means, or by the signal from the pulse generator and the displacement sensor or the output of the compensation circuit or the power amplifier and the sensor signal, and this transfer function is obtained. Is simulated by an adaptive digital filter, and a pseudo signal is generated by adding the output signal of the compensation circuit or power amplifier to this, and the displacement signal detected by the displacement sensor is passed through only the frequency higher than the control frequency (for example, rotation frequency). The current of the coil 3 is controlled by the compensating circuit and the power amplifier based on the signal obtained by subtracting this pseudo signal. Also, the identification error detection circuit may be provided, and the adaptive digital filter may be sequentially modified so that the error between the displacement signal and the pseudo signal is reduced by feeding back to the adaptive digital filter. Further, it is possible to generate a pulse at any time when the modification of the adaptive digital filter is insufficient.

【0006】本発明は上記のように構成されるので、回
転軸の固有振動数が変化しても、適応ディジタルフィル
タが追随して逐次、あるいは随時その回路特性を変更
し、問題となる回転軸の曲げ固有モードの周波数成分を
減算により除去することによりどのような回転状態でも
回転軸の固有振動数で振動、発振を起こさずに安定に回
転軸を制御することができる。
Since the present invention is constructed as described above, even if the natural frequency of the rotary shaft changes, the adaptive digital filter follows the circuit characteristics sequentially or at any time to change the circuit characteristics, which causes a problem. By removing the frequency component of the bending eigenmode by subtraction, the rotating shaft can be stably controlled without vibrating or oscillating at the natural frequency of the rotating shaft in any rotating state.

【0007】[0007]

【実施例】以下、本発明に係る磁気軸受装置の制御系の
実施例を添付図面を参照して説明する。図1は本発明の
一実施例を示し、図1において、符号1はケーシングで
あり、このケーシング1には励磁コイル3を備えた電磁
石固定子2が固定されている。一方、回転軸4には回転
子ヨーク5が固着されている。そして、回転軸4に隣接
して変位センサ6が配設されており、回転軸4の変位を
変位センサ6で測定するようになっている。磁気軸受装
置はシステム同定回路10を備え、このシステム同定回
路10は伝達関数設定部11とキャンセラ14とから構
成されている。そして、変位センサ6からの検出信号は
伝達関数設定部の伝達関数測定器12に入力されるとと
もに加算器21に入力されるようになっている。また、
伝達関数設定部11はパルス発生器13を備え、パルス
発生器13からのパルスは加算器23に入力されて電力
増幅器8に入力される。
Embodiments of the control system of the magnetic bearing device according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. 1 shows an embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 is a casing, to which an electromagnet stator 2 having an exciting coil 3 is fixed. On the other hand, a rotor yoke 5 is fixed to the rotary shaft 4. A displacement sensor 6 is disposed adjacent to the rotary shaft 4, and the displacement sensor 6 measures the displacement of the rotary shaft 4. The magnetic bearing device includes a system identification circuit 10, and the system identification circuit 10 includes a transfer function setting unit 11 and a canceller 14. The detection signal from the displacement sensor 6 is input to the transfer function measuring unit 12 of the transfer function setting unit and the adder 21. Also,
The transfer function setting unit 11 includes a pulse generator 13, and the pulse from the pulse generator 13 is input to the adder 23 and the power amplifier 8.

