JPH10274238A - Magnetic bearing device - Google Patents

Magnetic bearing device

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JPH10274238A
JPH10274238A JP7676497A JP7676497A JPH10274238A JP H10274238 A JPH10274238 A JP H10274238A JP 7676497 A JP7676497 A JP 7676497A JP 7676497 A JP7676497 A JP 7676497A JP H10274238 A JPH10274238 A JP H10274238A
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electromagnet
signal
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Kenzo Nonami
健蔵 野波
Keifu Han
啓富 範
Hirotomo Kamiyama
拓知 上山
Manabu Taniguchi
学 谷口
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Koyo Seiko Co Ltd
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    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/044Active magnetic bearings
    • F16C32/0444Details of devices to control the actuation of the electromagnets
    • F16C32/0451Details of controllers, i.e. the units determining the power to be supplied, e.g. comparing elements, feedback arrangements with P.I.D. control

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To always reduce the influence of a changed disturbance frequency by estimating the frequency of a cyclical disturbance from the driving current of an electromagnet, outputting a disturbance suppressing signal for suppressing this cyclical disturbance, adding this signal to a positional signal and supplying it as an electromagnet control signal to a power amplifier. SOLUTION: In a disturbance suppression control device 9X, the frequency of a cyclical disturbance is estimated from driving currents Icxa and Icxb, disturbance suppressing signals Vrxa and Vrxb for suppressing this cyclical disturbance are outputted, the disturbance suppressing signals Vrxa and Vrxb are added to position control signals Vcxa' and Vcxb' by adders 10xa and 10xb, and these are supplied as electromagnet control signals Vcxa and Vcxb to power simplifiers 6xa and 6xb. Thus, since the driving current Icxa and Icxb of electromagnets 2xa and 2xb are controlled, even if a disturbance frequency is changed, its influence is always reduced. Therefore, in any rotational number regions, the vibration of a rotary body 1 caused by disturbance is suppressed, stable control is performed and high-speed rotation is performed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、磁気軸受装置に
関する。
The present invention relates to a magnetic bearing device.

【0002】[0002]

【従来の技術】磁気軸受装置を使用した工作機械用スピ
ンドル装置などの高速回転機械として、主軸などの回転
体の軸方向(アキシアル方向)の2箇所がラジアル磁気
軸受装置によって径方向(ラジアル方向)に非接触支持
され、軸方向の1箇所がアキシアル磁気軸受装置によっ
て軸方向に非接触支持されたものが知られている。
2. Description of the Related Art As a high-speed rotating machine such as a spindle device for a machine tool using a magnetic bearing device, two portions in the axial direction (axial direction) of a rotating body such as a main shaft are radially (radially) oriented by a radial magnetic bearing device. And an axial magnetic bearing device, which is non-contact supported at one location in the axial direction, is known.

【0003】上記のような高速回転機械に使用されるラ
ジアル磁気軸受装置の1例が図1および図2に示されて
いる。図1はラジアル磁気軸受装置の機械的部分の横断
面図、図2はその制御部分のブロック図である。なお、
以下の説明において、軸方向の軸をZ軸、Z軸と直交す
るとともに互いに直交する2つの径方向の軸をX軸およ
びY軸とする。ラジアル磁気軸受装置は回転体の軸方向
の1箇所をX軸方向およびY軸方向に非接触支持するも
のであるが、図2にはX軸方向の制御部分だけが示され
ている。
FIGS. 1 and 2 show an example of a radial magnetic bearing device used in a high-speed rotating machine as described above. FIG. 1 is a cross-sectional view of a mechanical part of the radial magnetic bearing device, and FIG. 2 is a block diagram of a control part thereof. In addition,
In the following description, the axis in the axial direction is defined as the Z axis, and two radial axes orthogonal to the Z axis and orthogonal to each other are defined as the X axis and the Y axis. Although the radial magnetic bearing device supports one portion of the rotating body in the axial direction in a non-contact manner in the X-axis direction and the Y-axis direction, FIG. 2 shows only a control portion in the X-axis direction.

【0004】図1に示すように、ラジアル磁気軸受装置
は、回転体(1) をX軸方向およびY軸方向に非接触支持
する1組のラジアル磁気軸受(2) を備えている。磁気軸
受(2) は、回転体(1) をX軸方向の両側から挟んで外向
きに吸引する1対のX軸電磁石(2xa)(2xb)と、回転体
(1) をY軸方向の両側から挟んで外向きに吸引する1対
のY軸電磁石(2ya)(2yb)とを備えている。各X軸電磁石
(2xa)(2xb)の近傍に、回転体(2) をX軸方向の両側から
挟んで回転体(2) とのX軸方向の空隙の大きさを検出す
る1対のX軸変位センサ(3xa)(3xb)が設けられ、各Y軸
電磁石(2ya)(2yb)の近傍に、回転体(2) をY軸方向の両
側から挟んで回転体(2) との空隙の大きさを検出する1
対のY軸変位センサ(3ya)(3yb)が設けられている。
As shown in FIG. 1, the radial magnetic bearing device includes a set of radial magnetic bearings (2) for supporting the rotating body (1) in a non-contact manner in the X-axis direction and the Y-axis direction. The magnetic bearing (2) is composed of a pair of X-axis electromagnets (2xa) (2xb) that sandwich the rotating body (1) from both sides in the X-axis direction and attracts outward, and a rotating body (1).
(1) is provided with a pair of Y-axis electromagnets (2ya) (2yb) for attracting outward from both sides in the Y-axis direction. Each X axis electromagnet
A pair of X-axis displacement sensors (2xa) and (2xb), which sandwich the rotating body (2) from both sides in the X-axis direction and detect the size of the gap in the X-axis direction with the rotating body (2). 3xa) and (3xb) are provided, and the size of the gap with the rotating body (2) is detected near the Y-axis electromagnets (2ya) and (2yb) by sandwiching the rotating body (2) from both sides in the Y-axis direction. 1 to do
A pair of Y-axis displacement sensors (3ya) (3yb) are provided.

【0005】図2に示すように、ラジアル磁気軸受装置
のX軸方向の制御部分は、X軸変位検出装置(4x)、電磁
石制御装置(5x)および電力増幅器(6xa)(6xb)を備えてい
る。変位検出装置(4x)は、上記の2個のX軸変位センサ
(3xa)(3xb)と、演算部(7x)とを備えており、演算部(7x)
が、センサ(3xa)(3xb)の出力から回転体(1) のX軸方向
の変位を求めて、X軸変位信号Vx'を出力する。X軸変
位信号Vx'は、そのまま制御装置入力信号Vx として電
磁石制御装置(5x)に入力する。電磁石制御装置(5x)は、
変位検出装置(4x)の出力信号である入力信号Vx に基づ
いて各X軸電磁石(2xa)(2xb)の駆動電流をそれぞれ制御
するための位置制御信号Vcxa'、Vcxb'を出力する。各
位置制御信号Vcxa'、Vcxb'は、そのまま電磁石制御信
号Vcxa、Vcxb として対応する各電力増幅器(6xa)(6x
b)に入力する。各電力増幅器(6xa)(6xb)は、電磁石制御
信号Vcxa 、Vcxb を増幅して各X軸電磁石(2xa)(2xb)
にそれぞれ駆動電流Icxa 、Icxb を供給する。そし
て、2個の電磁石(2xa)(2xb)にそれぞれ駆動電流Icxa
、Icxb が供給されることにより、各電磁石(2xa)(2x
b)にX軸方向外向きの磁気吸引力が発生して、回転体
(1) にX軸方向の磁気力Fcxが作用し、これにより回転
体(1) がX軸方向の所定位置に非接触支持される。
As shown in FIG. 2, the control portion in the X-axis direction of the radial magnetic bearing device includes an X-axis displacement detection device (4x), an electromagnet control device (5x), and power amplifiers (6xa) (6xb). I have. The displacement detection device (4x) is composed of the above two X-axis displacement sensors
(3xa) and (3xb), and an operation unit (7x).
Calculates the displacement of the rotating body (1) in the X-axis direction from the outputs of the sensors (3xa) and (3xb), and outputs an X-axis displacement signal Vx '. The X-axis displacement signal Vx 'is directly input to the electromagnet controller (5x) as the controller input signal Vx. The electromagnet controller (5x)
It outputs position control signals Vcxa 'and Vcxb' for controlling the drive current of each X-axis electromagnet (2xa) (2xb) based on the input signal Vx which is the output signal of the displacement detection device (4x). Each position control signal Vcxa ', Vcxb' is directly used as an electromagnet control signal Vcxa, Vcxb as a corresponding power amplifier (6xa) (6x
Enter in b). Each power amplifier (6xa) (6xb) amplifies the electromagnet control signals Vcxa and Vcxb to amplify each X-axis electromagnet (2xa) (2xb)
Supplies the drive currents Icxa and Icxb, respectively. The drive current Icxa is applied to the two electromagnets (2xa) and (2xb), respectively.
, Icxb, the respective electromagnets (2xa) (2x
b) An outward magnetic attraction force in the X-axis direction is generated in the
A magnetic force Fcx in the X-axis direction acts on (1), whereby the rotating body (1) is non-contactly supported at a predetermined position in the X-axis direction.

