NO302983B1 - Fremgangsmåte til optimal styring av elektromagnetiske posisjoneringsinnretninger ved aktiv magnetisk understöttelse av et fleksibelt organ samt en innretning til utförelse av fremgangsmåten - Google Patents
Fremgangsmåte til optimal styring av elektromagnetiske posisjoneringsinnretninger ved aktiv magnetisk understöttelse av et fleksibelt organ samt en innretning til utförelse av fremgangsmåten Download PDFInfo
- Publication number
- NO302983B1 NO302983B1 NO926302A NO926302A NO302983B1 NO 302983 B1 NO302983 B1 NO 302983B1 NO 926302 A NO926302 A NO 926302A NO 926302 A NO926302 A NO 926302A NO 302983 B1 NO302983 B1 NO 302983B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- devices
- dynamic behavior
- electromagnetic
- control
- representative
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 16
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims description 38
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 27
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 21
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 17
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 11
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 6
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 5
- 239000010902 straw Substances 0.000 claims 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 48
- 230000006870 function Effects 0.000 description 16
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 16
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 11
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 7
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/044—Active magnetic bearings
- F16C32/0444—Details of devices to control the actuation of the electromagnets
- F16C32/0451—Details of controllers, i.e. the units determining the power to be supplied, e.g. comparing elements, feedback arrangements with P.I.D. control
- F16C32/0455—Details of controllers, i.e. the units determining the power to be supplied, e.g. comparing elements, feedback arrangements with P.I.D. control including digital signal processing [DSP] and analog/digital conversion [A/D, D/A]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
Description
Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til optimal styring av elektromagnetiske posisjoneringsinnretninger ved aktiv magnetisk understøttelse av et fleksibelt organ, f.eks. en rotor av en rotasjonsmaskin, og en innretning til utførelse av fremgangsmåten.
Innenfor denne teknikk er det allerede kjent slike understøttelsesinnretninger som også generelt er kalt "aktive, magnetiske lagre".
Vedrørende en nærmere beskrivelse av konstruksjonen og funksjonen av disse skal det henvises til f.eks. "Techniques de 1'Ingénieur, fonction guidage en rotation - paliers magnétiques" hvor H. Habermann beskriver aktive, magnetiske lagre som er fremstilt av La Societé de Mecanique Magnétique S2M - Vernon - Frankrike.
I to tekniske artikler "Introduction aux paliers magnétiques" og "Capacité de chargés des paliers magnétiques actifs" som er publisert av dette selskap, beskrives likeledes denne type lagre.
Disse magnetiske lagre omfatter elektromagneter som er anordnet rundt eller i en rotor som skal understøttes.
Elektromagnetene er forbundet med styringsinnretninger som muliggjør regulering av disses mating for å opprettholde rotorens posisjon basert på et feilsignal som er avledet av et signal for den virkelige posisjon av rotoren og et referansesignal.
Disse styringsinnretninger omfatter således vanligvis innretninger til sammenlikning av referanseposisjonen og den virkelige posisjon for via en egnet elektronisk krets å utlede et korreksjonssignal som skal sendes til elektromagnetene.
Det virkelige posisjonssignal blir avgitt av posisjonssensorer som måler f.eks. mellomrommet mellom rotoren og målespoler som er anordnet rundt denne, og som muliggjør måling av variasjoner av det magnetiske felt som blir frembrakt i spolene under forskyvningen av rotoren i forhold til disse.
Ved de kjente magnetiske lagre blir feilsignalet tilført en analog signal-behandlingsinnretning som utgjøres f.eks. av en regulator av PID-typen som avgir styringssignaler som muliggjør en regulering av matingen av elektromagnetene for å føre rotoren til sin referanseposisjon.
Disse lagre er imidlertid beheftet med visse ulemper.
Innenfor den kjente teknikk blir rotoren betraktet som stiv, mens den i virkeligheten kan være fleksibel, dvs. at dens nominelle funksjonshastighet kan være utenfor den første mode av den elastiske aksel, dvs. utenfor dens tredje kritiske bøyehastighet, noe som medfører fravær av en direkte styring av de elastiske moder.
Videre er ikke den gyroskopiske innvirkning som er tilknyttet rotasjons-tregheten tatt hensyn til ved de regulatorer som har blitt utviklet hittil.
Dokumentet "Technische Rundschau", bind 80, nr. 22 av 27. mai 1988, angår montasje av en rotor ved hjelp av aktive magnetiske lagre og omtaler bruk av en stivlegememodell og en modal representasjon av en elastisk rotor som basis for fremstillingen av en regulator for det magnetiske lagersystem.
Den regulatormodell som er beskrevet i dokumentet er av den multivariable type for å tillate hensyntagen til rotorens fleksibilitet (stivt legeme og elastiske moder), idet de forskjellige variabler eventuelt kan bli frakoblet.