【0008】一方、キャンセラ14は適応ディジタルフ
ィルタ15とハイパス回路16とを備え、前記伝達関数
測定器12で測定された伝達関数は適応ディジタルフィ
ルタ15に入力され、この適応ディジタルフィルタ15
は、この伝達関数を模擬する。この適応ディジタルフィ
ルタ15には、補償回路7又は図示しないが電力増幅器
8の出力信号が入力されて、回転軸の固有の伝達関数に
従った疑似信号が発生される。この疑似信号はハイパス
回路16によって低周波成分がカットされ、高周波成分
のみが前記加算器21に減算して入力されるようになっ
ている。ここでハイパス回路は、制御周波数、例えば回
転軸の回転周波数より大きい周波数成分のみが通され
る。従って、加算器21には変位センサーの変位信号
に、補償回路7又は電力増幅器8の出力信号を適応ディ
ジタルフィルタ15で、回転軸固有の伝達回数で模擬さ
れた信号で且つハイパス回路を通過した制御周波数以上
の成分が減算して印加される。加算器21の出力信号
は、同定誤差検出回路17に入力され、そして、この同
定誤差検出回路17の出力信号は適応ディジタルフィル
タ15に入力され、これによって適応ディジタルフィル
タ15は変位信号から疑似信号を減算した信号を同定誤
差検出回路17で判断し、誤差が小さくなるように逐次
修正されるように構成されている。
On the other hand, the canceller 14 includes an adaptive digital filter 15 and a high-pass circuit 16, and the transfer function measured by the transfer function measuring device 12 is input to the adaptive digital filter 15 and the adaptive digital filter 15 is supplied.
Simulates this transfer function. An output signal of the compensating circuit 7 or a power amplifier 8 (not shown) is input to the adaptive digital filter 15, and a pseudo signal according to the transfer function peculiar to the rotating shaft is generated. The low-frequency component of this pseudo signal is cut by the high-pass circuit 16, and only the high-frequency component is subtracted and input to the adder 21. Here, the high-pass circuit passes only the control frequency, for example, the frequency component that is higher than the rotation frequency of the rotation shaft. Therefore, in the adder 21, the output signal of the compensating circuit 7 or the power amplifier 8 is applied to the displacement signal of the displacement sensor by the adaptive digital filter 15, and the signal is simulated by the number of transmissions peculiar to the rotation axis and passed through the high pass circuit The components above the frequency are subtracted and applied. The output signal of the adder 21 is input to the identification error detection circuit 17, and the output signal of the identification error detection circuit 17 is input to the adaptive digital filter 15, which causes the adaptive digital filter 15 to generate a pseudo signal from the displacement signal. The subtracted signal is judged by the identification error detection circuit 17 and is sequentially corrected so that the error becomes smaller.

【0009】次に、前述のように構成された磁気軸受装
置の動作を説明する。伝達関数設定部11中のパルス発
生器13で発生したパルスは第3の加算器23に入力さ
れ、電力増幅器8を経由してケーシング1に固定された
電磁石固定子2に巻かれたコイル3に電流を流し、電磁
石固定子2から回転軸4に電磁力による外乱を与え、そ
の時の回転軸4の変位を変位センサ6で測定する。そし
て、ここで、パルス発生器13によって発生されるパル
スは、システム同定用のパルス又は、ホワイトノイズあ
るいはチャープ信号であり、回転軸系の伝達関数の測定
のためのものである。変位センサ6の出力は伝達関数測
定器12に入力され、回転軸系の伝達関数が伝達関数測
定器12によって測定され、その測定された伝達関数は
適応ディジタルフィルタ15に入力される。適応ディジ
タルフィルタ15は伝達関数測定器12よりの回転軸系
の伝達関数に基づいて、疑似信号を発生する。そして、
この疑似信号はハイパス回路16によって、制御周波
数、例えば回転周波数以下の低周波部分がカットされ高
周波成分のみの疑似信号が加算器21に減算入力され
る。加算器21では変位センサ6の出力信号である変位
信号からキャンセラ14の出力信号である疑似信号が減
算され、この減算された信号は誤差信号検出回路17に
入力され、これによって変位信号と疑似信号との誤差が
小さくなるように、適応ディジタルフィルタ15が逐次
修正される。また、加算器21で減算された誤差信号は
加算器22に入力され、ここで回転軸4の位置目標値か
ら減算され、この減算された信号が補償回路7に入力さ
れ、この補償回路7からの出力によって電力増幅器8が
動作し、コイル3に電流を流し、電磁石固定子2と回転
子ヨーク5間に生じる電磁吸引力によって回転軸4の位
置を制御する。
Next, the operation of the magnetic bearing device configured as described above will be described. The pulse generated by the pulse generator 13 in the transfer function setting unit 11 is input to the third adder 23, and passes through the power amplifier 8 to the coil 3 wound around the electromagnet stator 2 fixed to the casing 1. A current is caused to flow to give a disturbance due to an electromagnetic force from the electromagnet stator 2 to the rotating shaft 4, and the displacement sensor 6 measures the displacement of the rotating shaft 4 at that time. The pulse generated by the pulse generator 13 is a system identification pulse, white noise, or a chirp signal, and is used for measuring the transfer function of the rotating shaft system. The output of the displacement sensor 6 is input to the transfer function measuring device 12, the transfer function of the rotating shaft system is measured by the transfer function measuring device 12, and the measured transfer function is input to the adaptive digital filter 15. The adaptive digital filter 15 generates a pseudo signal based on the transfer function of the rotary shaft system from the transfer function measuring device 12. And
A high-pass circuit 16 cuts off a low-frequency part of the control signal, for example, a rotation frequency or less, and a pseudo signal having only a high-frequency component is subtracted and input to the adder 21. In the adder 21, the pseudo signal which is the output signal of the canceller 14 is subtracted from the displacement signal which is the output signal of the displacement sensor 6, and the subtracted signal is input to the error signal detection circuit 17, whereby the displacement signal and the pseudo signal are generated. The adaptive digital filter 15 is sequentially modified so that the error between and becomes smaller. Further, the error signal subtracted by the adder 21 is input to the adder 22, where it is subtracted from the position target value of the rotary shaft 4, and the subtracted signal is input to the compensation circuit 7 and from this compensation circuit 7. The power amplifier 8 operates in response to the output of ## EQU1 ## to cause a current to flow through the coil 3, and the position of the rotating shaft 4 is controlled by the electromagnetic attractive force generated between the electromagnet stator 2 and the rotor yoke 5.