【0006】ラジアル磁気軸受装置のY軸方向の制御部
分も、図2のX軸方向の制御部分と同様の構成を有す
る。
The control section in the Y-axis direction of the radial magnetic bearing device has the same configuration as the control section in the X-axis direction in FIG.

【0007】上記のような高速回転機械に使用されるア
キシアル磁気軸受装置の1例が図3および図4に示され
ている。図3はアキシアル磁気軸受装置の機械的部分の
縦断面図、図4はその制御部分のブロック図である。
FIGS. 3 and 4 show an example of an axial magnetic bearing device used in a high-speed rotating machine as described above. FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a mechanical part of the axial magnetic bearing device, and FIG. 4 is a block diagram of a control part thereof.

【0008】図3に示すように、アキシアル磁気軸受装
置は、回転体(1) をZ軸方向に非接触支持する1組のア
キシアル磁気軸受(8) を備えている。磁気軸受(8) は、
回転体(1) のフランジ部(1a)をZ軸方向の両側から挟ん
で反対向きに吸引する1対のZ軸電磁石(8za)(8zb)を備
えている。回転体(1) の端面の近傍に、この端面とのZ
軸方向の空隙の大きさを検出する1個のZ軸変位センサ
(3z)が設けられている。
As shown in FIG. 3, the axial magnetic bearing device includes a set of axial magnetic bearings (8) for supporting the rotating body (1) in a non-contact manner in the Z-axis direction. The magnetic bearing (8)
The rotating body (1) includes a pair of Z-axis electromagnets (8za) and (8zb) that sandwich the flange portion (1a) from both sides in the Z-axis direction and suction in opposite directions. In the vicinity of the end face of the rotating body (1), Z
One Z-axis displacement sensor that detects the size of the gap in the axial direction
(3z) is provided.

【0009】図4に示すように、アキシアル磁気軸受装
置の制御部分は、Z軸変位検出装置(4z)、電磁石制御装
置(5z)および電力増幅器(6za)(6zb)を備えている。変位
検出装置(4z)は、上記の1個のZ軸変位センサ(3z)と、
演算部(7z)とを備えており、演算部(7z)が、センサ(3z)
の出力から回転体(1) のZ軸方向の変位を求めて、Z軸
変位信号Vz'を出力する。Z軸変位信号Vz'は、そのま
ま制御装置入力信号Vz として電磁石制御装置(5z)に入
力する。電磁石制御装置(5z)は、変位検出装置(4z)の出
力信号である変位信号Vz に基づいて各Z軸電磁石(8z
a)(8zb)の駆動電流をそれぞれ制御するための位置制御
信号Vcza'、Vczb'を出力する。各位置制御信号Vcz
a'、Vczb'は、そのまま電磁石制御信号Vcza 、Vczb
として対応する各電力増幅器(6za)(6zb)に入力する。各
電力増幅器(6za)(6zb)は、電磁石制御信号Vcza 、Vcz
b を増幅して各Z軸電磁石(8za)(8zb)にそれぞれ駆動電
流Icza 、Iczb を供給する。そして、2個の電磁石(8
za)(8zb)にそれぞれ駆動電流Icza 、Iczb が供給され
ることにより、各電磁石(8za)(8zb)にZ軸方向反対向き
の磁気吸引力が発生して、回転体(1) にZ軸方向の磁気
力Fczが作用し、これにより回転体(1) がZ軸方向の所
定位置に保持される。
As shown in FIG. 4, the control portion of the axial magnetic bearing device includes a Z-axis displacement detection device (4z), an electromagnet control device (5z), and power amplifiers (6za) (6zb). The displacement detection device (4z) includes the one Z-axis displacement sensor (3z) described above,
A computing unit (7z), and the computing unit (7z) includes a sensor (3z).
, The displacement of the rotating body (1) in the Z-axis direction is obtained, and a Z-axis displacement signal Vz 'is output. The Z-axis displacement signal Vz 'is directly input to the electromagnet controller (5z) as the controller input signal Vz. The electromagnet controller (5z) controls each Z-axis electromagnet (8z) based on the displacement signal Vz, which is the output signal of the displacement detector (4z).
a) Output position control signals Vcza 'and Vczb' for controlling the drive current of (8zb). Each position control signal Vcz
a 'and Vczb' are used as they are for the electromagnet control signals Vcza and Vczb.
To the corresponding power amplifiers (6za) and (6zb). Each of the power amplifiers (6za) and (6zb) receives an electromagnet control signal Vcza, Vcz
b is amplified to supply drive currents Icza and Iczb to the respective Z-axis electromagnets (8za) and (8zb). And two electromagnets (8
When the drive currents Icza and Iczb are supplied to the za) and (8zb), respectively, a magnetic attraction force is generated in each of the electromagnets (8za) and (8zb) in a direction opposite to the Z-axis direction. A magnetic force Fcz acts in the direction, whereby the rotating body (1) is held at a predetermined position in the Z-axis direction.

【0010】上記のようなラジアル磁気軸受装置および
アキシアル磁気軸受装置を備えた高速回転機械におい
て、回転中の回転体(1) には、各磁気軸受装置による磁
気力の他に外乱が作用する。図2において、外乱のX軸
成分をFdxで示し、図4において、外乱のZ軸成分をF
dzで示している。X軸方向については、磁気力Fcxと外
乱のX軸成分Fdxを合わせた力Fx が回転体(1) に作用
する。Y軸方向についても同様である。Z軸方向につい
ては、磁気力Fczと外乱のZ軸成分Fdzを合わせた力F
z が回転体(1) に作用する。
In a high-speed rotating machine provided with the radial magnetic bearing device and the axial magnetic bearing device as described above, a disturbance acts on the rotating body (1) in addition to the magnetic force of each magnetic bearing device. In FIG. 2, the X-axis component of the disturbance is indicated by Fdx, and in FIG.
Indicated by dz. In the X-axis direction, a force Fx obtained by adding the magnetic force Fcx and the X-axis component Fdx of the disturbance acts on the rotating body (1). The same applies to the Y-axis direction. In the Z-axis direction, a force F obtained by adding the magnetic force Fcz and the Z-axis component Fdz of the disturbance
z acts on the rotating body (1).

【0011】外乱には種々のものがあるが、周期性を持
つものが多い。
There are various types of disturbance, but many have periodicity.

【0012】径方向の外乱として、たとえば、回転体
(1) のアンバランスによるものがある。この場合、定格
回転時の回転体にそのアンバランス量に比例した振れ回
りが発生し、これが回転精度や制御の安定性に悪影響を
及ぼすことが多い。アンバランスによる回転体の振れ回
りを低減させる方法として、たとえば、回転センサによ
り回転数に比例した参照信号を発生させ、この参照信号
を基に、回転数に同期した周波数成分を制御せずに、回
転体をその慣性主軸回りに回転させるいわゆる慣性中心
制御が知られている。ところが、この場合は、エンコー
ダなどの回転センサが別に必要になり、回転体をその慣
性主軸回りに回転させても、アンバランスに比例した振
れ回り量そのものを十分に小さくすることはできない。
また、一定の周波数(回転数)についてのみ軸受剛性を
大きくするいわゆるピークオブゲイン制御も知られてい
るが、この場合も、他の回転数領域で使用したときには
外乱を抑制することができない。
As the radial disturbance, for example, a rotating body
There is an imbalance of (1). In this case, whirling occurs in proportion to the unbalance amount on the rotating body at the time of rated rotation, and this often has a bad influence on rotation accuracy and control stability. As a method of reducing whirling of the rotating body due to unbalance, for example, a reference signal proportional to the rotation speed is generated by a rotation sensor, and based on this reference signal, without controlling a frequency component synchronized with the rotation speed, A so-called inertia center control for rotating a rotating body around its principal axis of inertia is known. However, in this case, a rotation sensor such as an encoder is separately required, and even if the rotating body is rotated around its main inertia axis, the whirling amount itself in proportion to the unbalance cannot be sufficiently reduced.
Further, a so-called peak-of-gain control for increasing the bearing rigidity only at a certain frequency (rotational speed) is known, but also in this case, disturbance cannot be suppressed when used in other rotational speed ranges.

【0013】一方、回転体が高速になると、回転体の固
有振動数(剛性モード、1次曲げモード、2次曲げモー
ド)は回転数の上昇とともに変化しかつ分岐するという
特性すなわちジャイロ作用を有する。そして、各固有振
動数に相当する回転数において、外乱などによるジャイ
ロ振動が発生する。このため、ある状態における固有振
動数に対する補償を行なったとしても、他の状態におけ
る固有振動数に相当する振動数においてジャイロ振動が
発生する。高速回転する回転体については、実際の回転
数と固有振動数との差をできるだけ大きくする必要があ
るが、上記のような事情より、回転数を高くすることは
困難である。
On the other hand, when the speed of the rotating body increases, the natural frequency (rigid mode, primary bending mode, secondary bending mode) of the rotating body changes and branches as the rotating speed increases, that is, it has a gyro effect. . Then, at a rotational speed corresponding to each natural frequency, a gyro vibration is generated due to a disturbance or the like. For this reason, even if compensation is performed for the natural frequency in one state, gyro vibration is generated at a frequency corresponding to the natural frequency in another state. For a rotating body that rotates at a high speed, it is necessary to increase the difference between the actual rotation speed and the natural frequency as much as possible. However, it is difficult to increase the rotation speed due to the above-described circumstances.

