Politechnika Śląska w Gliwicach Wydział: Automatyki, Elektroniki i Informatyki Kierunek: Automatyka i Robotyka Specjalność: Komputerowe systemy sterowania Sterowanie układem zawieszenia magnetycznego Maciej Twardysko Promotor: dr inż. Zbigniew Ogonowski
Zawieszenie magnetyczne Idea zawieszenia magnetycznego staje się coraz popularniejsza i jest już obecnie wykorzystywana w bardzo wielu urządzeniach. Przede wszystkim zastępuje ono w wielu dziedzinach tradycyjne łożyska. Góruje nad nimi przede wszystkim znacznym zmniejszeniem tarcia w ruchu obrotowym i nie tylko oraz potrzebnej energii do napędzania np. wirników i zasilania.
Przykład Sprężarka Turbocor montowana w agregatach chłodniczych firmy RC GROUP :
Przykład c.d. Moc elektryczna potrzebna do zasilania sprężarki z zawieszeniem magnetycznym ok. 180 W Moc w porównywalnej klasycznej sprężarce potrzebna na pokonanie sił tarcia w łożyskach to ok. 10 000 W Ponieważ nie występuje tarcie nie ma problemu związanego z przegrzewaniem się elementów ruchomych
Cel Pracy: Opracowanie i zaimplementowanie różnego typu algorytmów sterowania dla rzeczywistego układu zawieszenia magnetycznego MBC 500
Stanowisko badawcze Układ zawieszenie magnetycznego MBC-500 Komputer PC z kartą DS1104 Układ sterowania ciśnieniem: Układ załączający on/off off Przetwornik ciśnienia Keller PA-21SR Kompresor Toya Układ sterowania prędkością: Koło napędowe z łopatkami Przeciwbieżne dysze Zawory Enkoder Układ elektroniczny
Budowa MBC-500
Budowa MBC-500 c.d.
Model fenomenologiczny zawieszenia magnetycznego Xo-przemieszczenie środka masy wirika x1,x2-przemieszczenie lewego i prawego końca wirnika (przy łożysku) X1,X2-przemieszczenie lewego i prawego końca wirnika (przy czujnikach hallotronowych) Θ-kąt odchylenia osi wirnika od położenia w stanie równowagi F1,F2-siły wynikające z oddziaływań poszczególnych łożysk magnetycznych L-całkowita długość wirnika l-odległość łożyska od końca wirnika l2-odległość czujników od końca wirnika m-masa
Model fenomenologiczny zawieszenia magnetycznego c.d. Z bilansu sił, momentów sił i zależności geometrycznych można wyprowadzić równana opisujące dynamikę układu:
Model fenomenologiczny zawieszenia magnetycznego c.d. Linearyzując funkcje sin(θ) ) i cos(θ) ) wokół punktu Θ=0, otrzymujemy opis układu w przestrzeni stanów:
Model fenomenologiczny zawieszenia magnetycznego c.d. Zależności pomiędzy siłami oddziaływującymi na łożysko a natężeniem prądu przepływającym przez uzwojenia jest następujące: gdzie: i controli -prąd płynący przez i-te uzwojenie
Model fenomenologiczny zawieszenia magnetycznego c.d. W układzie MBC-500 sygnałem sterującym jest napięcie, które jest przetwarzane przez wzmacniacze na prąd płynący przez uzwojenia elektromagnesów. Wzmacniacze wprowadzają dodatkowa dynamikę opisaną za pomocą następujących równań: gdzie: V controli [V] sterowanie i-tym uzwojeniem
Model fenomenologiczny zawieszenia magnetycznego c.d. Odchylenie X1 i X2 mierzone są czujnikami hallotronowymi, których wyjściem jest napięcie V sensei zależne od wartości odchyleń Xi zgodnie z równaniem: Dzięki tej zależności oraz funkcji przejścia C(s) każdego z wbudowanych regulatorów możemy wyznaczyć napięcie sterowania:
Główne etapy pracy: Przeprowadzenie symulacji i testów dla opracowanego modelu matematycznego, rozszerzenie o modele rezonansu, identyfikacja modeli liniowych lub ich obliczenie z linearyzacji Dobór odpowiednich algorytmów sterowania rozszerzenie algorytmów opracowanych dotąd (WMV, ster. Adapt.) Implementacja algorytmów adaptacyjnych na DSP przy pomocy matlaba Algorytmy sterowania drganiami zależne od układu sterowania obrotami Ewent. Dopracowanie alg. Sterowania obrotami.
Dotychczasowe badania Analiza prac już wykonanych na układzie MBC-500 Testowanie zaimplementowanych algorytmów sterowania prędkością Próby modyfikacji algorytmów śledzenia za zmianami wartości zadanej prędkości