En analyse av den fremgangsmåte som er beskrevet i dette dokument, viser at den dynamiske oppførsel eller bevegelse av organet og en variabel som er representativ for den dynamiske oppførsel, blir fastslått for hver elektromagnetisk innretning.
Deretter blir denne reaksjonsbevegelse eller -oppførsel dekomponert i hver av sine stivlegememoder og elastiske moder som blir gjennomløpt eller tilnærmet for å nå organets nominelle funksjonspunkt, noe som tillater utledning av en ordre for de elektromagnetiske innretninger som en funksjon av disse reaksjoner og den variabel som er representativ for den dynamiske oppførsel av hver elektromagnetisk innretning.
Dette dokument omtaler bruken av en optimal styring som tillater at regula-toren kan være multivariabel. Ingen nærmere beskrivelse av denne styring blir imidlertid gitt. Hensikten med oppfinnelsen er således å løse disse problemer, idet det fremsettes en fremgangsmåte til styring hvor det tas hensyn til den virkelige dynamiske oppførsel av lager-rotormontasjen.
I denne forbindelse er det en hensikt med oppfinnelsen å skaffe en fremgangsmåte til optimal styring av elektromagnetiske posisjoneringsinn retninger ved aktiv, magnetisk understøttelse av et fleksibelt organ, f.eks. rotoren av en rotasjonsmaskin, hvor den dynamiske oppførsel av organet og en variabel som er representativ for den dynamiske oppførsel av hver elektromagnetisk innretning fastslås, reaksjonsoppførselen av organet dekomponeres i hver av dets stivlegememoder og dets elastiske moder som blir gjennomløpt eller tilnærmet for å nå organets nominelle funksjonspunkt, og de elektromagnetiske innretninger styres som en funksjon av de nevnte reaksjoner og av den representative variabel for den dynamiske oppførsel av hver elektromagnetisk innretning, for å styre den dynamiske oppførsel av organet,karakterisert vedat den dynamiske oppførsel av det fleksible organ og de elektromagnetiske innretninger representeres av en tilstandsvektor som sammenstiller de modale forskyvnings- og hastighetsreaksj oner for stivlegememodene og de elastiske moder som blir gjennomløpt eller tilnærmet for å nå organets nominelle funksjonspunkt, og den representative variabel for den dynamiske oppførsel av hver elektromagnetisk innretning, og at det oppnås et styringssignal for hver elektromagnetisk innretning ved matriseomvandling av den tilstandsvektor som er representativ for den dynamiske oppførsel av det fleksible organ og hver elektromagnetisk innretning, ved hjelp av en strategioperator for optimal styring.
Ifølge en annen side ved oppfinnelsen er hensikten med denne også å skaffe en innretning til optimal styring av elektromagnetiske posisjoneringsinnretninger ved aktiv magnetisk understøttelse av et fleksibelt organ, f.eks. en rotor av en rotasjonsmaskin, for utførelse av den ovennevnte fremgangsmåte, av den type som omfatter innretninger til fastslåelse av den dynamiske oppførsel av organet og en variabel som er representativ for den dynamiske oppførsel av hver elektromagnetisk innretning, innretninger til dekomponering av organets reaksjonsoppførsel i hver av dets stivlegememoder og elastiske moder som blir gjennomløpt eller tilnærmet for å nå organets nominelle funksjonspunkt, og innretninger til styring av de elektromagnetiske innretninger som en funksjon av reaksjonene og den representative variabel for den dynamiske oppførsel av hver elektromagnetisk innretning, for å styre den dynamiske oppførsel av organet,karakterisert vedat styringsinnretningene omfatter innretninger til representasjon av den dynamiske oppførsel av det fleksible organ og de elektromagnetiske innretninger ved en tilstandsvektor som sammenstiller de modale forskyvnings- og hastighetsreaksjoner for stivlegememodene og de elastiske moder som blir gjennomløpt eller tilnærmet for å nå organets nominelle funksjonspunkt, og den representative variabel for den dynamiske oppførsel eller -bevegelse av hver elektromagnetisk innretning, og ved at styringsinnretningene omfatter innretninger til fastleggelse av et styringssignal for hver elektromagnetisk innretning ved matriseomvandling av den tilstandsvektor som er representativ for den dynamiske oppførsel av det fleksible organ og hver elektromagnetisk innretning, ved hjelp av en strategioperator for optimal styring.
Oppfinnelsen vil i det følgende bli beskrevet nærmere under henvisning til tegningen som viser et utførelseseksempel. Fig. 1 er et oversiktsdiagram for innretningen til utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Fig. 2A og 2B er et flytdiagram som viser funksjonen av en innretning til utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.