【0014】軸方向の外乱として、たとえば、磁気軸受
装置を研削盤などの工作機械のスピンドル装置に使用す
る場合が考えられる。研削盤のスピンドル装置では、主
軸(回転体)に軸方向に一定周波数のオシレーション
(振動)を与えて加工を行なう場合が多いが、オシレー
ション周波数が軸受剛性の低い領域に設定されることが
あり、その場合、軸受の剛性不足により主軸が軸方向に
大きく振動し、加工精度に悪影響を及ぼすことがある。
その対策として、前記のピークオブゲイン制御が知られ
ているが、この場合は、前記のように、他の回転数領域
で使用したときには外乱を抑制することができない。
As the axial disturbance, for example, a case is considered in which a magnetic bearing device is used for a spindle device of a machine tool such as a grinder. In a spindle device of a grinding machine, machining is often performed by applying a constant frequency oscillation (vibration) to the main shaft (rotating body) in the axial direction, but the oscillation frequency is set in a region where the bearing rigidity is low. In such a case, the main shaft vibrates largely in the axial direction due to insufficient rigidity of the bearing, which may adversely affect machining accuracy.
As a countermeasure, the above-described peak of gain control is known, but in this case, as described above, disturbance cannot be suppressed when used in another rotation speed region.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、上
記の問題を解決し、周期性外乱の周波数が変化しても常
にその影響を軽減でき、どの回転数領域においても安定
性の高い運転が可能で、高速回転が可能になる磁気軸受
装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to reduce the influence of the periodic disturbance even when the frequency of the disturbance changes. To provide a magnetic bearing device capable of high-speed rotation.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段および発明の効果】この発
明による磁気軸受装置は、回転体を非接触支持する複数
の電磁石を有する磁気軸受と、電磁石制御信号に基づい
て前記電磁石に駆動電流を供給する電力増幅器と、前記
回転体の変位を検出する変位検出手段と、前記変位検出
手段の出力信号に基づいて前記電磁石の駆動電流を制御
するための位置制御信号を出力する電磁石制御手段と、
前記電磁石の駆動電流から周期性外乱の周波数を推定し
てこの周期性外乱を抑制するための外乱抑制信号を出力
する外乱抑制制御手段と、前記位置制御信号と前記外乱
抑制信号を加算して電磁石制御信号を前記電力増幅器に
供給する加算手段とを備えていることを特徴とするもの
である。
A magnetic bearing device according to the present invention has a magnetic bearing having a plurality of electromagnets for supporting a rotating body in a non-contact manner, and supplies a drive current to the electromagnets based on an electromagnet control signal. A power amplifier, a displacement detection unit that detects a displacement of the rotating body, and an electromagnet control unit that outputs a position control signal for controlling a drive current of the electromagnet based on an output signal of the displacement detection unit.
A disturbance suppression control means for estimating a frequency of the periodic disturbance from the drive current of the electromagnet and outputting a disturbance suppression signal for suppressing the periodic disturbance, and adding the position control signal and the disturbance suppression signal to the electromagnet Adding means for supplying a control signal to the power amplifier.

【0017】電磁石の駆動電流から周期性外乱の周波数
を推定してこの周期性外乱を抑制するための外乱抑制信
号を出力し、これを位置制御信号に加算して電磁石制御
信号として電力増幅器に供給するため、外乱の周波数が
変化しても、常にその影響を低減することができる。こ
のため、どの回転数領域においても、外乱による回転体
の振動を抑制して、安定性の高い制御ができ、高速回転
が可能になる。
The frequency of the periodic disturbance is estimated from the driving current of the electromagnet, and a disturbance suppression signal for suppressing the periodic disturbance is output. The signal is added to the position control signal and supplied to the power amplifier as the electromagnet control signal. Therefore, even if the frequency of the disturbance changes, the effect can always be reduced. For this reason, in any rotation speed range, vibration of the rotating body due to disturbance is suppressed, control with high stability can be performed, and high-speed rotation can be performed.

【0018】この発明による磁気軸受は、また、回転体
を非接触支持する複数の電磁石を有する磁気軸受と、電
磁石制御信号に基づいて前記電磁石に駆動電流を供給す
る電力増幅器と、前記回転体の変位を検出する変位検出
手段と、前記変位検出手段の出力信号に基づいて前記電
磁石の駆動電流を制御するための電磁石制御信号を出力
する電磁石制御手段と、前記電磁石制御信号から周期性
外乱の周波数を推定してこの周期性外乱を抑制するため
の外乱抑制信号を出力する外乱抑制制御手段と、前記変
位検出手段の出力と前記外乱抑制信号を加算した信号を
前記電磁石制御手段に供給する加算手段とを備えている
ことを特徴とするものである。
The magnetic bearing according to the present invention also includes a magnetic bearing having a plurality of electromagnets for supporting the rotating body in a non-contact manner, a power amplifier for supplying a driving current to the electromagnet based on an electromagnet control signal, Displacement detection means for detecting the displacement, electromagnet control means for outputting an electromagnet control signal for controlling the drive current of the electromagnet based on the output signal of the displacement detection means, and the frequency of the periodic disturbance from the electromagnet control signal And a disturbance suppression control means for outputting a disturbance suppression signal for suppressing the periodic disturbance, and an addition means for supplying a signal obtained by adding the output of the displacement detection means and the disturbance suppression signal to the electromagnet control means. Are provided.

【0019】電磁石制御信号から周期性外乱の周波数を
推定してこの周期性外乱を抑制するための外乱抑制信号
を出力し、これを変位検出手段の出力と加算して電磁石
制御手段に供給するため、外乱の周波数が変化しても、
常にその影響を低減することができる。このため、どの
回転数領域においても、外乱による回転体の振動を抑制
して、安定性の高い制御ができ、高速回転が可能にな
る。
In order to estimate the frequency of the periodic disturbance from the electromagnet control signal and to output a disturbance suppression signal for suppressing the periodic disturbance, to add this to the output of the displacement detection means and to supply it to the electromagnet control means , Even if the frequency of the disturbance changes,
The effect can always be reduced. For this reason, in any rotation speed range, vibration of the rotating body due to disturbance is suppressed, control with high stability can be performed, and high-speed rotation can be performed.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、図5〜図13を参照して、
この発明の実施形態について説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to FIGS.
An embodiment of the present invention will be described.

【0021】図5は、この発明をラジアル磁気軸受装置
に適用した第1実施形態を示している。図5は従来技術
を示す図2に相当するものであり、図2のものと同じ部
分には同一の符号を付している。また、第1実施形態に
おけるラジアル磁気軸受装置の機械的部分の構成は、図
1に示す従来技術と同じである。
FIG. 5 shows a first embodiment in which the present invention is applied to a radial magnetic bearing device. FIG. 5 corresponds to FIG. 2 showing the prior art, and the same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. The configuration of the mechanical part of the radial magnetic bearing device according to the first embodiment is the same as that of the prior art shown in FIG.

【0022】第1実施形態において、X軸変位検出装置
(4x)は回転体(1) のX軸方向の変位を検出するX軸変位
検出手段を、電磁石制御装置(5x)は変位検出装置(4x)の
出力信号である変位信号Vx'に基づいて各X軸電磁石(2
xa)(2xb)の駆動電流Icxa 、Icxb をそれぞれ制御する
ための位置制御信号Vcxa'、Vcxb'を出力するX軸電磁
石制御手段をそれぞれ構成している。
In the first embodiment, an X-axis displacement detecting device
(4x) is an X-axis displacement detecting means for detecting the displacement of the rotating body (1) in the X-axis direction, and the electromagnet controller (5x) is based on a displacement signal Vx 'which is an output signal of the displacement detecting device (4x). Each X-axis electromagnet (2
x-axis electromagnet control means for outputting position control signals Vcxa ', Vcxb' for controlling the drive currents Icxa, Icxb of (xa) and (2xb), respectively.

