JPH05141421A - 磁気軸受の制御回路 - Google Patents
磁気軸受の制御回路Info
- Publication number
- JPH05141421A JPH05141421A JP30154791A JP30154791A JPH05141421A JP H05141421 A JPH05141421 A JP H05141421A JP 30154791 A JP30154791 A JP 30154791A JP 30154791 A JP30154791 A JP 30154791A JP H05141421 A JPH05141421 A JP H05141421A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit
- order
- proportional
- magnetic bearing
- pass filter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【構成】制御装置において高周波のゲインを減衰させる
ためには、センサ回路と補償回路５の間、あるいは補償
回路５と電流増幅器の間に比例回路８を接続し、この比
例回路８の出力信号を二次以上のローパスフィルタ９を
通して、比例回路８の入力に正帰還するものである。あ
る狭い範囲で位相進みを増大させるには、上述と同回路
でローパスフィルタ９の出力信号を負帰還する。 【効果】磁気軸受の制御信号の高周波ゲインを抑える
と、高次モードの安定余裕が増すので、軸受剛性あるい
は減衰性を従来以上にアップすることができる。
ためには、センサ回路と補償回路５の間、あるいは補償
回路５と電流増幅器の間に比例回路８を接続し、この比
例回路８の出力信号を二次以上のローパスフィルタ９を
通して、比例回路８の入力に正帰還するものである。あ
る狭い範囲で位相進みを増大させるには、上述と同回路
でローパスフィルタ９の出力信号を負帰還する。 【効果】磁気軸受の制御信号の高周波ゲインを抑える
と、高次モードの安定余裕が増すので、軸受剛性あるい
は減衰性を従来以上にアップすることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は磁気軸受で支えられた磁
気浮上形ロータの制御装置に関する。
気浮上形ロータの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ここで対象とする磁気軸受とはロータを
はさんで互いに対向する電磁石の吸引力によってロータ
を空中支持する能動形磁気軸受である。ロータを安定に
支持するには変位センサによって、常に、ロータの位置
を監視し、その変位信号に基づいて、ロータが安定に支
持されるように電磁力を制御する必要がある。補償回路
は一般にＰＩＤ制御が基本となっている。
はさんで互いに対向する電磁石の吸引力によってロータ
を空中支持する能動形磁気軸受である。ロータを安定に
支持するには変位センサによって、常に、ロータの位置
を監視し、その変位信号に基づいて、ロータが安定に支
持されるように電磁力を制御する必要がある。補償回路
は一般にＰＩＤ制御が基本となっている。
【０００３】図２はラジアル軸受の概念図である。１は
ロータ、２は変位センサ、３ａ，３ｂは電磁石、４は変
位センサの変換器、５は補償回路、６はスイッチャ、７
ａ，７ｂはパワーアンプ（電流増幅器）である。
ロータ、２は変位センサ、３ａ，３ｂは電磁石、４は変
位センサの変換器、５は補償回路、６はスイッチャ、７
ａ，７ｂはパワーアンプ（電流増幅器）である。
【０００４】なお、この種の磁気軸受の基本技術に関連
するものには、「電磁力応用機器のダイナミックス(コ
ロナ社 １９９０年７月２５日発行 ｐｐ. １５９〜１７
６)」がある。
するものには、「電磁力応用機器のダイナミックス(コ
ロナ社 １９９０年７月２５日発行 ｐｐ. １５９〜１７
６)」がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述の磁気軸受の補償
回路において、軸受の剛性あるいは減衰性の向上を図る
ために、補償回路の位相進み量やゲインを大きくすると
ロータの高次モードが不安定化して発振を起こすことが
あった。これは位相遅れの領域に存在していたロータの
高次モードの部分で一巡伝達関数のゲインが０ｄＢを越
えるためである。
回路において、軸受の剛性あるいは減衰性の向上を図る
ために、補償回路の位相進み量やゲインを大きくすると
ロータの高次モードが不安定化して発振を起こすことが
あった。これは位相遅れの領域に存在していたロータの
高次モードの部分で一巡伝達関数のゲインが０ｄＢを越
えるためである。
【０００６】このような制御不能を回避するには、高周
波のゲインを低く保ちながら、低周波のモードに対する
位相進み量やゲインを大きくできる手段があれば良い。
あるいは低周波の制御性能を劣化させずに高周波のゲイ
ンを減衰させる手段があれば良い。
波のゲインを低く保ちながら、低周波のモードに対する
位相進み量やゲインを大きくできる手段があれば良い。
あるいは低周波の制御性能を劣化させずに高周波のゲイ
ンを減衰させる手段があれば良い。
【０００７】上述の要求の後者の表現に対応した技術と
して、従来よりローパスフィルタによって高周波のゲイ
ンを減衰させる方法が行われているが、ローパスフィル
タは位相遅れも同時に招くので、使い方が難しい。特開
平2−21025号公報では補償器の出力をそれぞれ、ローパ
スフィルタ（二次以上）と比例回路に入力し、これらの
回路の出力を加算した信号を電流増幅器に入力すること
により、位相遅れを最小に保ちながら高周波のゲインを