【0010】このようにして、変位信号が疑似信号によ
って減算された後の信号は回転軸の制御に必要な制御周
波数以下の成分を主に持ち、この信号をもとに磁気軸受
を制御することにより、従来問題となっていた高周波成
分の回転軸の曲げ固有モードの成分が除去されることに
より、不必要な制御を行わないようになり、結果的に回
転軸の振動、発振の問題を除去した制御を行えることに
なる。図1において、図中のS−1は変位センサ6で検
出した変位信号のスペクトルを示し、S−2は疑似信号
のスペクトルを示している。S−1の高周波領域のピー
クは、回転軸の曲げ固有モードによる極を示す。S−2
は制御周波数より大きい回転軸の曲げ固有モードの極が
適応ディジタルフィルタ15の模擬により形成され、且
つハイパスフィルタ16で低周波分が除去されているこ
とが示されている。S−3は変位信号から疑似信号を減
算した後のスペクトルで、制御周波数より小さい周波数
では回転軸の制御に本来必要な変位信号のままであり、
制御周波数以上では従来問題となっていた曲げ固有モー
ドのピークがなくなるか、逆に窪んだスペクトルとな
る。
In this way, the signal after the displacement signal is subtracted by the pseudo signal mainly has a component below the control frequency necessary for controlling the rotating shaft, and the magnetic bearing is controlled based on this signal. As a result, the bending eigenmode component of the rotating shaft of the high frequency component, which has been a problem in the past, is eliminated, and unnecessary control is not performed, resulting in elimination of the problem of vibration and oscillation of the rotating shaft. The controlled control can be performed. In FIG. 1, S-1 in the figure shows the spectrum of the displacement signal detected by the displacement sensor 6, and S-2 shows the spectrum of the pseudo signal. The peak in the high frequency region of S-1 indicates the pole due to the bending eigenmode of the rotating shaft. S-2
Shows that the pole of the bending eigenmode of the rotation axis higher than the control frequency is formed by the simulation of the adaptive digital filter 15, and the low-frequency component is removed by the high-pass filter 16. S-3 is the spectrum after the pseudo signal is subtracted from the displacement signal, and at the frequency lower than the control frequency, it remains the displacement signal originally necessary for controlling the rotating shaft,
Above the control frequency, the bending eigenmode peak, which has been a problem in the past, disappears or, conversely, the spectrum becomes hollow.

