RU2181922C2 - Система управления электромагнитным подвесом ротора - Google Patents
Система управления электромагнитным подвесом ротора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2181922C2 RU2181922C2 RU99124041/09A RU99124041A RU2181922C2 RU 2181922 C2 RU2181922 C2 RU 2181922C2 RU 99124041/09 A RU99124041/09 A RU 99124041/09A RU 99124041 A RU99124041 A RU 99124041A RU 2181922 C2 RU2181922 C2 RU 2181922C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- control system
- controller
- output
- power converter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к роторным механизмам на электромагнитных опорах. Технический результат изобретения, заключающийся в упрощении технической реализации системы управления электромагнитным подвесом ротора, достигается путем того, что в системе управления электромагнитным подвесом ротора каждый канал управления снабжен интегральным регулятором и форсирующим регулятором второго порядка, причем выход интегрального регулятора соединен с прямым входом форсирующего регулятора второго порядка, выход которого соединен с входом силового преобразователя, а выход датчика положения ротора соединен с инверсными входами обоих регуляторов. 4 ил.
Description
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в роторных механизмах на электромагнитных опорах.
Наиболее близким по технической сущности является механизм с магнитным подвесом ротора (см. а.с. СССР 1569932, опубл. в БИ 21, 1990 г.), в котором каждый канал системы управления (см. Вейнберг Д.М., Верещагин В.П. К определению основных параметров электромагнитных подшипников. - М. : Труды ВНИИЭМ, т. 89, 1989. - С. 12-19.) содержит датчик положения ротора, пропорционально-интегрально-дифферснциальный регулятор, обращенную модель электромагнита, силовой преобразователь и два электромагнита.
Недостатком наиболее близкой системы управления электромагнитным подвесом ротора является сложность ее технической реализации, вызванная необходимостью линеаризации системы путем введения в ее состав обращенной модели электромагнита, которая требует значительных вычислительных операций.
Сущность изобретения заключается в том, что в системе управления электромагнитным подвесом ротора, каждый канал управления которой содержит датчик положения ротора, силовой преобразователь, два электромагнита, причем обмотки электромагнитов подключены к выходу силового преобразователя, каждый канал снабжен интегральным регулятором и форсирующим регулятором второго порядка, причем выход интегрального регулятора соединен с прямым входом форсирующего регулятора второго порядка, выход которого соединен с входом силового преобразователя, а выход датчика положения ротора соединен с инверсными входами обоих регуляторов.
Существенные отличия находят свое выражение в новой совокупности связей между элементами устройства. Указанная совокупность связей позволяет упростить техническую реализацию системы управления электромагнитным подвесом ротора.
На фиг. 1 представлена функциональная схема каждого канала системы управления электромагнитным подвесом ротора; на фиг.2 изображено подключение обмоток электромагнитов к силовому преобразователю; на фиг. 3 представлена структурная схема одного канала системы управления электромагнитным подвесом ротора; на фиг. 4 приведены графики переходных процессов в системе управления электромагнитным подвесом ротора.
Каждый канал системы управления (фиг.1) содержит датчик 1 положения ротора, интегральный регулятор 2, форсирующий регулятор 3 второго порядка, силовой преобразователь 4, два электромагнита 5 и 6. Датчик 1 положения ротора соединен с инверсными входами интегрального регулятора 2 и форсирующего регулятора 3 второго порядка. Выход интегрального регулятора 2 соединен с прямым входом форсирующего регулятора 3 второго порядка, выход которого соединен с входом силового преобразователя 4. К выходу силового преобразователя 4 подключены обмотки электромагнитов 5 и 6.
В качестве датчика 1 положения ротора может быть применен, например, индуктивный токовихревой датчик. Интегральный регулятор 2 может быть реализован, например, на микросхемах серии КР1533 по а.с. СССР 1649501, опубл. 15.05.91, БИ 18, в котором пропорциональная и дифференциальная составляющая приняты равными нулю. Форсирующий регулятор 3 второго порядка, например, может быть выполнен из двух последовательно включенных устройств по а.с. 1649501, в которых интегральная составляющая принимается равной нулю. Возможна также программная реализация регуляторов 2 и 3 на микропроцессорном контроллере, например С-60, выпускаемом ВАЗом. При этом, например, интегрирование осуществляется как полная сумма, а первая и вторая производная находятся как первая и вторая обратные разности (см. Микропроцессорные системы автоматического управления/Под общ. ред. В. А. Бесекерского. - Л.: Машиностроение, 1988. - С 304-324.). Силовой преобразователь 4, например, представляет собой транзисторный широтно-импульсный преобразователь, состоящий из цифрового широтно-импульсного модулятора, например, выполненного на микросхемах КР1533 по а.с. СССР 1644371, опубл. 23.04.91, БИ 15, и транзисторного моста. Электромагниты 5 и 6 располагаются на статоре роторной машины, например, на одной оси с противоположных сторон от ротора и могут быть выполнены, например, как явно полюсные или с распределенными обмотками. Обмотки электромагнитов подключаются к транзисторному мосту, например, как показано на фиг.2.
