[go: up one dir, main page]

RU2417390C2 - Digital controller for rotor electromagnetic suspension - Google Patents

Digital controller for rotor electromagnetic suspension Download PDF

Info

Publication number
RU2417390C2
RU2417390C2 RU2009107634/08A RU2009107634A RU2417390C2 RU 2417390 C2 RU2417390 C2 RU 2417390C2 RU 2009107634/08 A RU2009107634/08 A RU 2009107634/08A RU 2009107634 A RU2009107634 A RU 2009107634A RU 2417390 C2 RU2417390 C2 RU 2417390C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
adder
register
multiplexer
Prior art date
Application number
RU2009107634/08A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009107634A (en
Inventor
Александр Владимирович Стариков (RU)
Александр Владимирович Стариков
Станислав Александрович Стариков (RU)
Станислав Александрович Стариков
Андрей Владимирович Пудовкин (RU)
Андрей Владимирович Пудовкин
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет
Priority to RU2009107634/08A priority Critical patent/RU2417390C2/en
Publication of RU2009107634A publication Critical patent/RU2009107634A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2417390C2 publication Critical patent/RU2417390C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
  • Complex Calculations (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: proposed digital controller comprises five register, four adder, multiplexer with memory, sign trigger, limiting unit, two square pulse generators and synch unit.
EFFECT: simplified design, higher response of control system.
5 dwg

Description

Изобретение относится к автоматизированным системам регулирования с цифровым управлением и может найти применение в машиностроении при создании роторных механизмов на электромагнитных опорах.The invention relates to automated control systems with digital control and can find application in mechanical engineering when creating rotary mechanisms on electromagnetic supports.

Наиболее близким по технической сущности является цифровой регулятор для системы управления электромагнитным подвесом ротора (см. патент Российской Федерации №2181903, опубл. в БИ №12, 27.04.2002), содержащий пять регистров, пять сумматоров, мультиплексор с запоминанием, триггер знака, два блока ограничения, два генератора прямоугольных импульсов и блок синхронизации.The closest in technical essence is the digital controller for the control system of the electromagnetic suspension of the rotor (see patent of the Russian Federation No. 2181903, published in BI No. 12, 04/27/2002), containing five registers, five adders, a memory multiplexer, a sign trigger, two restriction unit, two rectangular pulse generators and a synchronization unit.

Недостатком наиболее близкого цифрового регулятора является сложность технической реализации и низкое быстродействие системы управления электромагнитным подвесом ротора.The disadvantage of the closest digital controller is the complexity of the technical implementation and the low speed of the electromagnetic rotor suspension control system.