【0011】次に、本発明の第2の実施例を図2を参照
して説明する。図2において、図1の構成要素と同一の
作用及び機能を有する構成要素は同一符号を付して説明
を省略する。本実施例においては、伝達関数測定器12
及びパルス発生器13(図1)に代わって伝達関数設定
器31を設けたものであり、伝達関数設定器31は計算
又は別の手段で求めたあらかじめ定められた回転軸系の
伝達関数を発生する。回転軸の曲げ固有モードは、別途
の計算機シミュレーション等により、その伝達関数は計
算が可能である。又、同様な種類の軸受装置では、一本
の回転軸について実験的に伝達関数を測定しておけば、
類似のものについては、実験的に伝達関数が類推可能だ
からである。この伝達関数設定器によれば、高価なパル
ス発生器及び伝達関数測定器が不要となり、経済的であ
る。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2, constituent elements having the same functions and functions as those of the constituent elements of FIG. 1 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. In the present embodiment, the transfer function measuring device 12
Also, a transfer function setting device 31 is provided instead of the pulse generator 13 (FIG. 1), and the transfer function setting device 31 generates a predetermined transfer function of the rotary shaft system obtained by calculation or another means. To do. The transfer function of the bending eigenmode of the rotating shaft can be calculated by a separate computer simulation or the like. Also, in a bearing device of the same type, if the transfer function is experimentally measured for one rotating shaft,
This is because the transfer functions of similar ones can be inferred experimentally. According to this transfer function setting device, an expensive pulse generator and transfer function measuring device are unnecessary, which is economical.

【0012】次に、本発明の第3の実施例を図3を参照
して説明する。図3において、図1の構成要素と同一の
作用及び機能を有する構成要素は同一符号を付して説明
を省略する。本実施例が図2に示す第2の実施例と異な
るところは同定誤差検出回路17を省略したことであ
る。同定誤差検出回路17は、変位センサ6の変位信号
から、キャンセラ回路14で生成された疑似信号を減算
した誤差を評価し、その誤差をより小さくするよう、適
応ディジタルフィルタのパラメータを修正するものであ
る。回転軸の曲げ固有モードは、回転数、温度、剛性等
によって変化するので、適応ディジタルフィルタも厳密
には、これらの変動に対応してそのパラメータを変更す
ることにより誤差を小さくする必要がある。しかしなが
ら、実用上、パラメータを変更しなくても済む場合もあ
り、この時は、同定誤差検出回路17は不要となるから
である。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3, constituent elements having the same functions and functions as those of the constituent elements of FIG. 1 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. This embodiment differs from the second embodiment shown in FIG. 2 in that the identification error detection circuit 17 is omitted. The identification error detection circuit 17 evaluates an error obtained by subtracting the pseudo signal generated by the canceller circuit 14 from the displacement signal of the displacement sensor 6, and modifies the parameters of the adaptive digital filter so as to reduce the error. is there. Since the bending eigenmode of the rotating shaft changes depending on the number of rotations, temperature, rigidity, etc., it is necessary for the adaptive digital filter to strictly reduce the error by changing the parameter corresponding to these fluctuations. However, in practice, it may not be necessary to change the parameters, and at this time, the identification error detection circuit 17 becomes unnecessary.