Som vist på flg. 1 er et fleksibelt organ 1, f.eks. en rotor av en rotasjonsmaskin, til magnetisk understøttelse vedvarende holdt i en referanseposisjon ved hjelp av aktive elektromagnetiske innretninger 2.
Disse aktive elektromagnetiske innretninger er av kjent type og utgjøres f.eks. av aktivatorer eller aktive magnetiske lagre som omfatter elektromagneter.
Styringskjeden for disse aktive elektromagnetiske posisjoneringsinnretninger omfatter en rekke sensor-behandlingsinnretninger 3 som muliggjør måling av de forskjellige parametre som angår den dynamiske oppførsel eller - bevegelse av den fleksible lager-organmontasje og spesielt de radiale forskyvninger og hastigheter av den radiale forskyvning av organet (i motsetning til rotasjonshastigheten), hvormed understøttelsen kan styres, såvel som de elektriske strømmer i de elektromagnetiske posisjoneringsinnretninger 2.
De signaler som er representative for disse parametre, blir behandlet eller dannet i disse sensor-behandlingsinnretninger 3, hvoretter de blir overført til innretninger 4 til analog-digital-konvertering før de blir overført til en regne-og styringsenhet 5 som er innbefattet i f.eks. en mikromaskin som, slik det vil bli beskrevet nærmere nedenfor, tillater rekonstruksjon i digital form av en tilstandsvektor som er representativ for den dynamiske oppførsel eller - bevegelse av det fleksible organ og hver elektromagnetisk innretning og utregning av en kommando som skal sendes til de elektromagnetiske innretninger for å sikre korrekt understøttelse av det fleksible organ.
Utgangssignalene fra denne regne- og styringsenhet 5 blir sendt til innretninger 6 til digital/analog konvertering som muliggjør påvirkning av forsterkerinnretninger 7, hvis utgang styrer de elektromagnetiske posisjoneringsinnretninger 2.
Det skal forstås at ethvert avvik mellom referanseposisjonen og den virkelige posisjon av det fleksible organ blir påvist og setter regne- og styringsenheten i stand til å fastslå korreksjoner som skal sendes til styring av de forskjellige elektromagnetiske understøttelsesinnretninger, for å føre dette fleksible organ til sin referanseposisjon.
Som det likeledes er nevnt ovenfor er sensor-behandlingsinnretningene 3 innrettet til å påvise den dynamiske oppførsel eller -bevegelse av det fleksibel organ som skal bringes i stilling.
Denne oppførsel erkarakterisert vedforskyvninger q og hastigheter q for denne. Disse sensorer er likeledes innrettet til å fastslå en variabel som er representativ for den dynamiske oppførsel eller -bevegelse av hver elektromagnetisk innretning, idet denne variabel f.eks. er den elektriske strøm som strømmer gjennom elektromagneten av hver av disse.
De forskjellige informasjoner blir overført av sensorene til regne- og styringsenheten for behandling av disse i denne etter digitalisering.
Denne enhet er innrettet til dekomponering av reaksjonsbevegelsen av organet i hver av sine stivlegememoder og elastiske moder som blir gjennomløpt eller tilnærmet for å nå organets nominelle funksjonspunkt. Denne dekomponering blir utført idet det utgås fra tilhørende forskyvnings-og hastighetsinformasjoner for dette fleksible organ.
Etter denne dekomponeringsoperasjon konstruerer regne- og styringsenheten 5 en tilstandsvektor som er representativ for den dynamiske oppførsel eller
-bevegelse av organet og de elektromagnetiske understøttelsesinnretninger, idet denne tilstandsvektor sammenstiller de modale reaksjoner vedrørende forskyvning og hastighet av stivlegememodene og de elastiske moder som
blir gjennomløpt eller tilnærmet for å nå organets nominelle funksjonspunkt, og variabelen som er representativ for den dynamiske oppførsel av hver elektromagnetisk innretning.
Dette setter da regne- og styringsenheten i stand til å fastlegge det styringssignal som skal tilføres hver elektromagnetisk innretning, ved matriseomvandling av denne tilstandsvektor ved hjelp av en forut fastlagt operator ved hjelp av en strategi for optimal styring.
Denne strategioperator for optimal styring blir oppnådd på den ene side ved modellering i form av en representasjon av tilstanden av den dynamiske oppførsel av det fleksible organ og de elektromagnetiske innretninger, og på den annen side ved minimalisering av et kvadratisk kriterium som vil bli beskrevet nærmere denenfor.
Den kommando som skal sendes til de elektromagnetiske innretninger er hovedsakelig en funksjon av tilstands vektoren:
hvor q representerer organets forskyvninger, q de tilhørende hastigheter, og I de strømstyrker som er representative for den dynamiske oppførsel av de elektromagnetiske innretninger, hvor denne bør være tilgjengelig ved hvert styringstidspunkt eller permanent avhengig av omstendighetene.
