اثر کنترل‌کننده فیدبک حالت در رفتار دینامیکی روتور با یاتاقان‌های مغناطیسی فعال

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی مهندسی گلپایکان، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی مهندسی گلپایکان، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

رفتار دینامیکی یک روتور جفکات افقی با یاتاقان‌های مغناطیسی فعال چهار قطبی بررسی می‌شود. نیروی مغناطیسی تولیدی توسط قطب‌های مغناطیسی تابعی غیرخطی از جریان‌های عبوری از سیم‌پیچ‌ها و فاصله هوایی موجود در بین قطب‌ها و روتور است. همچنین رفتار غیرخطی سیستم در حضور نیروهای ایجاد شده توسط یاتاقان‌های مغناطیسی فعال با درنظر گرفتن نیروی گریز از مرکز و نیروی وزن بررسی شده است. برای کنترل نوسانات روتور از یک کنترل‌کننده فیدبک حالت استفاده شده است. ارتعاشات روتور با استفاده از معادلات دیفرانسیل غیرخطی مرتبه دو با عوامل غیرخطی مربعی و مکعبی مدل‌سازی شده است. با فرض عوامل غیرخطی ضعیف و تحریک نرم، از روش مقیاس‌های چند‌گانه برای حل معادلات دیفرانسیل اغتشاشی استفاده شده است و نمودارهای فرکانسی بدست آمده است. برای اعتبارسنجی حل تحلیلی از روش عددی نیز استفاده شده است. نتایج نشان می‌دهد که طراحی یاتاقان‌ها با ضریب سرعت بالاتر می‌تواند باعث کاهش اثر عوامل غیرخطی و کاهش دامنه ارتعاشات شود.

کلیدواژه‌ها


[1] حیدری م، یوسفوند ح (1394) مدل سازی و کنترل یاتاقان مغناطیسی فعال به روش فیدبک حالت. همایش یافته­های نوین در هوافضا و علوم وابسته.
[2] دشتی رحمت آبادی ا، دوست‌حسینی ر، بنی سعید ن (1394) مدل‌سازی دینامیکی سیستم روتور یک یاتاقان مغناطیسی فعال، بررسی پارامترهای موثر بر عملکرد و طراحی سیستم کنترل آن. پایان نامه کارشناسی ارشد.
[3] Gohari M (2017) Integration intelligent estimators to disturbance observer to enhance robustness of active magnetic bearing controller. Int J Control 7(2): 25-31.
[4] Saeed NA, Kamel M (2016) Nonlinear PD-controller to suppress the nonlinear oscillations of horizontally supported Jeffcott-rotor system. Int J Non Lin Mech 87: 109-124.
[5] Saeed NA, Kamel M (2017) Active magnetic bearing-based tuned controller to suppress lateral vibrations of a nonlinear Jeffcott-rotor system. Nonlinear Dynam. 90 (1): 457-478.
[6] Saeed NA, El-Ganaini WA (2017b) Utilizing time-delays to quench the nonlinear vibrations of a two-degree-of-freedom system. Meccanica 52(11-12), 2969-2990.
[7] Yang D, Gao X, Cui E and Ma Z (2020) State-constraints adaptive backstepping control for active magnetic bearings with parameters nonstationarities and uncertainties. IEEE T Ind Electron 68(10): 9822-9831.
[8] Wang X, Zhang Y and Gao P (2020) Design and analysis of second-order sliding mode controller for active magnetic bearing. Energies 13(22): 5965.
[9] Yaseen HMS, Siffat SA, Ahmad I and Malik AS (2021) Nonlinear adaptive control of magnetic levitation system using terminal sliding mode and integral backstepping sliding mode controllers. ISA T.
[10] Molina LMC, Bonfitto A and Galluzzi R (2021) Offset-Free model predictive control for a cone-shaped active magnetic bearing system. Mechatronics 78: 102612.
[11] Morsi A, Abbas HS, Ahmed SM and Mohamed AM (2021) model predictive control based on linear parameter-varying models of active magnetic bearing systems. IEEE Access 9: 23633-23647.
[12] Carmo Carvalho F, Fernandes de Oliveira MV, Lara-Molina FA, Cavalini Jr AA, Steffen JrV (2021) Fuzzy robust control applied to rotor supported by active magnetic bearing. J Vib Control 27(7-8): 912-923.
[13] Couzon PY and Der Hagopian J (2007) Neuro-fuzzy active control of rotor suspended on active magnetic bearing. J Vib Control 13(4): 365-384.
[14] Saeed NA, Awwad EM, El-Meligy MA and Nasr EA (2021) Sensitivity analysis and vibration control of asymmetric nonlinear rotating shaft system utilizing 4-pole AMBs as an actuator. Eur J Mech A-Solid 86: 104145.
[15] Iwatsubo T, Tsujiuchi Y and Inoue T (1986) Vibration of asymmetric rotor supported by oil film bearings. Ingenieur-Archiv 56(1): 1-15.
[16] Halminen O, Kärkkäinen A, Sopanen J and Mikkola A (2015) Active magnetic bearing-supported rotor with misaligned cageless backup bearings: A dropdown event simulation model. Mech Syst Signal PR 50: 692-705.
[17] Yu TJ, Zhou S, Yang XD and Zhang W (2018) Global dynamics of a flexible asymmetrical rotor. Nonlinear Dynam 91(2): 1041-1060.
[18] Saeed NA, Eissa M and El-Ganini WA (2013) Nonlinear oscillations of rotor active magnetic bearings system. Nonlinear Dynam 74(1): 1-20.
[19] Gao R, Luo G and Yan CX (2014) Dynamic modeling and analysis of active magnetic bearings. Appl Mech Mater 494: 685-688.
[20] Nayfeh AH (2011) Introduction to perturbation techniques. John Wiley & Sons.