【0023】第1実施形態の場合、ラジアル磁気軸受装
置のX軸方向の制御部分において、外乱抑制制御手段と
しての外乱抑制制御装置(9x)が電力増幅器(6xa)(6xb)と
並列に設けられている。外乱抑制制御装置(9x)は、後に
詳しく説明するように、駆動電流Icxa 、Icxb から周
期性外乱の周波数を推定し、この周期性外乱を抑制する
ための外乱抑制制御信号Vrxa 、Vrxb を出力する。外
乱抑制制御装置(9x)は、DSP(ディジタル信号処理プ
ロセッサ)を備えている。ディジタル信号処理プロセッ
サ(Digital Signal Processor)とは、ディジタル信号
を入力してディジタル信号を出力し、ソフトウェアプロ
グラムが可能で、高速実時間処理が可能な専用ハードウ
ェアを指す。そして、後に説明する外乱抑制制御装置(9
x)における処理は、DSPのプログラムを実行すること
により行なわれる。電磁石制御装置(5x)からの一方の位
置制御信号Vcxa'と外乱抑制制御装置(9x)からの一方の
外乱抑制制御信号Vrxa とは、加算手段を構成する一方
の加算器(10xa)により加算され、電磁石制御信号Vcxa
として一方の電力増幅器(6xa) に供給される。電磁石制
御装置(5x)からの他方の位置制御信号Vcxb'と外乱抑制
制御装置(9x)からの他方の外乱抑制制御信号Vrxb と
は、加算手段を構成する他方の加算器(10xb)により加算
され、電磁石制御信号Vcxb として他方の電力増幅器(6
xb) に供給される。他は、図1および図2の従来技術の
場合と同様である。
In the case of the first embodiment, a disturbance suppression control device (9x) as disturbance suppression control means is provided in parallel with the power amplifiers (6xa) and (6xb) in the control portion in the X-axis direction of the radial magnetic bearing device. ing. As will be described in detail later, the disturbance suppression control device (9x) estimates the frequency of the periodic disturbance from the drive currents Icxa and Icxb, and outputs disturbance suppression control signals Vrxa and Vrxb for suppressing the periodic disturbance. . The disturbance suppression control device (9x) includes a DSP (digital signal processor). A digital signal processor (Digital Signal Processor) refers to dedicated hardware that inputs a digital signal, outputs a digital signal, is capable of software programming, and is capable of high-speed real-time processing. Then, a disturbance suppression control device (9
The processing in x) is performed by executing a DSP program. The one position control signal Vcxa ′ from the electromagnet control device (5x) and the one disturbance suppression control signal Vrxa from the disturbance suppression control device (9x) are added by one adder (10xa) that constitutes adding means. , Electromagnet control signal Vcxa
And supplied to one power amplifier (6xa). The other position control signal Vcxb ′ from the electromagnet control device (5x) and the other disturbance suppression control signal Vrxb from the disturbance suppression control device (9x) are added by the other adder (10xb) that constitutes adding means. , The other power amplifier (6
xb). Others are the same as those of the prior art shown in FIGS.

【0024】次に、図6および図7のフローチャートを
参照して、外乱抑制制御装置(9x)の動作の1例を説明す
る。
Next, an example of the operation of the disturbance suppression control device (9x) will be described with reference to the flowcharts of FIGS.

【0025】図6において、まず、駆動電流Icxa 、I
cxb のサンプリングを所定時間行う(ステップ101 )。
そして、このサンプリング結果に基づいて、周期性外乱
の周波数ωの推定を行う(ステップ102 )。
In FIG. 6, first, the drive currents Icxa, Icxa
The sampling of cxb is performed for a predetermined time (step 101).
Then, the frequency ω of the periodic disturbance is estimated based on the sampling result (step 102).

【0026】次に、ωの推定アルゴリズムの1例につい
て説明する。
Next, an example of an algorithm for estimating ω will be described.

【0027】このアルゴリズムは、周期がτ* である信
号d(t)を考え、次の式(1) で表わされる評価関数J
(τ)の勾配最小化法に基づいた方法である。
This algorithm considers a signal d (t) having a period of τ * , and evaluates an evaluation function J expressed by the following equation (1).
This is a method based on the gradient minimization method of (τ).

【0028】[0028]

【数1】 ここで、Tmax >τ* である。式(1) より、直観的に、
τがd(t)の周期と一致すれば、評価関数Jは最小
で、0となる。そして、この評価関数Jを最小にする連
続的な勾配適応アルゴリズムは次の式(2) のように与え
られる。
(Equation 1) Here, T max > τ * . From equation (1), intuitively,
If τ coincides with the period of d (t), the evaluation function J becomes 0 at the minimum. A continuous gradient adaptation algorithm that minimizes the evaluation function J is given by the following equation (2).

【0029】[0029]

【数2】 サンプリング時間をΔTとすると、Tmax とτはΔTで
次の式(3) のように表わされる。
(Equation 2) Assuming that the sampling time is ΔT, Tmax and τ are represented by ΔT as shown in the following equation (3).

【0030】Tmax =LΔT,τ=ηΔT …… (3) ただし、Lは整数で、ηは実数である。実数ηの整数部
分を|η|と定義すると、ηと隣接の両整数は|η|と
(|η|+1)である。
Tmax = LΔT, τ = ηΔT (3) where L is an integer and η is a real number. If the integer part of the real number η is defined as | η |, then both η and the adjacent integers are | η | and (| η | +1).

【0031】サンプリング時間がΔTである離散データ
(d1 ,・・・・,dL ,・・・・,d2L+2)に対し
て、η=τ/ΔTは整数ではないので、点τにおいて評
価関数を次の式(4) および式(5) のように近似できる。
For discrete data (d 1 ,..., D L ,..., D 2L + 2 ) whose sampling time is ΔT, η = τ / ΔT is not an integer. In, the evaluation function can be approximated as in the following equations (4) and (5).

【0032】[0032]

【数3】 また、上記の両整数点における評価関数Jの偏微分は、
次の式(6) および式(7) のように表わされる。
(Equation 3) The partial differentiation of the evaluation function J at both integer points is
It is expressed as the following equations (6) and (7).

【0033】[0033]

【数4】 そして、点τ=ηΔTにおける評価関数Jの偏微分は、
上記の点|η|ΔTと(|η|+1)ΔTにおける評価
関数Jの偏微分の線形補間により次の式(8) のように求
められる。
(Equation 4) Then, the partial differential of the evaluation function J at the point τ = ηΔT is
The following equation (8) is obtained by linear interpolation of partial differentiation of the evaluation function J at the points | η | ΔT and (| η | +1) ΔT.

【0034】[0034]

【数5】 この式(8) を用いて、前記の式(2) は次の式(9) のよう
に書き直せる。
(Equation 5) Using this equation (8), the above equation (2) can be rewritten as the following equation (9).

【0035】[0035]

【数6】 次に、図7のフローチャートを参照して、上記のω推定
のアルゴリズムについて説明する。
(Equation 6) Next, the algorithm of the above-mentioned ω estimation will be described with reference to the flowchart of FIG.

【0036】図7において、まず、前記の式(1) で表わ
される評価関数Jについて、前記の式(6) および式(7)
を用いて、点|η|ΔTと点(|η|+1)ΔTにおけ
る偏微分を計算する(ステップ201 )。次に、これらの
偏微分の計算値と前記の式(8) を用いて、線形補間によ
り、点ηδTにおけるJの偏微分を計算する(ステップ
202 )。次に、前記の式(9) を用いて、η(t)の更新
値η(t+1)を計算する(ステップ203 )。次に、J
と微小値εとを比較し(ステップ204 )、Jがε以上で
あれば、ステップ201 に戻り、ステップ201 〜204 を繰
返す。ステップ204 において、Jがεより小さければ、
ステップ205 に進み、次の式(10)を用いて、周期τを計
算する。そして、このτを周波数ωに換算し(ステップ
206 )、処理を終了する。
In FIG. 7, first, regarding the evaluation function J represented by the above-mentioned equation (1), the above-mentioned equations (6) and (7)
Is used to calculate partial derivatives at the point | η | ΔT and the point (| η | +1) ΔT (step 201). Next, the partial derivative of J at the point ηδT is calculated by linear interpolation using the calculated values of these partial derivatives and the above equation (8) (step
202). Next, the updated value η (t + 1) of η (t) is calculated using the above equation (9) (step 203). Next, J
Is compared with the small value ε (step 204). If J is equal to or larger than ε, the process returns to step 201 and steps 201 to 204 are repeated. In step 204, if J is smaller than ε,
Proceeding to step 205, the period τ is calculated using the following equation (10). Then, this τ is converted into a frequency ω (step
206), end the processing.

【0037】図6において、ステップ102 の周波数ωの
推定が終了したならば、外乱抑制信号を生成するため
に、ステップ103 以下の処理を行う。この処理について
説明する前に、図8〜図10を参照して、外乱抑制信号
生成の原理について説明する。
In FIG. 6, after the estimation of the frequency ω in step 102 is completed, the processing in step 103 and subsequent steps is performed to generate a disturbance suppression signal. Before describing this process, the principle of generating a disturbance suppression signal will be described with reference to FIGS.

【0038】図8は、制御系の全体構成を概略的に示し
ている。図8において、(11)は制御対象であり、第1実
施形態のラジアル磁気軸受(2) に相当する。(12)は、第
1実施形態の外乱抑制制御装置(9x)に相当する外乱抑制
制御装置である。dは、第1実施形態の外乱Fdxに相当
する外乱である。eは制御対象(11)の出力である誤差信
号であり、第1実施形態の駆動電流Icxa 、Icxb に相
当する。rは外乱抑制制御装置(12)の出力信号すなわち
制御対象(11)への制御入力であり、第1実施形態の外乱
抑制制御信号Vrxa 、Vrxb に相当する。
FIG. 8 schematically shows the entire configuration of the control system. In FIG. 8, reference numeral (11) denotes an object to be controlled, and corresponds to the radial magnetic bearing (2) of the first embodiment. (12) is a disturbance suppression control device corresponding to the disturbance suppression control device (9x) of the first embodiment. d is a disturbance corresponding to the disturbance Fdx of the first embodiment. e is an error signal output from the control target (11), and corresponds to the drive currents Icxa and Icxb of the first embodiment. r is an output signal of the disturbance suppression control device (12), that is, a control input to the control target (11), and corresponds to the disturbance suppression control signals Vrxa and Vrxb of the first embodiment.