Posisjonssensorene for organet tillater måling av en utgangsvektor Y som sammenstiller forskyvningene for dette organ vinkelrett på de elektromagnetiske innretninger.
Basert på størrelsen av Y (i) ved et gitt tidspunkt (i) og utregningen ved tidspunktet (i - 1) av den kommando eller ordre som allerede er gitt, u(i - 1), kan denne regne- og styringsenhet anslå, dvs. identifisere eller observere den tilstandsvektor X(i) som kommandoen u(i) hovedsakelig anvendes for på det angitte tidspunkt.
Denne rekonstruksjon utføres bare i forbindelse med de modale variabler som blir uttrykt ved forskyvningen q og hastigheten q i den utstrekning hvor de strømmer som går gjennom de elektromagnetiske innretninger, eller generelt de variabler som er representative for den dynamiske oppførsel av de elektromagnetiske innretninger, kan observeres og måles direkte.
Integrasjonen v(i) av avviket e(i) mellom referanseposisjonen og den virkelige posisjon ved det gitte tidspunkt, kan utføres enten digitalt eller analogt, idet den siste mulighet er nøyaktigere.
Ved det gitte tidspunkt (i) forefinnes de forskjellige vektorer som kommandoen gjelder for i digital form:
Det er da mulig å beregne den kommando eller ordre som skal anvendes under utførelse av den følgende matriseomvandling:
Styrematrisene L, M og N blir fastlagt på forhånd, en gang for alle, i form av en rent vitenskapelig utregning, og blir innført og lagret i regne- og styringsenheten.
Disse matriser som fører til den senere styring av det fleksible organ, blir fastlagt basert på modelleringen i form av en representasjon av tilstanden av det fleksible organ, de ikke-lineære krefter som frembringes av de elektromagnetiske innretninger, den dynamiske oppførsel eller -bevegelse av disse forskjellige innretninger og det kvadratiske kriterium til minimalisering ifølge strategien til optimal styring.
Modelleringen av den dynamiske oppførsel eller -bevegelse av montasjen omfatter tre punkter, nemlig modelleringen av den dynamiske oppførsel eller -bevegelse av det fleksible organ, modelleringen av de krefter som utøves av de forskjellige elektromagnetiske innretninger, og modelleringen av den dynamiske oppførsel eller -bevegelse av disse elektromagnetiske innretninger.
Modelleringen av den dynamiske oppførsel eller -bevegelse av det fleksible organ blir oppnådd ved en modellering av (endelig)-element-typen hvortil det tilføyes en pseudo-modal fremgangsmåte.
På pseudo-modal basis oppnås bare stivlegememodene og de elastiske moder som blir gjennomløpt eller tilnærmet for å nå organets nominelle funksjonspunkt for organet. Dette er i virkeligheten de eneste moder som ønskes styrt. På den annen side er det av interesse å begrense dette antall av moder for å øke hastigheten av den behandling (innsamling eller skanning, analog-digital-konvertering, utregning av ordren, digital-analog-konvertering) som skal utføres i sann tid, og således øke ytelsen av styringsinnretningen (be-handlingshastigheten).
Modelleringen av de krefter som utøves av de elektromagnetiske innretninger er en ikke-lineær modellering med formen:
hvor F er den magnetiske kraft, a er en konstant, I er den strøm som går gjennom spolene av elektromagnetene (de elektromagnetiske innretninger) og som er den variabel som representerer den dynamiske oppførsel av de elektromagnetiske innretninger, og s er luftgapet mellom disse innretninger og det fleksible organ som skal styres.
Modelleringen av den dynamiske oppførsel av de forskjellige elektromagnetiske innretninger er et ikke-lineært uttrykk som blir oppnådd ved anvendelse av den generaliserte Ohmske lov.
Representasjonen av tilstanden av systemet blir oppnådd etter linearisering av de ovennevnte uttrykk, nemlig av den dynamiske oppførsel av organet, de krefter som frembringes av de forskjellige elektromagnetiske innretninger og den dynamiske oppførsel av disse forskjellige innretninger rundt en stabil likevektsposisjon som søkes av organet. Denne tilstandsrepresentasjon av systemet tilsvarer et spesielt lineært uttrykk for dets dynamiske oppførsel.