Сущность изобретения заключается в том, что в цифровом регуляторе для системы управления электромагнитным подвесом ротора, содержащем первый, второй, третий, четвертый и пятый регистры, первый, второй, третий и четвертый сумматоры, мультиплексор с запоминанием, триггер знака, блок ограничения, первый и второй генераторы прямоугольных импульсов и блок синхронизации, причем первые входы первого регистра и блока синхронизации являются входом цифрового регулятора, выход первого регистра соединен с первыми входами первого и второго сумматоров, выход первого сумматора соединен с первым входом второго регистра, выход которого соединен со вторым входом второго сумматора, выход второго сумматора соединен с первым входом третьего регистра, выход которого соединен с первыми входами третьего и четвертого сумматоров и четвертого регистра, выход третьего сумматора соединен со вторым входом четвертого сумматора, выход которого соединен с первым входом мультиплексора с запоминанием и входом блока ограничения, старший разряд выхода четвертого сумматора соединен с первым входом триггера знака, первый и второй выходы блока ограничения соединены соответственно со вторым и третьим входами мультиплексора с запоминанием, выходы первого и второго генераторов прямоугольных импульсов соединены соответственно со вторым и третьим входами блока синхронизации, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы которого соединены соответственно со вторыми входами первого, второго, третьего и четвертого регистров, четвертым входом мультиплексора с запоминанием, вторым входом триггера знака и первым входом пятого регистра, причем выходы мультиплексора с запоминанием и триггера знака являются выходом цифрового регулятора, выход первого регистра соединен со вторым входом пятого регистра, инверсный выход которого соединен со вторым входом первого сумматора, а инверсный выход четвертого регистра соединен со вторым входом третьего сумматора.The essence of the invention lies in the fact that in the digital controller for controlling the rotor electromagnetic suspension containing the first, second, third, fourth and fifth registers, the first, second, third and fourth adders, a memory multiplexer, a sign trigger, a restriction block, a first and a second rectangular pulse generator and a synchronization unit, the first inputs of the first register and synchronization unit being the input of a digital controller, the output of the first register connected to the first inputs of the first and second total s, the output of the first adder is connected to the first input of the second register, the output of which is connected to the second input of the second adder, the output of the second adder is connected to the first input of the third register, the output of which is connected to the first inputs of the third and fourth adders and the fourth register, the output of the third adder is connected to the second input of the fourth adder, the output of which is connected to the first input of the multiplexer with memory and the input of the restriction unit, the highest bit of the output of the fourth adder is connected to the first input sign character, the first and second outputs of the restriction unit are connected respectively to the second and third inputs of the multiplexer with memory, the outputs of the first and second generators of rectangular pulses are connected respectively to the second and third inputs of the synchronization unit, the first, second, third, fourth, fifth, sixth and seventh the outputs of which are connected respectively with the second inputs of the first, second, third and fourth registers, the fourth input of the multiplexer with memory, the second input of the sign trigger and the first input of the heel the first register, the outputs of the memory multiplexer and the sign trigger are the output of the digital controller, the output of the first register is connected to the second input of the fifth register, the inverse output of which is connected to the second input of the first adder, and the inverse output of the fourth register is connected to the second input of the third adder.

Существенные отличия находят свое выражение в новой совокупности связей между элементами устройства. Указанная совокупность связей позволяет упростить техническую реализацию цифрового регулятора и повысить быстродействие системы управления электромагнитным подвесом.Significant differences are expressed in a new set of connections between the elements of the device. The specified set of connections allows us to simplify the technical implementation of the digital controller and increase the speed of the electromagnetic suspension control system.

На фиг.1 представлена функциональная схема цифрового регулятора для системы управления электромагнитным подвесом ротора; на фиг.2 - функциональная схема блока ограничения; на фиг.3 - функциональная схема блока синхронизации; на фиг.4 - структурная схема цифровой системы управления электромагнитным подвесом ротора; на фиг.5 - график переходного процесса в системе управления электромагнитным подвесом ротора с предложенным цифровым регулятором.Figure 1 presents the functional diagram of a digital controller for the control system of the electromagnetic suspension of the rotor; figure 2 is a functional block diagram of the restriction; figure 3 is a functional diagram of a synchronization unit; figure 4 is a structural diagram of a digital control system of the electromagnetic suspension of the rotor; figure 5 is a graph of the transition process in the control system of the electromagnetic suspension of the rotor with the proposed digital controller.