【0039】図9は外乱抑制制御装置(12)においてDS
Pのプログラムを実行することにより行われている処理
をブロック図で表わしたものであり、制御装置(12)にお
ける処理は同期エネルギ計算手段(13)、フーリエ係数計
算手段(14)および信号生成手段(15)より構成されてい
る。
FIG. 9 shows DS in the disturbance suppression control device (12).
FIG. 3 is a block diagram showing processing performed by executing the program P. The processing in the control device (12) includes synchronous energy calculating means (13), Fourier coefficient calculating means (14), and signal generating means. (15).

【0040】図10は同期エネルギ計算手段(13)におけ
る処理をブロック図で表わしたものであり、この手段(1
3)における処理は2つの乗算器(16)(17)と2つの低域通
過フィルタ(18)(19)より構成されている。
FIG. 10 is a block diagram showing the processing in the synchronization energy calculating means (13).
The processing in (3) includes two multipliers (16) and (17) and two low-pass filters (18) and (19).

【0041】外乱dを次の式(10)にように与え、制御対
象(11)の伝達関数G(s)が次の式(11)のようであると
する。
It is assumed that the disturbance d is given as in the following equation (10), and the transfer function G (s) of the control target (11) is as in the following equation (11).

【0042】 d=αd sin(ωt)+βd cos(ωt) …… (10) G(jw)=Ae …… (11) すると、制御対象(11)への制御入力rは次の式(12)によ
うに与えられる。
D = α d sin (ωt) + β d cos (ωt) (10) G (jw) = Ae (11) Then, the control input r to the control target (11) is given by the following equation. Given as (12).

【0043】 r=α(t)sin(ωt)+β(t)cos(ωt) …… (12) 制御入力rに対して、制御対象(11)の定常出力yと誤差
信号eは次の式(13)および式(14)のようになる。
R = α (t) sin (ωt) + β (t) cos (ωt) (12) For the control input r, the steady output y and the error signal e of the control target (11) are expressed by the following equation. (13) and equation (14).

【0044】 y=A〔α(t)sin(ωt+θ)+β(t)cos(ωt+θ)〕 …… (13) e=A〔α(t)sin(ωt+θ)+β(t)cos(ωt+θ)〕 +αd sin(ωt)+βd cos(ωt) …… (14) 同期エネルギ計算手段(13)は、誤差信号eを処理して、
1 (t)およびn2(t)を生成する。一方の乗算器
(16)において、e(t)とsin(ωt)との積が演算
され、この積e(t)sin(ωt)が一方のフィルタ
(18)に通されて、その出力としてn1 (t)が生成され
る。同様に、他方の乗算器(17)において、e(t)とc
os(ωt)との積が演算され、この積e(t)cos
(ωt)が他方のフィルタ(19)に通されて、その出力と
してn2 (t)が生成される。フィルタ(18)(19)のカッ
トオフ周波数ωB は、ωB <<2ωの関係を満たすよう
に選ばれる。ここで、ゲインの非常に小さい高周波成分
を無視すると、定常状態のフィルタ(18)(19)の出力は近
似的に次の式(15)および式(16)にように表わされる。
Y = A [α (t) sin (ωt + θ) + β (t) cos (ωt + θ)] (13) e = A [α (t) sin (ωt + θ) + β (t) cos (ωt + θ)] + Α d sin (ωt) + β d cos (ωt) (14) The synchronization energy calculation means (13) processes the error signal e,
Generate n 1 (t) and n 2 (t). One multiplier
In (16), the product of e (t) and sin (ωt) is calculated, and this product e (t) sin (ωt) is used as one filter.
(18) to generate n 1 (t) as its output. Similarly, in the other multiplier (17), e (t) and c
os (ωt) is calculated, and the product e (t) cos
(Ωt) is passed through the other filter (19) to produce n 2 (t) as its output. The cutoff frequencies ω B of the filters (18) and (19) are selected so as to satisfy the relationship ω B << 2ω. Here, ignoring the high-frequency component having a very small gain, the outputs of the filters (18) and (19) in the steady state are approximately expressed by the following equations (15) and (16).

【0045】 n1 (t)=0.5〔Aαcos(θ)+αd −Aβsin(θ)〕 …… (15) n2 (t)=0.5〔Aβcos(θ)+βd −Aαsin(θ)〕 …… (16) 一般に、位相角θは未知であるから、制御入力rのフー
リエ係数α(k)とβ(k)は次の式(17)および式(18)
のようになる。
N 1 (t) = 0.5 [Aαcos (θ) + α d −Aβsin (θ)] (15) n 2 (t) = 0.5 [Aβcos (θ) + β d −Aαsin (θ) )] (16) In general, since the phase angle θ is unknown, the Fourier coefficients α (k) and β (k) of the control input r are expressed by the following equations (17) and (18).
become that way.

【0046】 α(k+1)=α(k)−μ1 (k+1)n1 (k) …… (17) β(k+1)=β(k)−μ2 (k+1)n2 (k) …… (18) ここで、μi はステップサイズである。また、n1 (k
+1)およびn2 (k+1)は、次の式(19)および式(2
0)のようになる。
Α (k + 1) = α (k) −μ 1 (k + 1) n 1 (k) (17) β (k + 1) = β (k) −μ 2 (k + 1) n 2 (k) (18) Here, μ i is a step size. Also, n 1 (k
+1) and n 2 (k + 1) are calculated by the following equations (19) and (2).
0).

【0047】 n1 (k+1)=n1 (k) +0.5A〔μ2 (k+1)n2 (k)sin(θ) −μ1 (k+1)n1 (k)cos(θ)〕 …… (19) n2 (k+1)=n2 (k) −0.5A〔μ2 (k+1)n2 (k)cos(θ) +μ1 (k+1)n1 (k)sin(θ)〕 …… (20) ただし、μ1 (k+1)およびμ2 (k+1)は、次の
式(21)および式(22)のとおりである。
N 1 (k + 1) = n 1 (k) +0.5 A [μ 2 (k + 1) n 2 (k) sin (θ) −μ 1 (k + 1) n 1 (k) cos (θ)] (19) n 2 (k + 1) = n 2 (k) −0.5 A [μ 2 (k + 1) n 2 (k) cos (θ) + μ 1 (k + 1) n 1 (k) sin (θ)] (20) Here, μ 1 (k + 1) and μ 2 (k + 1) are as shown in the following equations (21) and (22).

【0048】 μ1 (k+1)=μ1 (k)sgn〔n1 2 (k−1)−n1 2 (k)〕 …… (21) μ2 (k+1)=μ2 (k)sgn〔n2 2 (k−1)−n2 2 (k)〕 …… (22) 上式は非線形系であるが、一定の条件下でこの非線形系
が漸近安定であることがわかっている。また、前記の式
(15)、式(16)および式(14)より、n1 (t)とn
2 (t)が0に収束すると、誤差信号e(t)は0に収
束することがわかる。
[0048] μ 1 (k + 1) = μ 1 (k) sgn [n 1 2 (k-1) -n 1 2 (k) ] ...... (21) μ 2 (k + 1) = μ 2 (k) sgn [ n 2 2 (k-1) -n 2 2 (k) ] ...... (22) the above equation is a nonlinear system, the nonlinear system under certain conditions has been found to be asymptotically stable. Also, the above equation
From (15), equations (16) and (14), n 1 (t) and n
When 2 (t) converges to 0, the error signal e (t) converges to 0.

【0049】図6において、ステップ103 で、sin
(ωt)の計算が行われる。次に、Vx とsin(ω
t)の積が演算され(ステップ104 )、この積Vx si
n(ωt)が低域通過フィルタ(18)に通されて、n
1 (t)、n1 (k)が求められる(ステップ105 )。
次に、n1 2 が演算されて、これがY1 とされる(ステ
ップ106 )。次に、Y1 (k)とY1 (k−1)とが比
較され(ステップ107 )、Y1(k)がY1 (k−1)
より大きければ、ステップ108 に進み、そうでなけれ
ば、ステップ109 に進む。ステップ108 では、次の式(2
3)によりμ1 (k+1)を求め、ステップ110 に進む。
In FIG. 6, in step 103, sin
The calculation of (ωt) is performed. Next, V x and sin (ω
t) is calculated (step 104), and the product V x si
n (ωt) is passed through a low-pass filter (18)
1 (t) and n 1 (k) are obtained (step 105).
Then, n 1 2 is computed, which is a Y 1 (step 106). Then, Y 1 (k) and Y 1 (k-1) and are compared (step 107), Y 1 (k) is Y 1 (k-1)
If so, go to step 108; otherwise go to step 109. In step 108, the following equation (2
Μ 1 (k + 1) is obtained by 3), and the routine proceeds to step 110.

【0050】 μ1 (k+1)=−μ1 (k) …… (23) ステップ109 では、次の式(24)によりμ1 (k+1)を
求め、ステップ110 に進む。
Μ 1 (k + 1) = − μ 1 (k) (23) In step 109, μ 1 (k + 1) is obtained by the following equation (24), and the routine proceeds to step 110.