Denne tilstandsrepresentasjon har formen:
Y = CX hvor vektoren X = [q, q, I]<*>inneholder de modale forskyvninger q og de tilhørende modale hastigheter q som karakteriserer den dynamiske oppførsel av det fleksible organ, dvs. en dekomponering av den dynamiske reaksjonsoppførsel av organet i hver av sine stivlegememoder eller elastiske moder som blir gjennomløpt eller tilnærmet for å nå organets nominelle funksjonspunkt, og de strømmer I som løper gjennom spolene av de forskjellige elektromagneter, og som karakteriserer en variabel som er representativ for den dynamiske oppførsel av hver aktiv elektromagnetisk innretning. ;Det skal bemerkes at denne variabel også kan utgjøres av den magnetiske fluks. ;Vektoren U som også blir kalt styrings- eller aksjonsvektoren, omfatter de spenninger som skal legges på ledningsforbindelsene for spolene for de forskjellige elektromagneter, og tillater derfor styring av disse i den utstrekning disse spenninger utgjør påvirknings- eller driftsverdier for disse elektromagnetiske innretninger. ;Sluttelig inneholder utgangsvektoren Y de målbare størrelser, f.eks. forskyvningene av det fleksible organ på høyde med de forskjellige elektromagnetiske innretninger. ;De forskjellige matriseoperatorer A, B og C som er angitt ovenfor, kan direkte fastslås eller identifiseres under lineariseringen av de forskjellige uttrykk som karakteriserer den dynamiske oppførsel av montasjen. ;Idet de digitale ordrer gis med konstante intervaller (utvalgs- eller skanne-periode) er det nødvendig å diskretisere eller digitalisere den forutgående, kontinuerlige tilstandsrepresentasjon for å oppnå den tilstandsrepresentasjon som er uttrykt i det diskrete område. Denne er en funksjon av den som er uttrykt i det kontinuerlige område og av utvalgsperioden. ;De forskjellige, ovennevnte vektorer X(tilstand), U(kommando) og Y(utgang) blir fastslått bare i utvalgs- eller skannetidspunktene. Skanneperioden Te (eller skannefrekvensen fe =1/Te) er en funksjon av behandlingsinnretningene hvori enheten til utregning (nemlig av den type enhet som disponeres og av ytelsen av kortet til innsamlig, konvertering og utregning) og digital behandling (dvs. antallet av operasjoner) inngår. Det skal bemerkes at effekten av den oppnådde kommando blir større jo kraftigere regneinnretningen er (hastighet). ;Minimaliseringen av et kvadratisk kriterium med formen: ;;fører til den digitale ordre som er tilknyttet det fleksible organ som skal styres. ;I denne forbindelse representerer e avviket mellom ordren z og utgangen Y av det ovenfor angitte system, som sammenstiller f.eks. forskyvningene av organet vinkelrett på de magnetiske innretninger, v er integralet av avviket e, idet uttrykket (v<*>Qvv) er blitt innført i kriteriet av nøyaktighetsgrunner, u er den ovenfor aksjons- eller ordre- eller styringsvektor og sammenstiller de spenninger som skal pålegges ledningsforbindelsene av de elektromagnetiske innretninger, idet uttrykket (ut R u) fører til en minimalisering av styrings-energien.
Under forutsetning av at visse betingelser vedrørende de veiingstallmatriser som opptrer i kriteriet (Q, Qv, R), matriser som bør være definert positivt symmetriske, blir respektert, fører minimaliseringen av kriteriet idet man støtter seg til tilstandsrepresentasjonen, til en styringsordre som sikrer stabiliteten av organet og av den tilknyttede styringsinnretning. Teorien for den optimale styring blir anvendt for å definere et styringssignal med formen:
Matrisene L, M, N er de som bør være innsatt i regneenheten.
Matrisen L påvirker tilstandsvektoren som sammenstiller de modale reaksjoner som er definert ved forskyvningene q og hastighetene q av det fleksible organ som skal styres, og de variabler som er representative for den dynamiske oppførsel eller -bevegelse av de forskjellige elektromagnetiske innretninger (strømstyrke I).
Matrisen M påvirker integralet av avviket (av nøyaktighetsgrunner).
Matrisen N påvirker ordren z av systemet dersom denne ikke er null. Denne forutgående handling er interessant dersom det arbeides avhengighets- eller slavemessig (forfølgelse) istedenfor med regulering (fast ordre). Ytelsene (grad av stabilitet og nøyaktighet) av ordren er fastlagt ved valg av de veiingstallmatriser som opptrer i kriteriet.
De forutbestemte styringsmatriser L, M og N som påvirker tilstandsvektoren X, integralvektoren v for avviket e og ordrevektoren z, blir innført i regne-og styringsenheten.
Hovedfunksjonen for denne enhet er således å utføre matrise- vektor-produktene i sann tid for å oppnå den styrings vektor U som skal utøves.
Denne operasjon bør foregå under en tid som er forenlig med skanne- eller utvalgsperioden, hvor det benyttes et spesielt matriseberegningskort (DT Connect) som er direkte innbefattet i en mikromaskin, f.eks. på en av dennes forlengelsesbusser, idet den ovennevnte regne- og styringsenhet er innbefattet i denne mikromaskin.