Цифровой регулятор для системы управления электромагнитным подвесом ротора (фиг.1) содержит регистры 1, 2, 3, 4 и 5, сумматоры 6, 7, 8 и 9, мультиплексор 10 с запоминанием, триггер 11 знака, блок 12 ограничения, генераторы 13 и 14 прямоугольных импульсов, блок 15 синхронизации, шину 16 входного сигнала, вход 17 стробирования, шину 18 выходного сигнала, шину 19 знака выходного сигнала. Первые входы первого регистра 1 и блока 15 синхронизации являются соответственно шиной 16 входного сигнала и входом 17 стробирования цифрового регулятора. Выход регистра 1 соединен с первыми входами сумматоров 6 и 7. Выход сумматора 6 соединен с первым входом регистра 3, выход которого соединен со вторым входом сумматора 7. Выход сумматора 7 соединен с первым входом регистра 4, выход которого соединен с первыми входами сумматоров 8 и 9 и регистра 5. Выход сумматора 8 соединен со вторым входом сумматора 9, выход которого соединен с первым входом мультиплексора 10 с запоминанием и входом блока 12 ограничения. Старший разряд выхода сумматора 9 соединен с первым входом триггера 11 знака. Первый и второй выходы блока 12 ограничения соединены соответственно со вторым и третьим входами мультиплексора 10 с запоминанием. Выходы генераторов 13 и 14 прямоугольных импульсов соединены соответственно со вторым и третьим входами блока 15 синхронизации. Первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы блока 15 синхронизации соединены соответственно со вторыми входами регистров 1, 3, 4 и 5, четвертым входом мультиплексора 10 с запоминанием, вторым входом триггера 11 знака и первым входом регистра 2. Выход регистра 1 соединен со вторым входом регистра 2, инверсный выход которого соединен со вторым входом сумматора 6. Инверсный выход регистра 5 соединен со вторым входом сумматора 8. Выходы мультиплексора 10 с запоминанием и триггера 11 знака являются соответственно шиной 18 выходного сигнала и шиной 19 знака выходного сигнала цифрового регулятора.The digital controller for the control system of the electromagnetic suspension of the rotor (Fig. 1) contains registers 1, 2, 3, 4, and 5, adders 6, 7, 8, and 9, a multiplexer 10 with memory, a sign trigger 11, a restriction unit 12, generators 13 and 14 rectangular pulses, a synchronization unit 15, an input signal line 16, a gating input 17, an output signal line 18, an output signal mark line 19. The first inputs of the first register 1 and block 15 synchronization are respectively the bus 16 of the input signal and the gate input 17 of the digital controller. The output of register 1 is connected to the first inputs of adders 6 and 7. The output of adder 6 is connected to the first input of register 3, the output of which is connected to the second input of adder 7. The output of adder 7 is connected to the first input of register 4, the output of which is connected to the first inputs of adders 8 and 9 and register 5. The output of the adder 8 is connected to the second input of the adder 9, the output of which is connected to the first input of the multiplexer 10 with memory and input of the block 12 restrictions. The senior bit of the output of the adder 9 is connected to the first input of the trigger 11 characters. The first and second outputs of the block 12 restrictions are connected respectively with the second and third inputs of the multiplexer 10 with memory. The outputs of the generators 13 and 14 of the rectangular pulses are connected respectively with the second and third inputs of the block 15 synchronization. The first, second, third, fourth, fifth, sixth and seventh outputs of the synchronization block 15 are connected respectively to the second inputs of the registers 1, 3, 4 and 5, the fourth input of the multiplexer 10 with memory, the second input of the trigger 11 characters and the first input of register 2. Output register 1 is connected to the second input of register 2, the inverse output of which is connected to the second input of the adder 6. The inverse output of register 5 is connected to the second input of the adder 8. The outputs of the multiplexer 10 with memory and trigger 11 characters are respectively bus 18 of the output signal cash and bus 19 signs of the output signal of the digital controller.

Основные блоки цифрового регулятора могут быть выполнены, например, на следующих микросхемах: регистры 1, 2, 3, 4 и 5 - К555ТМ8; сумматоры 6, 7, 8 и 9 - К555ИМ6; мультиплексор 10 с запоминанием - К555КП13; триггер 11 знака - К555ТМ2.The main blocks of the digital controller can be performed, for example, on the following microcircuits: registers 1, 2, 3, 4 and 5 - K555TM8; adders 6, 7, 8 and 9 - K555IM6; multiplexer 10 with memory - K555KP13; 11 character trigger - K555TM2.