抑える回路を考案している。また、上述の要求の後者の
表現に対応した技術として、日経メカニカル（１９８
４．１０．２２，ｐ１０２／１１０）では特定周波数に
おいて位相進みを増大させる制御回路を公開している。
して、従来よりローパスフィルタによって高周波のゲイ
ンを減衰させる方法が行われているが、ローパスフィル
タは位相遅れも同時に招くので、使い方が難しい。特開
平2−21025号公報では補償器の出力をそれぞれ、ローパ
スフィルタ（二次以上）と比例回路に入力し、これらの
回路の出力を加算した信号を電流増幅器に入力すること
により、位相遅れを最小に保ちながら高周波のゲインを
抑える回路を考案している。また、上述の要求の後者の
表現に対応した技術として、日経メカニカル（１９８
４．１０．２２，ｐ１０２／１１０）では特定周波数に
おいて位相進みを増大させる制御回路を公開している。
【０００８】本発明の目的は特開平2−21025号公報とは
異なる回路構成によって、高周波のゲインを抑える回路
を提供することにある。
異なる回路構成によって、高周波のゲインを抑える回路
を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では磁気軸受装置の制御装置で、センサ回
路と補償回路の間、あるいは補償回路と電流増幅器の間
に比例回路を接続し、さらに比例回路の出力信号を二次
以上のローパスフィルタを通して、前記比例回路の入力
に正帰還する。
めに、本発明では磁気軸受装置の制御装置で、センサ回
路と補償回路の間、あるいは補償回路と電流増幅器の間
に比例回路を接続し、さらに比例回路の出力信号を二次
以上のローパスフィルタを通して、前記比例回路の入力
に正帰還する。
【００１０】
【作用】本発明の目的では、センサ回路と補償回路の
間、あるいは補償回路と電流増幅器の間に比例回路を接
続し、さらに比例回路の出力信号を二次以上のローパス
フィルタを通して、比例回路の入力に正帰還することに
より、ローパスフィルタのカットオフ周波数以下の低周
波ではゲインが増大し、相対的に高周波のゲインが抑え
られるように作用する。
間、あるいは補償回路と電流増幅器の間に比例回路を接
続し、さらに比例回路の出力信号を二次以上のローパス
フィルタを通して、比例回路の入力に正帰還することに
より、ローパスフィルタのカットオフ周波数以下の低周
波ではゲインが増大し、相対的に高周波のゲインが抑え
られるように作用する。
【００１１】
【実施例】図１は本発明の一実施例を示すブロックであ
る。図１において、１１は磁気軸受本体であり、その概
略は図２のブロック図に示されている。すなわち、積層
コアとコイルからなる電磁石３ａ，３ｂとロータ１には
められた電磁石と対向する積層スリーブとの間に電磁力
が働くことによってロータを浮上保持するものである。
る。図１において、１１は磁気軸受本体であり、その概
略は図２のブロック図に示されている。すなわち、積層
コアとコイルからなる電磁石３ａ，３ｂとロータ１には
められた電磁石と対向する積層スリーブとの間に電磁力
が働くことによってロータを浮上保持するものである。
【００１２】２は変位センサであり、センサ変換器４と
対になってロータの周方向の変位を電圧信号として検出
する。変位信号は目標値信号と比較され、目標偏差信号
ｅとなり、補償回路５に入力される。補償回路５はロー
タの安定浮上を補償する回路で、ＰＩＤ制御回路あるい
は位相進み遅れ回路によって構成される。
対になってロータの周方向の変位を電圧信号として検出
する。変位信号は目標値信号と比較され、目標偏差信号
ｅとなり、補償回路５に入力される。補償回路５はロー
タの安定浮上を補償する回路で、ＰＩＤ制御回路あるい
は位相進み遅れ回路によって構成される。
【００１３】比例回路８には補償回路５の出力と比例回
路の出力信号を二次ローパスフィルタ９を通して帰還し
た信号が加算入力される。
路の出力信号を二次ローパスフィルタ９を通して帰還し
た信号が加算入力される。
【００１４】パワーアンプ７ａ，７ｂはスイッチャによ
って正負に分けられた比例回路８の出力信号に基づいて
磁気軸受の供給電流を制御する。
って正負に分けられた比例回路８の出力信号に基づいて
磁気軸受の供給電流を制御する。
【００１５】比例回路８で比例回路のゲインをｋｐ、二
次ローパスフィルタ９の伝達関数を
次ローパスフィルタ９の伝達関数を
【００１６】
【数１】
【００１７】とすると、比例回路と二次ローパスフィル
タで構成される回路のトータルの伝達関数は
タで構成される回路のトータルの伝達関数は
【００１８】
【数２】
【００１９】となる。上式において零点は二次ローパス
フィルタの極になっている。
フィルタの極になっている。
【００２０】数２において、ｋｌ＞０（ただしｋｐ・ｋ
ｌ＜１）、すなわち、二次ローパスフィルタの出力信号
を正帰還にした場合には、図３に示すように極は零点よ
りも周波数が低くなるとともに、高周波のゲインは低周
波のゲインよりも低くなる。よって、安定余裕の小さい
高次のモードに対しては、ゲインを下げることができ、
安定性が向上する。
ｌ＜１）、すなわち、二次ローパスフィルタの出力信号
を正帰還にした場合には、図３に示すように極は零点よ
りも周波数が低くなるとともに、高周波のゲインは低周
波のゲインよりも低くなる。よって、安定余裕の小さい
高次のモードに対しては、ゲインを下げることができ、
安定性が向上する。
【００２１】また、数２においてｋｌ＜０、すなわち、
二次ローパスフィルタの出力信号を負帰還にした場合に
は、図４に示すように極は零点よりも周波数が高くな
り、零点と極の間の周波数範囲で局所的に位相進みが増