Denne mikromaskin sikrer de følgende forskjellige funksjoner:
-Oppnåelse av utgangsvektoren Y ved hjelp av sensorene for bevegelse vinkelrett på f.eks. de forskjellige elektromagnetiske innretninger og analog behandling av de tilhørende signaler. -Analog/digital konvertering av den ovennevnte vektor Y i den utstrekning innretningene 4 til analog/digital konvertering er direkte innbefattet i denne mikromaskin. -Analog måling eller digital beregning av integralet v av avviket e, hvor e representerer avviket mellom utgangen Y og ordren z. -Beregning (eller rekonstruksjon eller observasjon) av den del av tilstandsvektoren X som angår den modale oppførsel (q og q), idet det utgås fra den ordre som blir utøvet på det ovennevnte tidspunkt, og av den målte utgangsvektor. Komponentene av denne vektor X i forhold til strømmene, dvs. i forhold til de variabler som er representative for de elektromagnetiske innretninger, blir målt direkte. -Beregning av den ordre eller kommando som skal utøves på et gitt tidspunkt som en funksjon av matrisene L, M og N og tilstandsvektoren X, integralet v av avviket e og ordren z ifølge forholdet:
U = -L.X-M.v + N.z
-Digital/analog konvertering av styringsvektoren U i den utstrekning hvor digital/analog-konverteringsinnretningene 6 likeledes kan være innsatt i denne mikromaskin. Det tilsvarende utgangssignal blir da tilført lednings-
forbindelsene av de aktive elektromagnetiske innretninger etter å ha passert forsterkerinnretningene 7, for å styre den dynamiske oppførsel av det fleksible organ.
Dynamikken av styringsinnretningen, dvs. ytelsen vedrørende stabilitet, nøyaktighet og hurtighet, avhenger hovedsakelig av valget av det kvadratiske veiingskriterium som skal minimaliseres.
For å øke hurtigheten kan det være av interesse å utføre integrasjonen av avviket analogt.
Denne type styringsinnretning arbeider reguleringsmessig, dvs. med en ordre z som er konstant eller null, og i dette tilfelle er produktet N . z konstant (evt. null) og kan bli overført analogt. Dette tillater en økning av ytelsene av styringsinnretningen vedrørende hurtighet på høyde med utvelgelsen eller skanningen.
Den funksjon som har blitt beskrevet ovenfor er vist på fig. 2A og 2B.
Det flytdiagram som er vist på disse figurer, begynner med en startfase 10 som blir etterfulgt av en økning- eller inkrementeringsfase 11 som er tilknyttet en utløsning 12 av innretningens styringsklokke.
Ved henvisningstallet 13 finner det sted en fase for utvelgelse eller skanning av innsamlingskortene for å måle den ovennevnte posisjon, hastighet og strømstyrke, mens det ved 14 er anordnet en analog-digital-konverterings-etappe for disse størrelser.
Ved 15 blir det foretatt en omvandling av de digitaliserte størrelser i den sentrale hukommelse av mikromaskinen for ved 16 å rekonstruere tilstandsvektoren X(i).
Fasen 17 angår en beregning av avviket e(i), mens fasen 18 angår den digitale integrering av dette avvik.
Ved 19 finner det sted en beregning av ordren i den sentrale hukommelse av mikromaskinen, og ved 20 en lagring av U(i) eller X(i) i hukommelsen for rekonstruksjon av tilstandsvektoren X(i + 1) ved det følgende tidspunkt.
Ved 21 blir styringsvektoren overført til utgangskortet for utførelse av en digital-analog-konvertering av denne ved 22.
Ved 23 blir ordren sendt til de elektromagnetiske innretninger 24 til under-støttelse av det fleksible organ 25, idet sensorene 26 tillater fastslåelse av de forskjellige størrelser ved etappen 13 via behandlingsinnretningene 27 etter inkrementeringen.
Claims (7)
1. Fremgangsmåte til optimal styring av elektromagnetiske posisjoneringsinnretninger ved aktiv, magnetisk understøttelse av et fleksibelt organ, f.eks. rotoren av en rotasjonsmaskin, hvor den dynamiske oppførsel av organet og en variabel som er representativ for den dynamiske oppførsel av hver elektromagnetisk innretning fastslås, reaksjonsoppførselen av organet dekomponeres i hver av dets stivlegememoder og dets elastiske moder som blir gjennomløpt eller tilnærmet for å nå organets nominelle funksjonspunkt, og de elektromagnetiske innretninger styres som en funksjon av de nevnte reaksjoner og av variabelen som er representativ for den dynamiske oppførsel av hver elektromagnetisk innretning, for å styre den dynamiske oppførsel av organet,
karakterisert vedat den dynamiske oppførsel av det fleksible organ og de elektromagnetiske innretninger representeres av en tilstandsvektor som sammenstiller de modale forskyvnings- og hastighetsreaksjoner for stivlegememodene og de elastiske moder som blir gjennomløpt eller tilnærmet for å nå organets nominelle funksjonspunkt, og den representative variabel for den dynamiske oppførsel av hver elektromagnetisk innretning, og at det oppnås et styringssignal for hver elektromagnetisk innretning ved matriseomvandling av den tilstandsvektor som er representativ for den dynamiske oppførsel av det fleksible organ og hver elektromagnetisk innretning, ved hjelp av en strategioperator for optimal styring.