【0051】μ1 (k+1)=μ1 (k) …… (24) 上記のステップ103 〜ステップ109 が実行されている間
に、同時に、同様のステップ111 〜ステップ117 が実行
される。
Μ 1 (k + 1) = μ 1 (k) (24) While steps 103 to 109 are being executed, the same steps 111 to 117 are executed at the same time.

【0052】ステップ111 では、cos(ωt)の計算
が行われる。次に、Vx とcos(ωt)の積が演算さ
れ(ステップ112 )、この積Vx cos(ωt)が低域
通過フィルタ(19)に通されて、n2 (t)、n2 (k)
が求められる(ステップ113)。次に、n2 2 が演算さ
れて、これがY2 とされる(ステップ114 )。次に、Y
2 (k)とY2 (k−1)とが比較され(ステップ115
)、Y2 (k)がY2(k−1)より大きければ、ステ
ップ116 に進み、そうでなければ、ステップ117 に進
む。ステップ116 では、次の式(25)によりμ2 (k+
1)を求め、ステップ110 に進む。
In step 111, calculation of cos (ωt) is performed. Next, a product of V x and cos (ωt) is calculated (step 112), and the product V x cos (ωt) is passed through a low-pass filter (19) to obtain n 2 (t), n 2 ( k)
Is obtained (step 113). Then, n 2 2 is computed, which is a Y 2 (step 114). Next, Y
2 (k) and Y 2 (k-1) are compared (step 115).
), If Y 2 (k) is greater than Y 2 (k−1), the process proceeds to step 116; otherwise, the process proceeds to step 117. In step 116, μ 2 (k +
1) is obtained, and the routine proceeds to step 110.

【0053】 μ2 (k+1)=−μ2 (k) …… (25) ステップ117 では、次の式(26)によりμ2 (k+1)を
求め、ステップ110 に進む。
Μ 2 (k + 1) = − μ 2 (k) (25) In step 117, μ 2 (k + 1) is obtained by the following equation (26), and the flow proceeds to step 110.

【0054】μ2 (k+1)=μ2 (k) …… (26) ステップ110 では、前記の式(17)および式(18)によりα
(k+1)およびβ(k+1)が求められ、これらを用
いて、次の式(27)により制御入力rが計算される(ステ
ップ111 )。
Μ 2 (k + 1) = μ 2 (k) (26) In step 110, α 2 is obtained from the above equations (17) and (18).
(K + 1) and β (k + 1) are obtained, and using these, the control input r is calculated by the following equation (27) (step 111).

【0055】 r=α(k+1)sin(ωt)+β(k+1)cos(ωt) …… (27) そして、このrから外乱抑制制御信号Vrxa 、Vrxb が
生成され、加算器(10xa)(10xb)に供給される。
R = α (k + 1) sin (ωt) + β (k + 1) cos (ωt) (27) Then, the disturbance suppression control signals Vrxa and Vrxb are generated from the r, and the adders (10xa) and (10xb) Supplied to

【0056】第1実施形態では、外乱抑制制御装置(9x)
において、駆動電流Icxa 、Icxbから周期性外乱の周
波数を推定してこの周期性外乱を抑制するための外乱抑
制信号Vrxa 、Vrxb を出力し、加算器(10xa)(10xb)に
おいて、外乱抑制信号Vrxa、Vrxb を位置制御信号Vc
xa'、Vcxb'に加算し、それを電磁石制御信号Vcxa、V
cxb として電力増幅器(6xa)(6xb)に供給し、これにより
電磁石(2xa)(2xb)の駆動電流Icxa 、Icxb を制御して
いるため、外乱の周波数が変化しても、常にその影響を
低減することができる。このため、どの回転数領域にお
いても、外乱による回転体(1) の振動を抑制して、安定
性の高い制御ができ、高速回転が可能になる。
In the first embodiment, the disturbance suppression control device (9x)
, The frequency of the periodic disturbance is estimated from the drive currents Icxa and Icxb, and disturbance suppressing signals Vrxa and Vrxb for suppressing the periodic disturbance are output. The adder (10xa) (10xb) outputs the disturbance suppressing signal Vrxa , Vrxb to the position control signal Vc
xa ', Vcxb' and add them to the electromagnet control signals Vcxa,
The power is supplied to the power amplifiers (6xa) and (6xb) as cxb, thereby controlling the drive currents Icxa and Icxb of the electromagnets (2xa) and (2xb). can do. Therefore, in any rotational speed range, the vibration of the rotating body (1) due to the disturbance is suppressed, the control with high stability can be performed, and the high-speed rotation can be performed.

【0057】図11は、この発明をラジアル磁気軸受装
置に適用した第2実施形態を示している。図11は第1
実施形態の図5に相当するものであり、図5のものと同
じ部分には同一の符号を付している。また、第2実施形
態におけるラジアル磁気軸受装置の機械的部分の構成
も、図1に示す従来技術と同じである。
FIG. 11 shows a second embodiment in which the present invention is applied to a radial magnetic bearing device. FIG. 11 shows the first
This corresponds to FIG. 5 of the embodiment, and the same parts as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals. Also, the configuration of the mechanical part of the radial magnetic bearing device according to the second embodiment is the same as that of the prior art shown in FIG.

【0058】第2実施形態の場合、ラジアル磁気軸受装
置のX軸方向の制御部分において、外乱抑制制御装置(9
x)が電磁石制御装置(5x)と並列に設けられている。電磁
石制御装置(5x)の出力である位置制御信号Vcxa'、Vcx
b'は、そのまま電磁石制御信号Vcxa 、Vcxb として電
力増幅器(6xa)(6xb)に入力する。外乱抑制制御装置(9x)
は、第1実施形態における外乱抑制制御装置(9x)と同様
の構成を有し、前記同様に、電磁石制御信号Vcxa 、V
cxb から周期性外乱の周波数ωを推定し、この周期性外
乱を抑制するための外乱抑制制御信号Vrxを出力する。
X軸変位検出装置(4x)の出力である位置検出信号Vx'と
外乱抑制制御装置(9x)からの外乱抑制制御信号Vrxと
は、加算手段を構成する加算器(10x) により加算され、
制御装置入力信号Vx として電磁石制御装置(5x)に供給
される。他は、第1実施形態の場合と同様である。
In the case of the second embodiment, in the control portion in the X-axis direction of the radial magnetic bearing device, the disturbance suppression control device (9
x) is provided in parallel with the electromagnet control device (5x). Position control signals Vcxa ′, Vcx output from the electromagnet controller (5x)
b 'is input as it is to the power amplifiers (6xa) and (6xb) as electromagnet control signals Vcxa and Vcxb. Disturbance suppression controller (9x)
Has a configuration similar to that of the disturbance suppression control device (9x) in the first embodiment, and the electromagnet control signals Vcxa, Vcx
The frequency ω of the periodic disturbance is estimated from cxb, and a disturbance suppression control signal Vrx for suppressing the periodic disturbance is output.
The position detection signal Vx ′, which is the output of the X-axis displacement detection device (4x), and the disturbance suppression control signal Vrx from the disturbance suppression control device (9x) are added by an adder (10x) that constitutes adding means.
The control device input signal Vx is supplied to the electromagnet control device (5x). Others are the same as in the first embodiment.

【0059】第2実施形態でも、外乱抑制制御装置(9x)
において、電磁石制御信号Vcxa 、Vcxb から周期性外
乱の周波数を推定してこの周期性外乱を抑制するための
外乱抑制信号Vrxを出力し、加算器(10x) において、外
乱抑制信号Vrxを変位検出信号Vx'に加算し、それを制
御装置入力信号Vx として電磁石制御装置(5x)に供給
し、これにより電磁石(2xa)(2xb)の駆動電流Icxa 、I
cxb を制御しているため、外乱の周波数が変化しても、
常にその影響を低減することができる。このため、どの
回転数領域においても、外乱による回転体(1) の振動を
抑制して、安定性の高い制御ができ、高速回転が可能に
なる。
Also in the second embodiment, the disturbance suppression control device (9x)
, The frequency of the periodic disturbance is estimated from the electromagnet control signals Vcxa and Vcxb, and a disturbance suppression signal Vrx for suppressing the periodic disturbance is output. The adder (10x) converts the disturbance suppression signal Vrx into a displacement detection signal. Vx ', and supplies it to the electromagnet controller (5x) as a control device input signal Vx, whereby the drive currents Icxa, Icxa, Icxa, Ixx
Since cxb is controlled, even if the frequency of the disturbance changes,
The effect can always be reduced. Therefore, in any rotational speed range, the vibration of the rotating body (1) due to the disturbance is suppressed, the control with high stability can be performed, and the high-speed rotation can be performed.

【0060】図12は、この発明をアキシアル磁気軸受
装置に適用した第3実施形態を示している。図12は従
来技術を示す図4に相当するものであり、図4のものと
同じ部分には同一の符号を付している。また、第3実施
形態におけるアキシアル磁気軸受装置の機械的部分の構
成は、図3に示す従来技術と同じである。
FIG. 12 shows a third embodiment in which the present invention is applied to an axial magnetic bearing device. FIG. 12 corresponds to FIG. 4 showing the prior art, and the same parts as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals. The configuration of the mechanical part of the axial magnetic bearing device according to the third embodiment is the same as that of the prior art shown in FIG.