大する。この位相進みの領域をロータの危険速度に合わ
せることにより、安定した危険速度通過が実現できる。
二次ローパスフィルタの出力信号を負帰還にした場合に
は、図４に示すように極は零点よりも周波数が高くな
り、零点と極の間の周波数範囲で局所的に位相進みが増
大する。この位相進みの領域をロータの危険速度に合わ
せることにより、安定した危険速度通過が実現できる。
【００２２】さらに、二つの異なった目的の回路をそれ
ぞれ、別に構成し、直列につなぎ合わせることにより、
高次モードの発振防止と安定した危険速度通過を両立す
る制御回路が実現できる。
ぞれ、別に構成し、直列につなぎ合わせることにより、
高次モードの発振防止と安定した危険速度通過を両立す
る制御回路が実現できる。
【００２３】
【発明の効果】本発明によって磁気軸受の制御信号の高
周波ゲインを抑えると、高次モードの安定余裕が増すの
で、軸受剛性あるいは減衰性を従来以上にアップでき
る。
周波ゲインを抑えると、高次モードの安定余裕が増すの
で、軸受剛性あるいは減衰性を従来以上にアップでき
る。
【００２４】また、本発明によって磁気軸受の制御信号
のうちロータの固有モードに対し、局所的に位相進みを
与えると該固有モードの減衰性が良くなり、振動が小さ
くなり制御電流も小さくなる。
のうちロータの固有モードに対し、局所的に位相進みを
与えると該固有モードの減衰性が良くなり、振動が小さ
くなり制御電流も小さくなる。
【図１】本発明の一実施例を示すブロック図。
【図２】ラジアル軸受の説明図。
【図３】本発明の回路のボード線図。
【図４】本発明の回路のボード線図。
１…ロータ、２…変位センサ、４…センサ変換器、５…
補償回路、６…スイッチャ、７ａ，７ｂ…パワーアン
プ、８…比例回路、９…二次ローパスフィルタ、１１…
磁気軸受本体。
補償回路、６…スイッチャ、７ａ，７ｂ…パワーアン
プ、８…比例回路、９…二次ローパスフィルタ、１１…
磁気軸受本体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 広島 実 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内 (72)発明者 米山 光穂 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内 (72)発明者 坂梨 尚文 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内
Claims (1)
- 【請求項１】ロータに対し、相対する方向に力を作用す
るように配置された電磁石と前記ロータの変位を検出す
る変位センサと、前記変位センサの出力信号を処理する
補償回路と、前記補償回路の出力信号に基づいて前記電
磁石の電磁力を制御する電流増幅器とを備えた磁気軸受
装置の制御装置において、センサ回路と前記補償回路の
間、あるいは前記補償回路と前記電流増幅器の間に比例
回路を接続し、前記比例回路の出力信号を二次以上のロ
ーパスフィルタを通して、前記比例回路の入力に正帰還
あるいは負帰還するようにしたことを特徴とする磁気軸
受の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30154791A JPH05141421A (ja) | 1991-11-18 | 1991-11-18 | 磁気軸受の制御回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30154791A JPH05141421A (ja) | 1991-11-18 | 1991-11-18 | 磁気軸受の制御回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05141421A true JPH05141421A (ja) | 1993-06-08 |
Family
ID=17898256
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30154791A Pending JPH05141421A (ja) | 1991-11-18 | 1991-11-18 | 磁気軸受の制御回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05141421A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015117832A (ja) * | 2013-12-17 | 2015-06-25 | エスカエフ・マニュティック・メシャトロニク | 能動型磁気ベアリングのためのデジタル非線形補正器 |
| CN116123983A (zh) * | 2023-03-17 | 2023-05-16 | 北京航空航天大学 | 一种双线圈结构的纯电磁轴承径向位移自检测装置 |
-
1991
- 1991-11-18 JP JP30154791A patent/JPH05141421A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015117832A (ja) * | 2013-12-17 | 2015-06-25 | エスカエフ・マニュティック・メシャトロニク | 能動型磁気ベアリングのためのデジタル非線形補正器 |
| CN116123983A (zh) * | 2023-03-17 | 2023-05-16 | 北京航空航天大学 | 一种双线圈结构的纯电磁轴承径向位移自检测装置 |
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