2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,
karakterisert vedat den variabel som er representativ for den dynamiske oppførsel for hver elektromagnetisk innretning, er den strømstyrke som går gjennom denne.
3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2,
karakterisert vedat strategioperatoren for optimal styring oppnås på den ene side ved modellering i form av en representasjon av tilstanden av den dynamiske oppførsel av det fleksible organ og de elektromagnetiske innretninger, og på den annen side ved mimalisering av et kvadratisk kriterium.
4. Innretning til optimal styring av elektromagnetiske posisjoneringsinnretninger ved aktiv magnetisk understøttelse av et fleksibelt organ, f.eks.
en rotor av en rotasjonsmaskin, for utførelse av fremgangsmåten ifølge et av de ovennevnte krav, av den type som omfatter innretninger (3) til fastslåelse av den dynamiske oppførsel av organet og en variabel som er representativ for den dynamiske oppførsel av hver elektromagnetisk innretning, innretninger (5) til dekomponering av organets reaksjonsoppførsel i hver av sine stivlegememoder og elastiske moder som blir gjennomløpt eller tilnærmet for å nå organets nominelle funksjonspunkt, og innretninger (5, 7) til styring av de elektromagnetiske innretninger som en funksjon av reaksjonene og den representative variabel for den dynamiske oppførsel av hver elektromagnetisk innretning, for å styre den dynamiske oppførsel av organet,karakterisert vedat styringsinnretningene (5) omfatter innretninger til representasjon av den dynamiske oppførsel av det fleksible organ og de elektromagnetiske innretninger ved en tilstandsvektor som sammenstiller de modale forskyvnings- og hastighetsreaksjoner for stivlegememodene og de elastiske moder som blir gjennomløpt eller tilnærmet for å nå organets nominelle funksjonspunkt, og variabelen som er representativ for den dynamiske oppførsel av hver elektromagnetisk innretning, og ved at styringsinnretningene (5) omfatter innretninger til fastleggelse av et styringssignal for hver elektromagnetisk innretning ved matriseomvandling av den tilstandsvektor som er representativ for den dynamiske oppførsel av det fleksible organ og hver elektromagnetisk innretning, ved hjelp av en stråte gi operator for optimal styring.
5. Innretning ifølge krav 4,
karakterisert vedat den omfatter innretninger (3) til måling av den elektriske strøm som går gjennom hver elektromagnetisk innretning, idet denne strøm utgjør den variabel som er representativ for den dynamiske oppførsel for hver elektromagnetisk innretning.
6. Innretning ifølge et av kravene 4 eller 5,
karakterisert vedat styringsinnretningene (5) omfatter innretninger til fastleggelse av strategioperatoren for optimal styring ved modellering i form av en representasjon av tilstanden av den dynamiske oppførsel av det fleksible organ og de elektromagnetiske innretninger og ved minimalisering av et kvadratisk kriterium.
7. Innretning ifølge et av kravene 4-6,
karakterisert vedat styringsinnretningene omfatter en regne- og styringsenhet (5) hvis inngang via innretninger (4) til analog/digital konvertering, er forbundet med innretninger (3) til fastleggelse av den dynamiske oppførsel av organet og av den variabel som er representativ for den dynamiske oppførsel av hver elektromagnetisk innretning, og hvis utgang via innretninger (6) til digital/analog konvertering, er forbundet med forsterkerinnretninger (7) for å styre de elektromagnetiske innretninger og den dynamiske oppførsel av organet.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9102040A FR2672946B1 (fr) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | Procede de commande numerique de moyens electromagnetiques de positionnement par sustentation magnetique active d'un organe flexible et dispositif pour sa mise en óoeuvre. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO302983B1 true NO302983B1 (no) | 1998-05-11 |
Family
ID=9409934
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO926302A NO302983B1 (no) | 1991-02-20 | 1992-02-18 | Fremgangsmåte til optimal styring av elektromagnetiske posisjoneringsinnretninger ved aktiv magnetisk understöttelse av et fleksibelt organ samt en innretning til utförelse av fremgangsmåten |