Блок 12 ограничения (фиг.2), например, содержит инвертор 20, m-входовый элемент И-НЕ 21, m-входовый элемент ИЛИ 22, элементы И 23 и 24, элемент ИЛИ 25. На вход инвертора 20 и первый вход элемента И 23 подается сигнал со старшего (знакового) разряда выхода сумматора 9. В зависимости от значения, на котором должен быть ограничен выходной сигнал цифрового регулятора, m старших разрядов (кроме знакового) подаются на m входов элементов И-НЕ 21 и ИЛИ 22. Выход элемента И-НЕ 21 соединен со вторым входом элемента И 23. Выход инвертора 20 соединен с первым входом элемента И 24, второй вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ 22. Выход элемента И 23 соединен с первым входом элемента ИЛИ 25, второй вход которого соединен с выходом элемента И 24. Вход инвертора 20 и входы элементов И-НЕ 21 и ИЛИ 22 являются входом 26 блока 12 ограничения. Выход 27 инвертора 20 является первым выходом блока 12 ограничения, а выход 28 элемента ИЛИ 24 - вторым выходом этого блока.Block 12 restrictions (figure 2), for example, contains an inverter 20, m-input element AND NOT 21, m-input element OR 22, elements 23 and 24, element OR 25. At the input of the inverter 20 and the first input of the element AND 23, the signal from the high (sign) bit of the output of the adder 9 is supplied. Depending on the value at which the output signal of the digital controller should be limited, m high bits (except for the sign) are fed to the m inputs of AND-NOT 21 and OR 22. Elements output AND-NOT 21 is connected to the second input of the element And 23. The output of the inverter 20 is connected to the first input of the element And 24, the second input of which is connected to the output of the OR element 22. The output of the AND 23 element is connected to the first input of the OR element 25, the second input of which is connected to the output of the AND element 24. The inverter 20 input and the inputs of the AND-NOT 21 and OR 22 elements are the input 26 of block 12 restrictions. The output 27 of the inverter 20 is the first output of the restriction unit 12, and the output 28 of the OR element 24 is the second output of this block.

Генераторы 13 и 14 прямоугольных импульсов, например, представляют собой автогенераторы, выполненные на микросхемах К555ЛА3 с кварцевой стабилизацией, причем выходы автогенераторов подключены к входам делителей частоты, реализованных на двоичных счетчиках, например, К555ИЕ7.Generators 13 and 14 of rectangular pulses, for example, are oscillators made on K555LA3 chips with quartz stabilization, and the outputs of the oscillators are connected to the inputs of frequency dividers implemented on binary counters, for example, K555IE7.