Система управления электромагнитным подвесом ротора работает следующим образом. В каждом канале управления датчик положения 1 ротора измеряет отклонение ротора от центрального положения, принятого за базовое. Информация (цифровой код) об измеренном отклонении подается на инверсные входы последовательно включенных интегрального регулятора 2 и форсирующего регулятора 3 второго порядка. В соответствии с передаточными функциями, реализованными регуляторами 2 и 3, с выхода форсирующего регулятора 3 второго порядка на вход силового преобразователя 4 подается цифровой код. Пропорционально этому коду силовой преобразователь 4 регулирует напряжения на обмотках электромагнитов 5 и 6. В результате в обмотках электромагнитов 5 и 6 формируются такие токи, которые создают результирующую силу, возвращающую ротор в центральное (по датчику 1) положение. Причем предложенная система управления электромагнитным подвесом ротора всегда стремится свести к нулю отклонение ротора от центрального положения при любых возмущающих воздействиях, лежащих в рамках силовых характеристик электромагнитов 5 и 6.
Действительно, процессы, протекающие при работе предложенной системы управления электромагнитным подвесом ротора, можно представить структурной схемой (фиг. 3). Здесь хз(р), Fв(р) и х(р) - изображения сигнала задания, возмущающей силы и перемещения (отклонения от центрального положения) ротора соответственно. Причем для системы управления электромагнитным подвесом ротора принципиально хз(р) =0.
Передаточная функция форсирующего регулятора 3 второго порядка:
R1(p) = k2ф(T p2+2ξ2фT2фp+1),
где k2ф, T2ф и ζ2ф - коэффициент передачи, постоянная времени и коэффициент демпфирования соответственно.
R1(p) = k2ф(T
где k2ф, T2ф и ζ2ф - коэффициент передачи, постоянная времени и коэффициент демпфирования соответственно.
Передаточная функция интегрального регулятора 2:
R2(Р)=1/TиР,
где Ти - постоянная времени.
R2(Р)=1/TиР,
где Ти - постоянная времени.
Передаточная функция датчика 1 положения представлена безынерционным звеном с коэффициентом передачи kдп.
Остальные динамические звенья в совокупности представляют собой линеаризованную математическую модель перемещения ротора в поле электромагнитного подшипника под действием управляющего сигнала на входе силового преобразователя 4. Коэффициенты передачи kшим и U характеризуют параметры силового преобразователя 4: коэффициент передачи широтно-импульсного преобразователя и напряжение питания транзисторного моста. Динамическое звено с передаточной функцией
(Тэ - постоянная времени электрической цепи обмоток электромагнитов) связывает приращение соотношения токов в электромагнитах 5 и 6 с приращением напряжения на обмотках, причем заведомо принимается такой закон коммутации транзисторов моста, что увеличение напряжение на одной из обмоток приводит к такому же уменьшению напряжения на другой. Коэффициент передачи kэм связывает силу, действующую со стороны электромагнитов на ротор при его центральном положении, с соотношением токов в электромагнитах. Коэффициент передачи kF характеризует изменение силы, действующей на ротор, при его отклонении от центрального положения. Динамическое звено 1/mp2 в соответствии со вторым законом Ньютона определяет перемещение ротора под действием результирующей силы. Коэффициент передачи kЕ характеризует приращение наводимой в обмотках электромагнитов ЭДС со скоростью перемещения ротора в магнитном поле.
(Тэ - постоянная времени электрической цепи обмоток электромагнитов) связывает приращение соотношения токов в электромагнитах 5 и 6 с приращением напряжения на обмотках, причем заведомо принимается такой закон коммутации транзисторов моста, что увеличение напряжение на одной из обмоток приводит к такому же уменьшению напряжения на другой. Коэффициент передачи kэм связывает силу, действующую со стороны электромагнитов на ротор при его центральном положении, с соотношением токов в электромагнитах. Коэффициент передачи kF характеризует изменение силы, действующей на ротор, при его отклонении от центрального положения. Динамическое звено 1/mp2 в соответствии со вторым законом Ньютона определяет перемещение ротора под действием результирующей силы. Коэффициент передачи kЕ характеризует приращение наводимой в обмотках электромагнитов ЭДС со скоростью перемещения ротора в магнитном поле.