【0013】次に、本発明の第4の実施例を図5を参照
して説明する。図5において、図1の構成要素と同一の
作用及び機能を有する構成要素は同一符号を付して説明
を省略する。本実施例が図1に示す第1の実施例と異な
るところは、第1に、パルス発生器を省略し、補償回路
または電力増幅器の出力を伝達関数測定器12に入力し
たことである。伝達関数測定器12は、補償回路7また
は電力増幅器8の出力と変位センサ6の変位信号から回
転軸系の伝達関数を推定し、適応ディジタルフィルタ1
5のパラメータを修正するものである。第2に、回転軸
系の伝達関数は、複数の伝達関数測定器および適応デジ
タルフィルタから構成され、回転軸系の他の補償回路ま
たは電力増幅器の出力信号と当回転軸系の変位信号から
重畳して求められ、模擬される。従って、図示のように
2個の軸受、及び2個のセンサの間で本発明を適用する
場合には、4組の伝達関数測定器および適応デジタルフ
ィルタ等の組が必要である。5軸制御の場合には、5軸
の相関をすべてとると、25組の伝達関数測定器および
適応デジタルフィルタ等の組が必要である。このような
たすきがけ制御は各回転軸系の伝達関数に相関があるた
め有効である。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5, constituent elements having the same operations and functions as those of the constituent elements of FIG. 1 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. The present embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in that the pulse generator is omitted and the output of the compensation circuit or the power amplifier is input to the transfer function measuring device 12. The transfer function measuring device 12 estimates the transfer function of the rotating shaft system from the output of the compensation circuit 7 or the power amplifier 8 and the displacement signal of the displacement sensor 6, and the adaptive digital filter 1
The parameter of No. 5 is modified. Secondly, the transfer function of the rotating shaft system is composed of a plurality of transfer function measuring devices and an adaptive digital filter, and is superposed from the output signal of another compensation circuit or power amplifier of the rotating shaft system and the displacement signal of the rotating shaft system. Then, it is requested and imitated. Therefore, when the present invention is applied between two bearings and two sensors as shown in the figure, four sets of transfer function measuring devices and adaptive digital filters are required. In the case of 5-axis control, 25 sets of transfer function measuring devices, adaptive digital filters, etc. are required if all the 5-axis correlations are taken. Such plucking control is effective because the transfer function of each rotary shaft system is correlated.

【0014】次に、本発明の第5の実施例を図6を参照
して説明する。図6において、図1の構成要素と同一の
作用及び機能を有する構成要素は同一符号を付して説明
を省略する。本実施例が図1に示す第1の実施例と異な
るところは、第1に、伝達関数設定部を固有モード測定
器25にしたことである。固有モード測定器25は、変
位センサ6の変位信号から回転軸系の固有振動モードを
推定し、適応デジタルフィルタ15により該固有振動周
波数成分を模擬する疑似信号を発生する。第2に、回転
軸系の伝達関数は、図示のように複数の固有モード測定
器および適応デジタルフィルタにより重畳して模擬され
る。このような構成によれば、固有振動数の変動範囲が
前もって判っていれば、各固有振動数に対応した適応デ
ジタルフィルタを準備することにより対応できるが、固
有振動数の数だけ適応デジタルフィルタが必要となる。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6, constituent elements having the same functions and functions as those of the constituent elements of FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. The present embodiment differs from the first embodiment shown in FIG. 1 in that, firstly, the transfer function setting unit is the eigenmode measuring instrument 25. The natural mode measuring device 25 estimates the natural vibration mode of the rotary shaft system from the displacement signal of the displacement sensor 6 and generates a pseudo signal simulating the natural vibration frequency component by the adaptive digital filter 15. Secondly, the transfer function of the rotating shaft system is simulated by being superposed by a plurality of eigenmode measuring devices and adaptive digital filters as shown. With such a configuration, if the variation range of the natural frequency is known in advance, it can be handled by preparing an adaptive digital filter corresponding to each natural frequency. Will be needed.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明は回転軸
の伝達関数を適応ディジタルフィルタで模擬し、且つ低
周波成分を除去し、高周波の曲げ固有モードの成分を減
算して回転軸の変位信号に加えるものである。従って、
従来回転軸の曲げ固有モードによる振動、発振の原因と
なった、制御周波数以上の高周波成分のスペクトル上の
ピークが除去されることから、回転軸の制御を安定に行
うことのできる磁気軸受装置が実現された。本装置は適
応ディジタルフィルタで、回転軸系の伝達関数を模擬す
ることから、従来の局部的なノッチフィルタ等は不要と
なり、各種形状、容量の異なる磁気軸受装置に対しても
パラメータの変更のみで対応できるので極めて汎用性が
高い。又、回転数、温度の変動による系の伝達関数の変
動に対しても同定誤差の検出により自動的な対応が可能
な磁気軸受装置が実現された。
As described above, according to the present invention, the transfer function of the rotating shaft is simulated by the adaptive digital filter, the low frequency component is removed, and the high frequency bending eigenmode component is subtracted to obtain the rotating shaft. It is added to the displacement signal. Therefore,
Conventionally, a magnetic bearing device that can stably control the rotating shaft is obtained because the peak on the spectrum of the high-frequency component above the control frequency, which is the cause of vibration and oscillation due to the bending eigenmode of the rotating shaft, is removed. It was realized. Since this device is an adaptive digital filter that simulates the transfer function of the rotating shaft system, the conventional local notch filter etc. is not required, and the parameters can be changed even for magnetic bearing devices of different shapes and capacities. As it can be used, it is extremely versatile. Further, a magnetic bearing device capable of automatically responding to fluctuations in the transfer function of the system due to fluctuations in the rotational speed and temperature by detecting the identification error has been realized.