Блок 15 синхронизации (фиг.3), например, содержит одновибраторы 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35 и 36. Первый вход 37 одновибратора 29 является первым входом блока 15 синхронизации, на который подается сигнал с входа 17 стробирования цифрового регулятора (сигнал готовности информации на входе регулятора). Инверсный выход одновибратора 29 является первым выходом 40 блока 15 синхронизации. Вход 38 одновибратора 31 является вторым входом блока 15 синхронизации и на него подается сигнал с выхода генератора 13 прямоугольных импульсов. Выход одновибратора 31 соединен со вторым входом (входом блокировки) одновибратора 29 и входом одновибратора 32. Инверсный выход одновибратора 32 соединен с входом одновибратора 30 и первым входом одновибратора 33 и является вторым выходом 41 блока 15 синхронизации. Инверсный выход одновибратора 33 является третьим выходом 42 блока 15 синхронизации. Вход 39 одновибратора 34 является третьим входом блока 15 синхронизации и на него подается сигнал с выхода генератора 14 прямоугольных импульсов. Прямой выход одновибратора 34 соединен со вторым входом (входом блокировки) одновибратора 33. Инверсный выход одновибратора 34 соединен с входом одновибратора 35, инверсный выход которого соединен с входом одновибратора 36. Выход 43 одновибратора 36 является четвертым выходом блока 15 синхронизации. Прямой и инверсные выходы одновибратора 35 являются соответственно пятым 44 и шестым 45 выходами блока 15 синхронизации, а инверсный выход одновибратора 30 - седьмым 46 выходом этого блока.The synchronization block 15 (Fig. 3), for example, contains single vibrators 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35 and 36. The first input 37 of the single vibrator 29 is the first input of the synchronization block 15, to which the signal from the digital gating input 17 is supplied controller (signal of readiness of information at the input of the controller). The inverted output of the single-shot 29 is the first output 40 of the synchronization unit 15. The input 38 of the single-shot 31 is the second input of the synchronization unit 15 and a signal is supplied to it from the output of the rectangular pulse generator 13. The output of the one-shot 31 is connected to the second input (blocking input) of the one-shot 29 and the input of the one-shot 32. The inverse output of the one-shot 32 is connected to the input of the one-shot 30 and the first input of the one-shot 33 and is the second output 41 of the synchronization block 15. The inverse output of the single vibrator 33 is the third output 42 of the synchronization unit 15. The input 39 of the single-shot 34 is the third input of the synchronization unit 15 and a signal is supplied to it from the output of the square-wave generator 14. The direct output of the one-shot 34 is connected to the second input (blocking input) of the one-shot 33. The inverse output of the one-shot 34 is connected to the input of the one-shot 35, the inverse output of which is connected to the input of the one-shot 36. The output 43 of the one-shot 36 is the fourth output of the synchronization block 15. Direct and inverse outputs of the single-shot 35 are respectively the fifth 44th and sixth 45 outputs of the synchronization block 15, and the inverse output of the single-shot 30 is the seventh 46th output of this block.