【0061】第3実施形態において、Z軸変位検出装置
(4z)は回転体(1) のZ軸方向の変位を検出するZ軸変位
検出手段を、電磁石制御装置(5z)は変位検出装置(4z)の
出力信号である変位信号Vz'に基づいて各Z軸電磁石(8
za)(8zb)の駆動電流Icza 、Iczb をそれぞれ制御する
ための位置制御信号Vcza'、Vczb'を出力するZ軸電磁
石制御手段をそれぞれ構成している。
In the third embodiment, a Z-axis displacement detecting device
(4z) is a Z-axis displacement detecting means for detecting the displacement of the rotating body (1) in the Z-axis direction, and the electromagnet controller (5z) is based on a displacement signal Vz 'which is an output signal of the displacement detecting device (4z). Each Z-axis electromagnet (8
za) and (8zb) constitute Z-axis electromagnet control means for outputting position control signals Vcza 'and Vczb' for controlling the drive currents Icza and Iczb, respectively.

【0062】第3実施形態の場合、アキシアル磁気軸受
装置の制御部分において、外乱抑制制御手段としての外
乱抑制制御装置(9z)が電力増幅器(6za)(6zb)と並列に設
けられている。外乱抑制制御装置(9z)は、第1実施形態
における外乱抑制制御装置(9x)と同様の構成を有し、前
記同様に、駆動電流Icza 、Iczb から周期性外乱の周
波数ωを推定し、この周期性外乱を抑制するための外乱
抑制制御信号Vrza 、Vrzb を出力する。電磁石制御装
置(5z)からの一方の位置制御信号Vcza'と外乱抑制制御
装置(9z)からの一方の外乱抑制制御信号Vrza とは、加
算手段を構成する一方の加算器(10za)により加算され、
電磁石制御信号Vcza として一方の電力増幅器(6za) に
供給される。電磁石制御装置(5z)からの他方の位置制御
信号Vczb'と外乱抑制制御装置(9z)からの他方の外乱抑
制制御信号Vrzb とは、加算手段を構成する他方の加算
器(10zb)により加算され、電磁石制御信号Vczb として
他方の電力増幅器(6xb) に供給される。他は、図3およ
び図4の従来技術ならびに第1実施形態の場合と同様で
ある。
In the case of the third embodiment, a disturbance suppression control device (9z) as disturbance suppression control means is provided in parallel with the power amplifiers (6za) and (6zb) in the control portion of the axial magnetic bearing device. The disturbance suppression control device (9z) has the same configuration as that of the disturbance suppression control device (9x) in the first embodiment, and estimates the frequency ω of the periodic disturbance from the drive currents Icza and Iczb, as described above. It outputs disturbance suppression control signals Vrza and Vrzb for suppressing periodic disturbance. One position control signal Vcza 'from the electromagnet control device (5z) and one disturbance suppression control signal Vrza from the disturbance suppression control device (9z) are added by one adder (10za) which constitutes addition means. ,
It is supplied to one power amplifier (6za) as an electromagnet control signal Vcza. The other position control signal Vczb 'from the electromagnet control device (5z) and the other disturbance suppression control signal Vrzb from the disturbance suppression control device (9z) are added by the other adder (10zb) constituting the adding means. Is supplied to the other power amplifier (6xb) as an electromagnet control signal Vczb. Others are the same as those of the prior art of FIGS. 3 and 4 and the first embodiment.

【0063】第3実施形態でも、外乱抑制制御装置(9z)
において、駆動電流Icza 、Iczbから周期性外乱の周
波数を推定してこの周期性外乱を抑制するための外乱抑
制信号Vrza 、Vrzb を出力し、加算器(10za)(10zb)に
おいて、外乱抑制信号Vrza、Vrzb を位置制御信号Vc
za'、Vczb'に加算し、それを電磁石制御信号Vcza、V
czb として電力増幅器(6za)(6zb)に供給し、これにより
電磁石(8za)(8zb)の駆動電流Icza 、Iczb を制御して
いるため、外乱の周波数が変化しても、常にその影響を
低減することができる。このため、どの回転数領域にお
いても、外乱による回転体(1) の振動を抑制して、安定
性の高い制御ができ、高速回転が可能になる。
Also in the third embodiment, the disturbance suppression control device (9z)
, The frequency of the periodic disturbance is estimated from the driving currents Icza and Iczb, and disturbance suppressing signals Vrza and Vrzb for suppressing the periodic disturbance are output. The adder (10za) (10zb) outputs the disturbance suppressing signal Vrza , Vrzb to the position control signal Vc
za ', Vczb' and add them to the electromagnet control signals Vcza, Vcb.
The power is supplied to the power amplifiers (6za) and (6zb) as czb, which controls the drive currents Icza and Iczb of the electromagnets (8za) and (8zb). can do. Therefore, in any rotational speed range, the vibration of the rotating body (1) due to the disturbance is suppressed, the control with high stability can be performed, and the high-speed rotation can be performed.

【0064】図13は、この発明をアキシアル磁気軸受
装置に適用した第4実施形態を示している。図13は第
3実施形態の図12に相当するものであり、図12のも
のと同じ部分には同一の符号を付している。また、第4
実施形態におけるアキシアル磁気軸受装置の機械的部分
の構成も、図3に示す従来技術と同じである。
FIG. 13 shows a fourth embodiment in which the present invention is applied to an axial magnetic bearing device. FIG. 13 corresponds to FIG. 12 of the third embodiment, and the same parts as those in FIG. 12 are denoted by the same reference numerals. Also, the fourth
The configuration of the mechanical part of the axial magnetic bearing device according to the embodiment is the same as that of the prior art shown in FIG.

【0065】第4実施形態の場合、アキシアル磁気軸受
装置の制御部分において、外乱抑制制御装置(9z)が電磁
石制御装置(5z)と並列に設けられている。外乱抑制制御
装置(9z)は、第1実施形態における外乱抑制制御装置(9
x)と同様の構成を有し、前記同様に、電磁石制御信号V
cza 、Vczb から周期性外乱の周波数ωを推定し、この
周期性外乱を抑制するための外乱抑制制御信号Vrzを出
力する。Z軸変位検出装置(4z)の出力である位置検出信
号Vz'と外乱抑制制御装置(9z)からの外乱抑制制御信号
Vrzとは、加算手段を構成する加算器(10z) により加算
され、制御装置入力信号Vz として一方の電磁石制御装
置(5z)に供給される。他は、第3実施形態の場合と同様
である。
In the case of the fourth embodiment, in the control portion of the axial magnetic bearing device, a disturbance suppression control device (9z) is provided in parallel with the electromagnet control device (5z). The disturbance suppression control device (9z) is the disturbance suppression control device (9
x), and the electromagnet control signal V
The frequency ω of the periodic disturbance is estimated from cza and Vczb, and a disturbance suppression control signal Vrz for suppressing the periodic disturbance is output. The position detection signal Vz ′ output from the Z-axis displacement detection device (4z) and the disturbance suppression control signal Vrz from the disturbance suppression control device (9z) are added by an adder (10z) that constitutes adding means, and control is performed. It is supplied to one of the electromagnet controllers (5z) as a device input signal Vz. Others are the same as in the third embodiment.

【0066】第4実施形態でも、外乱抑制制御装置(9z)
において、電磁石制御信号Vcza 、Vczb から周期性外
乱の周波数を推定してこの周期性外乱を抑制するための
外乱抑制信号Vrzを出力し、加算器(10z) において、外
乱抑制信号Vrzを変位検出信号Vz'に加算し、それを制
御装置入力信号Vz として電磁石制御装置(5z)に供給
し、これにより電磁石(8za)(8zb)の駆動電流Icza 、I
czb を制御しているため、外乱の周波数が変化しても、
常にその影響を低減することができる。このため、どの
回転数領域においても、外乱による回転体(1) の振動を
抑制して、安定性の高い制御ができ、高速回転が可能に
なる。
Also in the fourth embodiment, the disturbance suppression control device (9z)
, The frequency of the periodic disturbance is estimated from the electromagnet control signals Vcza and Vczb, and a disturbance suppression signal Vrz for suppressing the periodic disturbance is output. The adder (10z) converts the disturbance suppression signal Vrz into a displacement detection signal. Vz ', which is supplied to the electromagnet controller (5z) as a control device input signal Vz, whereby the drive currents Icza, Icza, Icza, Izza, Izza,
Because czb is controlled, even if the frequency of the disturbance changes,
The effect can always be reduced. Therefore, in any rotational speed range, the vibration of the rotating body (1) due to the disturbance is suppressed, the control with high stability can be performed, and the high-speed rotation can be performed.