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

【図1】本発明に係る磁気軸受装置の制御系の一実施例
を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a control system of a magnetic bearing device according to the present invention.

【図2】本発明に係る磁気軸受装置の制御系の第2の実
施例を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the control system of the magnetic bearing device according to the present invention.

【図3】本発明に係る磁気軸受装置の制御系の第3の実
施例を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a third embodiment of the control system of the magnetic bearing device according to the present invention.

【図4】従来の磁気軸受装置の制御系を示すブロック図
である。
FIG. 4 is a block diagram showing a control system of a conventional magnetic bearing device.

【図5】本発明に係る磁気軸受装置の制御系の第4の実
施例を示すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a fourth embodiment of the control system of the magnetic bearing device according to the present invention.

【図6】本発明に係る磁気軸受装置の制御系の第5の実
施例を示すブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram showing a fifth embodiment of the control system of the magnetic bearing device according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ケーシング 2 電磁石固定子 3 コイル 4 回転軸 5 回転子ヨーク 6 変位センサ 7 補償回路 8 電力増幅器 10 システム同定回路 11 伝達関数設定部 12 伝達関数測定器 13 パルス発生器 14 キャンセラ 15 適応ディジタルフィルタ 16 ハイパス回路 17 同定誤差検出回路 25 固有モード測定器 31 伝達関数設定器 1 Casing 2 Electromagnet Stator 3 Coil 4 Rotating Shaft 5 Rotor Yoke 6 Displacement Sensor 7 Compensation Circuit 8 Power Amplifier 10 System Identification Circuit 11 Transfer Function Setting Section 12 Transfer Function Measuring Device 13 Pulse Generator 14 Canceller 15 Adaptive Digital Filter 16 High Pass Circuit 17 Identification error detection circuit 25 Eigenmode measuring instrument 31 Transfer function setter