| NO92920632A NO920632L (no) | 1991-02-20 | 1992-02-18 | Fremgangsmaate til numerisk styring av elektromagnetiske posisjoneringsinnretninger ved aktiv magnetisk understoettelse av et fleksibelt organ samt en innretning til utfoerelseav fremgangsmaaten |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO92920632A NO920632L (no) | 1991-02-20 | 1992-02-18 | Fremgangsmaate til numerisk styring av elektromagnetiske posisjoneringsinnretninger ved aktiv magnetisk understoettelse av et fleksibelt organ samt en innretning til utfoerelseav fremgangsmaaten |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0500464B1 (no) |
| DE (1) | DE69210071T2 (no) |
| FR (1) | FR2672946B1 (no) |
| NO (2) | NO302983B1 (no) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3135410B2 (ja) * | 1993-04-14 | 2001-02-13 | 光洋精工株式会社 | 磁気軸受装置 |
| JP3533014B2 (ja) * | 1994-08-22 | 2004-05-31 | 株式会社荏原製作所 | 磁気軸受支持回転体のデジタル制御方法及び制御装置 |
| DE102008064380B4 (de) * | 2008-12-22 | 2016-05-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur sensorlosen Zustandsschätzung von magnetischen Schwebesystemen, insbesondere Magnetlagern |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01269722A (ja) * | 1988-04-22 | 1989-10-27 | Toshiro Higuchi | 磁気制御軸受ユニット |
| CH678090A5 (no) * | 1988-11-22 | 1991-07-31 | Mecos Traxler Ag | |
| US4912387A (en) * | 1988-12-27 | 1990-03-27 | Westinghouse Electric Corp. | Adaptive noise cancelling for magnetic bearing auto-balancing |
-
1991
- 1991-02-20 FR FR9102040A patent/FR2672946B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-02-18 NO NO926302A patent/NO302983B1/no not_active IP Right Cessation
- 1992-02-18 NO NO92920632A patent/NO920632L/no unknown
- 1992-02-19 DE DE1992610071 patent/DE69210071T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-02-19 EP EP92400444A patent/EP0500464B1/fr not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69210071T2 (de) | 1996-09-26 |
| FR2672946A1 (fr) | 1992-08-21 |
| NO920632D0 (no) | 1992-02-18 |
| EP0500464B1 (fr) | 1996-04-24 |
| DE69210071D1 (de) | 1996-05-30 |
| FR2672946B1 (fr) | 1995-06-02 |
| NO920632L (no) | 1992-08-21 |
| EP0500464A1 (fr) | 1992-08-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5453686A (en) | Pulsed-DC position and orientation measurement system | |
| EP1646852B1 (en) | Method and sensor arrangement for load measurement on rolling element bearing | |
| Shiakolas et al. | Development of a real-time digital control system with a hardware-in-the-loop magnetic levitation device for reinforcement of controls education | |
| GB2221039A (en) | Load cell device with integral data processing/output means | |
| US20070028689A1 (en) | Digital accelerometer | |
| Taner et al. | Virtual instrumentation: a solution to the problem of design complexity in intelligent instruments | |
| EP0286107B1 (en) | Industrial robot | |
| NO302983B1 (no) | Fremgangsmåte til optimal styring av elektromagnetiske posisjoneringsinnretninger ved aktiv magnetisk understöttelse av et fleksibelt organ samt en innretning til utförelse av fremgangsmåten | |
| Trunov et al. | Recurrent network as a tool for calibration in automated systems and interactive simulators | |
| Drossel et al. | Modular system to measure and control the force distribution in deep drawing processes to ensure part quality and process reliability | |
| Chalupa et al. | Modelling and predictive control of inverted pendulum | |
| CN113711138A (zh) | 伺服控制装置 | |
| Andrs | Using Industry 4.0 technologies for teaching and learning in education process | |
| KR101849805B1 (ko) | 캘리브레이션 검출 시스템 및 방법 | |
| JP3620168B2 (ja) | 電子天びん | |
| US20230297814A1 (en) | Method and Device for Calibrating and Operating a Sensor Component with the Aid of Machine Learning Methods | |
| Shiakolas et al. | An Educational Environment for Reinforcement of Dynamic System Modeling and Controls Concepts Utilizing MATLAB, xPC-Target and a Hardware in the Loop Magnetic Levitation Device | |
| Schueller | Agricultural Automation | |
| Gazda et al. | Numerical Integrator System for Drift Compensated Fluxmeter | |
| Gradetsky et al. | Control System Calibration Algorithm for Exoskeleton Under the Individual Specificities of the Operator | |
| KR20010084771A (ko) | 갈바노미터 스캐너를 제어하기 위한 장치 및 방법 | |
| Lee et al. | Development of two-axis arm motion generator using active impedance | |
| Braier et al. | Measurement, Evaluation and Comparison of Behavior of Linear SGT Motor with Oscillating Mass | |
| Rezek et al. | Comparative Performance Analysis for Digital Regulators in Series DC Motor Controlled Drive | |
| JPH0621834B2 (ja) | 荷重検出器の検定装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Lapsed by not paying the annual fees |
Free format text: LAPSED IN AUGUST 2002 |