This paper considers a modeling for the MIMO magnetic bearing system. The rotor is flexible and has a complex shape. To obtain the nominal plant transfer functions, we perform a numerical analysis by using the finite element method(F.E.M.) for the rotor's dynamics, and make a nominal model by reducing the modes from the results. And, we have experimented on the frequency response by a closed-loop identification method, and compared it with the simulation's result on the closed-loop control system.
Because the magnetic bearing supports levitating body without contact, wear, noise and vibration are very small comparing with mechanical bearings, it is very useful to high revolution machinery. In general, the magnetic attractive force function that is proportional to square of control current(x), and inversely proportional to square of an air gap(i) has been widely used. This paper proposed the new magnetic attractive force function that is proportional to cube of the control current, and inversely proportional to square of the air gap. The function was optimized to minimize the cost function that is the percentage of deviation about the change of a proportional constant(k), using the experimental data, ie, control currents and air gaps.
The mathematical model has a different response character with the real system because this mathematical model has the modeling errors and the imprecise value of system's parameters. Therefore to find the value of system parameters as possible as near by real value in the model is necessary to design the controlled system. This study concern about the identification method to estimate the parameter for the magnetic bearing system with RCGA(Real Coded Genetic Algorithm). Firstly, we will get the mathematical model from the current amplifier circuit and the magnetic bearing system. Secondly we will get the step response data in this circuit and system. Finally, we will estimate the unknown parameter's value from the data.
Ohji, T.;Mukhopadhyay, S.C.;Iwahara, M.;Yamada, S.
전력전자학회:학술대회논문집
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전력전자학회 1998년도 Proceedings ICPE 98 1998 International Conference on Power Electronics
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pp.625-629
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1998
So far a single-axis controlled repulsive type magnetic bearing system have been designed and fabricated in our laboratory employing the repulsive forces operating between the stator and rotor permanent magnet for levitation. The radial axis is uncontrolled passive one. The higher speed of operation is limited due to the vibration along the uncontrolled axis and the increase of control current due to eddy current interference. This paper will discuss a detailed modeling of the repulsive type magnetic bearing system for five axis control including the eddy current effect and the method of reduction of eddy current effect. Simulation results using Matlab will be presented.
In the precision motion device, the frictional problem by mechanical friction causes serious effects on the system performance. Various researches have been executed to solve this problem, but classical fluid lubrication method has some disadvantages in precision motion under clean environment. Therefore, the magnetic bearing and contact-free systems have been focused on with its pollution-free characteristics. In this paper, we treat modeling and analysis of electromagnets not only for magnetic bearing but also fer contact-free electromagnetic actuators. Three types of electromagnet for various applications are modeled and analyzed by magnetic circuit theory and the validity is verified by experiments.
This paper presents a dynamic modeling method for the indeterminate spindle-bearing system supported by multiple bearings of different types. A spindle-bearing system supported by ball and cylindrical roller bearings is considered. The de Mul's bearing model is extended for calculating ball and cylindrical roller bearing stiffness matrices with inclusion of centrifugal force and gyroscopic moment. The dependence between spindle shaft reaction forces and bearing stiffness is effectively resolved using an iterative approach. The spindle rotor dynamics is established with the Timoshenko beam theory based finite elements. The spindle reaction forces, bearings stiffness and spindle natural frequencies are obtained with taking into account spindle radial load, ball bearing axial preload and rotational speed effects. The developed method is verified by comparing the simulation results with those from a commercial program.
This paper discusses details of modeling and robust control of an AMB (active magnetic bearing) spindle, and part I presents a modeling and validation process of the AMB spindle. There are many components in AMB spindle : electromagnetic actuator, sensor, rotor, power amplifier and digital controller. If each component is carefully modeled and evaluated, the components have tight structured uncertainty bounds and achievable performance of the system increases. However, since some unknown dynamics may exist and the augmented plant could show some discrepancy with the real plant, the validation of the augmented plant is needed through measuring overall frequency responses of the actual plant. In addition, it is necessary to combine several components and identify them with a reduced order model. First, all components of the AMB spindle are carefully modeled and identified based on experimental data, which also render valuable information in quantifying structured uncertainties. Since sensors, power amplifiers and discretization dynamics can be considered as time delay components, such dynamics are combined and identified with a reduced order. Then, frequency responses of the open-loop plant are measured through closed-loop experiments to validate the augmented plant. The whole modeling process gives an accurate nominal model of a low order for the robust control design.
In this study, active control magnetic actuator for reducing vibration of rotor system is performed. Identification, modeling, simulation, control system design, and evaluation of active magnetic damper system have been researched. Power amplifier modeling, connected magnetic actuator and augmented by system identification, is included to establish a magnetic damper simulation which provides close performance correspondence to the physical plant. A magnetic actuator, digital controller using DSP(Digital Signal Processor), and bipolar operational power supply/amplifiers are developed to show the effectiveness of reducing rotor vibration. Also the curve fitting procedure to obtain the transfer function of frequency dependent components is developed. Two kinds of test are executed as sliding and oil bearing. Results presented in this paper will provide a well-defined technical parameters in designing magnetic damper system for the proposed rotor.
In this paper, a simplified model is studied to predict analytically the vibration from the helical gear system due to an axial excitation of helical gears. The simplified model describes gear, shaft, bearing, and housing. In order to obtain the axial force of helical gears, the mesh stiffness is calculated in the load deflection relation. The axial force is obtained from the solution of the equation of motion, using the mesh stiffness. It is used as a longitudinal excitation of the shaft, which in turn drives the gear housing through the bearing. In this study, the shaft is modeled as a rod, while the bearing is modeled as a parallel spring and damper only supporting longitudinal forces. The gear housing is modeled as a clamped circular plate with viscous damping. For the modeling of this system, transfer matrices for the rod and bearing are used, using a spectral method with four pole parameters. The model is validated by finite element analysis. Using the model, parameter studies are carried out. As a result, the linearized dynamic shaft force due to the gear excitation in the frequency domain was proposed. Out-of-plan displacement from the forced vibrating circular plate and the renewed mode normalization constant of the circular plate were also proposed. In order to control the axial vibration of the helical gear system, the plate was more important than the shaft and the bearing. Finally, the effect of the dominant design parameters for the gear system can be investigated by this model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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