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】回転軸に取り付けた回転子ヨークと、この
回転子ヨークから微小間隔の距離を置いてケーシングに
取り付けられた電磁石固定子と、前記回転軸とケーシン
グ間の相対変位を測定する変位センサと、この変位セン
サからの変位信号をもとに前記回転子ヨークと前記電磁
石固定子間に作用する磁気吸引力を制御する補償回路と
電力増幅器を有する磁気軸受装置において、あらかじめ
定められた回転軸系の伝達関数を設定する伝達関数設定
部と、この伝達関数設定部で設定された伝達関数を模擬
し前記補償回路又は電力増幅器の出力を入力することに
より疑似信号を発生する適応ディジタルフィルタと、こ
の適応ディジタルフィルタの入力側あるいは出力側に設
けられたハイパス回路と、前記変位信号から前記疑似信
号を減算した信号に基づき前記磁気吸引力を制御する補
償回路を有する磁気軸受装置。
1. A rotor yoke mounted on a rotary shaft, an electromagnet stator mounted on a casing at a minute distance from the rotor yoke, and a displacement for measuring relative displacement between the rotary shaft and the casing. In a magnetic bearing device having a sensor, a compensating circuit for controlling a magnetic attraction force acting between the rotor yoke and the electromagnet stator based on a displacement signal from the displacement sensor, and a power amplifier, a predetermined rotation A transfer function setting unit for setting the transfer function of the shaft system, and an adaptive digital filter for simulating the transfer function set by the transfer function setting unit and generating a pseudo signal by inputting the output of the compensation circuit or the power amplifier. , A high-pass circuit provided on the input side or output side of this adaptive digital filter, and a signal obtained by subtracting the pseudo signal from the displacement signal Magnetic bearing device having a compensating circuit for controlling the magnetic attraction force based.
【請求項2】前記変位信号から前記疑似信号を減算した
信号を同定誤差検出回路で検出し、この誤差が小さくな
るように前記適応ディジタルフィルタを逐次修正するシ
ステム同定回路を具備することを特徴とする請求項1の
磁気軸受装置。
2. A system identification circuit for detecting a signal obtained by subtracting the pseudo signal from the displacement signal by an identification error detection circuit, and successively correcting the adaptive digital filter so that the error becomes small. The magnetic bearing device according to claim 1.
【請求項3】前記伝達関数設定部は伝達関数測定器とパ
ルス発生器とから構成され、前記パルス発生器により発
生したパルスを電力増幅器に入力することによって前記
回転軸に外乱を与え、その時の回転軸の変位を前記変位
センサにより検出し、この変位信号から回転軸系の伝達
関数を求めることを特徴とする請求項1または請求項2
の磁気軸受装置。
3. The transfer function setting unit is composed of a transfer function measuring device and a pulse generator, and a pulse generated by the pulse generator is input to a power amplifier to give a disturbance to the rotary shaft. The displacement of the rotating shaft is detected by the displacement sensor, and the transfer function of the rotating shaft system is obtained from the displacement signal.
Magnetic bearing device.
【請求項4】前記伝達関数設定部は、計算あるいはその
他の手段で求められた回転軸系の伝達関数を設定する伝
達関数設定器を具備することを特徴とする請求項1また
は請求項2の磁気軸受装置。
4. The transfer function setting unit comprises a transfer function setting device for setting the transfer function of the rotating shaft system obtained by calculation or other means. Magnetic bearing device.
【請求項5】前記同定誤差検出回路で誤差を検出し適応
ディジタルフィルタを適応的に修正する場合において誤
差がだんだん大きくなり修正が困難になった時は、パル
ス発生器で再度パルスを発生し、伝達関数を再度設定す
ることを特徴とする請求項2の磁気軸受装置。
5. When the error is detected by the identification error detection circuit and the adaptive digital filter is adaptively corrected, when the error gradually increases and the correction becomes difficult, a pulse is regenerated by the pulse generator, The magnetic bearing device according to claim 2, wherein the transfer function is set again.
【請求項6】前記伝達関数設定部は伝達関数測定器から
構成され、前記補償回路または電力増幅器の出力と前記
変位センサの変位信号から回転軸系の伝達関数を推定
し、且つ、回転軸系の伝達関数は、複数の伝達関数測定
器および適応デジタルフィルタにより、回転軸系の他の
補償回路または電力増幅器の出力信号から重畳して求め
られ、模擬されることを特徴とする請求項1または請求
項2の磁気軸受装置。
6. The transfer function setting unit is composed of a transfer function measuring device, estimates the transfer function of the rotating shaft system from the output of the compensating circuit or power amplifier and the displacement signal of the displacement sensor, and rotates the rotating shaft system. 2. The transfer function of is obtained by superimposing the output signal of another compensation circuit of the rotary shaft system or the power amplifier by a plurality of transfer function measuring devices and an adaptive digital filter, and is simulated. The magnetic bearing device according to claim 2.
【請求項7】前記伝達関数設定部は固有モード測定器か
ら構成され、前記変位センサの変位信号から回転軸系の
固有振動モードを推定し、前記適応デジタルフィルタに
より該固有振動周波数成分を模擬する疑似信号を発生
し、且つ、回転軸系の伝達関数は、複数の固有モード測
定器および適応デジタルフィルタにより重畳して模擬さ
れることを特徴とする請求項1または請求項2の磁気軸
受装置。
7. The transfer function setting section is composed of an eigenmode measuring device, estimates a natural vibration mode of a rotary shaft system from a displacement signal of the displacement sensor, and simulates the natural vibration frequency component by the adaptive digital filter. 3. The magnetic bearing device according to claim 1, wherein a pseudo signal is generated and the transfer function of the rotating shaft system is simulated by being superposed by a plurality of eigenmode measuring devices and an adaptive digital filter.
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