Из структурной схемы следует, что в предложенной системе управления электромагнитным подвесом ротора все возмущения, охваченные обратной связью, полностью компенсируются. Этот факт определяется наличием во внешнем контуре интегрального регулятора 2
Быстродействие предложенной системы управления электромагнитным подвесом ротора может быть определено из переходных характеристик по отношению к управляющему и возмущающему воздействиям, которые определяются соответствующими передаточными функциями.
Быстродействие предложенной системы управления электромагнитным подвесом ротора может быть определено из переходных характеристик по отношению к управляющему и возмущающему воздействиям, которые определяются соответствующими передаточными функциями.
Передаточная функция системы по отношению к возмущающей силе Fв(р):
Здесь k=k2фkоуkдп;
Анализ передаточных функций системы управления электромагнитным подвесом ротора показывает, что соответствующий выбор параметров регуляторов 2 и 3 обеспечивает, во-первых, устойчивость системы при широком диапазоне изменения параметров электромагнитного подвеса (коэффициенты kэм, kE, kF и постоянная времени Tэ - переменны), а во-вторых, высокое быстродействие. Действительно, при параметрах электромагнитного подвеса ротора, например турбины: kE=1461 В•с/м; kэм=1306 Н; kF=756000 Н/м; m=18 кг; Тэ =0,038233 с; U= 57,7 В; kдп=1000000 дискрет/м; kшим=0,001961 1/дискрет; Т2ф=0,009124 с; ξ2ф == 0,1194; k2ф= 16; Ти=0,1 с, - графики переходных процессов по управлению и возмущению имеют вид, приведенный на фиг.4.
Здесь k=k2фkоуkдп;
Анализ передаточных функций системы управления электромагнитным подвесом ротора показывает, что соответствующий выбор параметров регуляторов 2 и 3 обеспечивает, во-первых, устойчивость системы при широком диапазоне изменения параметров электромагнитного подвеса (коэффициенты kэм, kE, kF и постоянная времени Tэ - переменны), а во-вторых, высокое быстродействие. Действительно, при параметрах электромагнитного подвеса ротора, например турбины: kE=1461 В•с/м; kэм=1306 Н; kF=756000 Н/м; m=18 кг; Тэ =0,038233 с; U= 57,7 В; kдп=1000000 дискрет/м; kшим=0,001961 1/дискрет; Т2ф=0,009124 с; ξ2ф == 0,1194; k2ф= 16; Ти=0,1 с, - графики переходных процессов по управлению и возмущению имеют вид, приведенный на фиг.4.
Таким образом, предложенная система управления электромагнитным подвесом ротора позволяет достичь высоких статических и динамических показателей при одновременном упрощении ее технической реализации. Упрощение технической реализации определяется исключением из состава системы управления обращенной модели электромагнита, которая требует значительных вычислительных операций, и применением простейшего линейного регулятора с соответствующими связями.
Claims (1)
- Система управления электромагнитным подвесом ротора, каждый канал управления которой содержит датчик положения ротора, силовой преобразователь, два электромагнита, причем обмотки электромагнитов подключены к силовому преобразователю, отличающаяся тем, что каждый канал снабжен интегральным регулятором и форсирующим регулятором второго порядка, причем выход интегрального регулятора соединен с прямым входом форсирующего регулятора второго порядка, выход которого соединен с входом силового преобразователя, а выход датчика положения ротора соединен с инверсными входами обоих регуляторов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99124041/09A RU2181922C2 (ru) | 1999-11-16 | 1999-11-16 | Система управления электромагнитным подвесом ротора |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99124041/09A RU2181922C2 (ru) | 1999-11-16 | 1999-11-16 | Система управления электромагнитным подвесом ротора |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU99124041A RU99124041A (ru) | 2001-11-27 |
RU2181922C2 true RU2181922C2 (ru) | 2002-04-27 |
Family
ID=20226991
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99124041/09A RU2181922C2 (ru) | 1999-11-16 | 1999-11-16 | Система управления электромагнитным подвесом ротора |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2181922C2 (ru) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2460909C1 (ru) * | 2011-02-02 | 2012-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Система управления электромагнитным подвесом ротора |
RU2507420C1 (ru) * | 2012-06-05 | 2014-02-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторский институт центробежных и роторных компрессоров им. В.Б. Шнеппа" | Способ формирования сигналов отклонения ротора в системах магнитного подвеса роторных машин и устройство для его реализации (варианты) |