【0067】回転体が2組のラジアル磁気軸受装置と1
組のアキシアル磁気軸受装置で非接触支持されて高速回
転させられる高速回転機械にこの発明を適用する場合、
回転体のアンバランスなどによる径方向の振れ回りだけ
が問題になるときは、2組のラジアル磁気軸受装置を第
1実施形態あるいは第2実施形態のように構成すればよ
い。このようにすれば、どの回転数領域においても、外
乱による回転体の径方向の振動を抑制することができ
る。そして、従来の慣性中心制御の場合のようなエンコ
ーダなどの回転センサを必要としない。また、外乱によ
りいくつかの固有振動数においてジャイロ振動が現われ
ても、これが短時間で抑制され、安定回転、高速回転が
可能となる。また、回転体(主軸)に軸方向に一定周波
数のオシレーションを与えて加工を行う研削盤のスピン
ドル装置に適用するときは、アキシアル磁気軸受装置を
第3実施形態あるいは第4実施形態のように構成すれば
よい。このようにすれば、オシレーション周波数にかか
わらずに、オシレーションによる回転体の軸方向の振動
を抑制することができ、高精度の加工が可能になる。そ
の場合、ラジアル磁気軸受装置は従来のものでもよい
が、ラジアル磁気軸受装置も第1実施形態あるいはのよ
うに構成して径方向の外乱による振動も抑制するように
するのが望ましい。
The rotating body has two sets of radial magnetic bearing devices and one set.
When applying the present invention to a high-speed rotating machine that is non-contact supported by a set of axial magnetic bearing devices and is rotated at a high speed,
If only whirling in the radial direction due to unbalance of the rotating body becomes a problem, two sets of radial magnetic bearing devices may be configured as in the first embodiment or the second embodiment. In this manner, radial vibration of the rotating body due to disturbance can be suppressed in any rotational speed range. Further, there is no need for a rotation sensor such as an encoder as in the case of the conventional inertial center control. Further, even if gyro vibration appears at some natural frequencies due to disturbance, this is suppressed in a short time, and stable rotation and high speed rotation can be performed. Also, when the present invention is applied to a spindle device of a grinding machine that performs machining by applying a constant frequency oscillation to a rotating body (spindle) in the axial direction, an axial magnetic bearing device is used as in the third embodiment or the fourth embodiment. What is necessary is just to comprise. In this manner, regardless of the oscillation frequency, axial vibration of the rotating body due to the oscillation can be suppressed, and high-precision machining can be performed. In this case, the radial magnetic bearing device may be a conventional one, but it is preferable that the radial magnetic bearing device is also configured as in the first embodiment or the like so as to suppress vibration due to radial disturbance.

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

【図1】図1は、ラジアル磁気軸受装置の機械的構成の
1例を示す横断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing one example of a mechanical configuration of a radial magnetic bearing device.

【図2】図2は、従来のラジアル磁気軸受装置のX軸方
向の制御部分の構成を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a control part in an X-axis direction of a conventional radial magnetic bearing device.

【図3】図3は、アキシアル磁気軸受装置の機械的構成
の1例を示す縦断面図である。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing an example of a mechanical configuration of the axial magnetic bearing device.

【図4】図4は、従来のアキシアル磁気軸受装置の制御
部分の構成を示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a control portion of a conventional axial magnetic bearing device.

【図5】図5は、この発明の第1実施形態を示すラジア
ル磁気軸受装置のX軸方向の制御部分のブロック図であ
る。
FIG. 5 is a block diagram of a control portion in the X-axis direction of the radial magnetic bearing device according to the first embodiment of the present invention.

【図6】図6は、外乱抑制制御装置の処理の1例を示す
フローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of a process of the disturbance suppression control device.

【図7】図7は、図6の周期性外乱の周波数の推定の部
分の処理の1例を示すフローチャートである。
FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of a process of a part of estimating a frequency of a periodic disturbance in FIG. 6;

【図8】図8は、外乱抑制制御装置の処理を説明するた
めの制御系のブロック図である。
FIG. 8 is a block diagram of a control system for explaining processing of a disturbance suppression control device.

【図9】図9は、外乱抑制制御装置における処理を示す
ブロック図である。
FIG. 9 is a block diagram illustrating processing in the disturbance suppression control device.

【図10】図10は、図9の同期エネルギ計算手段にお
ける処理を示すブロック図である。
FIG. 10 is a block diagram illustrating a process in a synchronization energy calculating unit in FIG. 9;

【図11】図11は、この発明の第2実施形態を示すラ
ジアル磁気軸受装置の制御部分のブロック図である。
FIG. 11 is a block diagram of a control portion of a radial magnetic bearing device according to a second embodiment of the present invention.

【図12】図12は、本願発明の第3実施形態を示すア
キシアル磁気軸受装置の制御部分のブロック図である。
FIG. 12 is a block diagram of a control portion of an axial magnetic bearing device according to a third embodiment of the present invention.

【図13】図13は、本願発明の第4実施形態を示すア
キシアル磁気軸受装置の制御部分のブロック図である。
FIG. 13 is a block diagram of a control portion of an axial magnetic bearing device according to a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

(1) 回転体 (2) ラジアル磁気軸受 (2xa)(2xb) X軸電磁石 (2ya)(2yb) Y軸電磁石 (4x) X軸変位検出装置(X軸変位検出手
段) (4z) Z軸変位検出装置(Z軸変位検出手
段) (5x) X軸電磁石制御装置(X軸電磁石制
御手段) (5z) Z軸電磁石制御装置(Z軸電磁石制
御手段) (6xa)(6xb) X軸電力増幅器 (6za)(6zb) Z軸電力増幅器 (8) アキシアル磁気軸受 (8za)(8zb) Z軸電磁石 (9x) X軸外乱抑制制御装置(X軸外乱抑
制制御手段) (9z) Z軸外乱抑制制御装置(Z軸外乱抑
制制御手段) (10xa)(10xb) 加算器(加算手段)
(1) Rotating body (2) Radial magnetic bearing (2xa) (2xb) X-axis electromagnet (2ya) (2yb) Y-axis electromagnet (4x) X-axis displacement detection device (X-axis displacement detection means) (4z) Z-axis displacement Detector (Z-axis displacement detector) (5x) X-axis electromagnet controller (X-axis electromagnet controller) (5z) Z-axis electromagnet controller (Z-axis electromagnet controller) (6xa) (6xb) X-axis power amplifier ( (6za) (6zb) Z-axis power amplifier (8) Axial magnetic bearing (8za) (8zb) Z-axis electromagnet (9x) X-axis disturbance suppression control device (X-axis disturbance suppression control means) (9z) Z-axis disturbance suppression control device (Z axis disturbance suppression control means) (10xa) (10xb) Adder (addition means)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷口 学 大阪市中央区南船場三丁目5番8号 光洋 精工株式会社内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Manabu Taniguchi 3-5-8 Minamisenba, Chuo-ku, Osaka Koyo Seiko Co., Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】回転体を非接触支持する複数の電磁石を有
する磁気軸受と、電磁石制御信号に基づいて前記電磁石
に駆動電流を供給する電力増幅器と、前記回転体の変位
を検出する変位検出手段と、前記変位検出手段の出力信
号に基づいて前記電磁石の駆動電流を制御するための位
置制御信号を出力する電磁石制御手段と、前記電磁石の
駆動電流から周期性外乱の周波数を推定してこの周期性
外乱を抑制するための外乱抑制信号を出力する外乱抑制
制御手段と、前記位置制御信号と前記外乱抑制信号を加
算して電磁石制御信号を前記電力増幅器に供給する加算
手段とを備えていることを特徴とする磁気軸受装置。
A magnetic bearing having a plurality of electromagnets for supporting the rotating body in a non-contact manner; a power amplifier for supplying a driving current to the electromagnet based on an electromagnet control signal; and a displacement detecting means for detecting a displacement of the rotating body. And electromagnet control means for outputting a position control signal for controlling the drive current of the electromagnet based on the output signal of the displacement detection means; and estimating the frequency of the periodic disturbance from the drive current of the electromagnet, and Disturbance suppression control means for outputting a disturbance suppression signal for suppressing sexual disturbance, and addition means for adding the position control signal and the disturbance suppression signal to supply an electromagnet control signal to the power amplifier. A magnetic bearing device characterized by the above-mentioned.
【請求項2】回転体を非接触支持する複数の電磁石を有
する磁気軸受と、電磁石制御信号に基づいて前記電磁石
に駆動電流を供給する電力増幅器と、前記回転体の変位
を検出する変位検出手段と、前記変位検出手段の出力信
号に基づいて前記電磁石の駆動電流を制御するための電
磁石制御信号を出力する電磁石制御手段と、前記電磁石
制御信号から周期性外乱の周波数を推定してこの周期性
外乱を抑制するための外乱抑制信号を出力する外乱抑制
制御手段と、前記変位検出手段の出力と前記外乱抑制信
号を加算した信号を前記電磁石制御手段に供給する加算
手段とを備えていることを特徴とする磁気軸受装置。
2. A magnetic bearing having a plurality of electromagnets for supporting a rotating body in a non-contact manner, a power amplifier for supplying a driving current to the electromagnet based on an electromagnet control signal, and a displacement detecting means for detecting a displacement of the rotating body. And an electromagnet control means for outputting an electromagnet control signal for controlling a driving current of the electromagnet based on an output signal of the displacement detection means; and estimating a frequency of a periodic disturbance from the electromagnet control signal to determine the periodicity. A disturbance suppression control unit that outputs a disturbance suppression signal for suppressing disturbance, and an addition unit that supplies a signal obtained by adding the output of the displacement detection unit and the disturbance suppression signal to the electromagnet control unit. Characteristic magnetic bearing device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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