RU2518053C1 (ru) * | 2012-10-04 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ и устройство управления положением ротора в магнитных подшипниках |
RU2539690C1 (ru) * | 2014-01-27 | 2015-01-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ бессенсорного управления положением ротора в бесконтактных подшипниках |
RU2566671C1 (ru) * | 2014-03-28 | 2015-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Система управления электромагнитным подвесом ротора |
RU2647490C1 (ru) * | 2016-10-25 | 2018-03-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Беспазовый синхронный генератор с интегрированным магнитным подвесом |
RU211880U1 (ru) * | 2020-08-25 | 2022-06-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Ухта" | Приспособление для юстировки блока датчиков системы управления магнитным подвесом |
-
1999
- 1999-11-16 RU RU99124041/09A patent/RU2181922C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2460909C1 (ru) * | 2011-02-02 | 2012-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Система управления электромагнитным подвесом ротора |
RU2507420C1 (ru) * | 2012-06-05 | 2014-02-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторский институт центробежных и роторных компрессоров им. В.Б. Шнеппа" | Способ формирования сигналов отклонения ротора в системах магнитного подвеса роторных машин и устройство для его реализации (варианты) |
RU2518053C1 (ru) * | 2012-10-04 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ и устройство управления положением ротора в магнитных подшипниках |
RU2539690C1 (ru) * | 2014-01-27 | 2015-01-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ бессенсорного управления положением ротора в бесконтактных подшипниках |
RU2566671C1 (ru) * | 2014-03-28 | 2015-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Система управления электромагнитным подвесом ротора |
RU2647490C1 (ru) * | 2016-10-25 | 2018-03-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Беспазовый синхронный генератор с интегрированным магнитным подвесом |
RU211880U1 (ru) * | 2020-08-25 | 2022-06-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Ухта" | Приспособление для юстировки блока датчиков системы управления магнитным подвесом |
RU2777512C1 (ru) * | 2021-06-22 | 2022-08-05 | Общество с ограниченной ответственностью "ГАЗПРОМ ТРАНСГАЗ НИЖНИЙ НОВГОРОД" | Система автоматического управления осевым электромагнитным подшипником ротора с адаптацией к изменению статической силы |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8653766B2 (en) | Linear motor driving system and linear motor control method | |
JP3640120B2 (ja) | 同期電動機の制御装置 | |
RU2181922C2 (ru) | Система управления электромагнитным подвесом ротора | |
Soto et al. | Sliding-mode control of an induction motor without flux measurement | |
EP0419656B1 (en) | Speed controller | |
RU2345464C1 (ru) | Система управления электромагнитным подвесом ротора | |
CN103595330A (zh) | 双绕组音圈电机推力补偿系统 | |
RU2395150C2 (ru) | Система управления электромагнитным подвесом ротора | |
Uddin et al. | Fuzzy logic based position control of permanent magnet synchronous motor | |
EP0481773A1 (en) | Improvement of series-excitation motor speed control circuit | |
RU2460909C1 (ru) | Система управления электромагнитным подвесом ротора | |
Inanc et al. | Torque ripple minimization of a switched reluctance motor including mutual inductances via sliding mode control technique | |
Ko | Asymptotically stable adaptive load torque observer for precision position control of BLDC motor | |
US8581536B2 (en) | Method for controlling three single-phase motors and moving a platform in a direction of the normal | |
RU2375736C1 (ru) | Система управления электромагнитным подвесом ротора | |
Hiroshi | Robust Current Control for Permanent Magnet Synchronous Motors by the Inverse LQ Method-An Evaluation of Control Performance Using Servo-Locks at Low Speed | |
RU2119223C1 (ru) | Устройство для улучшения коммутации коллекторных электрических машин | |
SU1185516A1 (ru) | Электропривод с двухзонным регулированием скорости | |
Ali et al. | DSP-Based PID controller design for the PMDC motor | |
RU2025035C1 (ru) | Электропривод | |
SU656169A1 (ru) | Устройство дл регулировани тока кор электродвигател | |
SU1150724A1 (ru) | Двухдвигательный электропривод посто нного тока | |
RU2656871C1 (ru) | Способ управления положением ротора электрической машины на бесконтактных подшипниках (варианты) и электрическая машина для его реализации | |
SU1136289A1 (ru) | Система автоматического регулировани скорости электропривода | |
Almandoz et al. | Co-simulation tools for the permanent magnet machine design oriented to the application |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20041117 |