Цифровой регулятор для системы управления электромагнитным подвесом ротора работает следующим образом. При отклонении ротора от центрального положения на входную шину 16 регулятора поступает цифровой код с датчика положения ротора. По приходу сигнала стробирования на первый вход 17 блока 15 синхронизации этот код записывается в регистр 1. При этом посредством регистров 1 и 2, сумматора 6 и соответствующих связей на выходе регистра 3 начинает формироваться цифровой код, пропорциональный скорости (первой производной) перемещения ротора в поле электромагнитов. Величина постоянной времени дифференцирования определяется периодом выходного сигнала генератора 13 прямоугольных импульсов, который через блок 15 синхронизации воздействует на входы стробирования регистров 2 и 3. Постоянная времени дифференцирования определяется также сдвигом выходных разрядов регистров 1 и 2 относительно разрядов сумматора 6. На выходе сумматора 7 формируется и записывается в регистр 4 по сигналу с блока 15 синхронизации разность пропорциональной составляющей закона регулирования и сигнала с выхода регистра 3 (скорости перемещения ротора). Коэффициент передачи пропорциональной составляющей определяется сдвигом разрядов регистра 1 относительно разрядов сумматора 7. Дальнейшее прохождение сигналов в цифровом регуляторе определяется периодом выходного сигнала генератора 14 прямоугольных импульсов, который через блок 15 синхронизации осуществляет последовательное стробирование мультиплексора 10 с запоминанием, триггера 11 знака и регистра 5. При этом на выходе регулятора 18 и 19, т.е. на выходе мультиплексора 10 с запоминанием и триггера 11 знака формируется цифровой код, пропорциональный собственно разности между пропорциональной составляющей и скорости перемещения и первой производной от этой разности. Таким образом, регистры 4 и 5, сумматоры 8 и 9, а также мультиплексор 10 с ограничением и триггер 11 знака осуществляют закон регулирования, соответствующий пропорционально-дифференциальному регулятору. Причем постоянная времени пропорционально-дифференциального регулятора определяется периодом генератора 14 прямоугольных импульсов и сдвигом выходных разрядов регистров 4 и 5 относительно разрядов сумматора 8. Коэффициент передачи пропорционально-дифференциального регулятора определяется сдвигом выходных разрядов сумматора 9 относительно разрядов мультиплексора 10 с запоминанием. В случае превышения выходным сигналом сумматора 9 определенной величины срабатывает блок 12 ограничения, который в зависимости от знака сигнала подает на второй вход мультиплексора 10 с запоминанием сигнал низкого или высокого уровня, а по третьему его входу производит переключение входов мультиплексора. В результате на выходе цифрового регулятора сигнал изменяется в заданных пределах.The digital controller for the control system of the electromagnetic suspension of the rotor operates as follows. When the rotor deviates from its central position, a digital code is supplied to the input bus 16 of the controller from the rotor position sensor. Upon the arrival of the gating signal to the first input 17 of the synchronization block 15, this code is recorded in register 1. In this case, by means of registers 1 and 2, the adder 6 and the corresponding connections, a digital code begins to be generated at the output of register 3, proportional to the speed (first derivative) of the rotor's movement in the field electromagnets. The value of the differentiation time constant is determined by the period of the output signal of the rectangular pulse generator 13, which through the synchronization unit 15 acts on the gating inputs of the registers 2 and 3. The differentiation time constant is also determined by the shift of the output bits of the registers 1 and 2 relative to the bits of the adder 6. At the output of the adder 7, recorded in register 4 by the signal from block 15 synchronization, the difference between the proportional component of the regulation law and the signal from the output of register 3 (speed rotor movement). The transmission coefficient of the proportional component is determined by the shift of the bits of register 1 relative to the bits of the adder 7. The further passage of the signals in the digital controller is determined by the period of the output signal of the rectangular pulse generator 14, which through the synchronization block 15 sequentially gates the multiplexer 10 with memory, the trigger 11 of the sign and register 5. When this at the output of the regulator 18 and 19, i.e. at the output of the multiplexer 10 with memory and trigger 11 character is generated a digital code proportional to the actual difference between the proportional component and the speed of movement and the first derivative of this difference. Thus, registers 4 and 5, adders 8 and 9, as well as a multiplexer 10 with a restriction and a trigger 11 of the sign implement the control law corresponding to the proportional-differential controller. Moreover, the time constant of the proportional-differential controller is determined by the period of the generator of 14 rectangular pulses and the shift of the output bits of the registers 4 and 5 relative to the bits of the adder 8. The transmission coefficient of the proportional-differential controller is determined by the shift of the output bits of the adder 9 relative to the bits of the multiplexer 10 with memory. If the output signal of the adder 9 of a certain value triggers block 12 restrictions, which depending on the sign of the signal supplies the second input of the multiplexer 10 with the memory signal low or high level, and at its third input switches the inputs of the multiplexer. As a result, at the output of the digital controller, the signal changes within specified limits.

Выходной сигнал цифрового регулятора предназначен для управления силовым преобразователем (например, цифровым широтно-импульсным преобразователем, к выходу которого подключены обмотки электромагнитов) электромагнитного подвеса ротора по одной оси. Цифровой регулятор будет стремиться свести отклонение ротора от центрального положения к нулю. При этом следует ожидать высокие показатели быстродействия.The output signal of the digital controller is designed to control a power converter (for example, a digital pulse-width converter, the output of which is connected to the windings of electromagnets) of the electromagnetic suspension of the rotor along one axis. The digital controller will seek to reduce the deviation of the rotor from its center position to zero. At the same time, high performance indicators should be expected.

Действительно, структурную схему системы с предлагаемым цифровым регулятором можно представить следующим образом (фиг.4).Indeed, the structural diagram of the system with the proposed digital controller can be represented as follows (figure 4).

Здесь ИЭ1 - импульсный элемент первого рода, который непрерывную функцию времени превращает в решетчатую. ИЭ2 - идеальный импульсный элемент второго рода, преобразующий дискретную последовательность N0[n] в последовательность δ-функций N*[n], т.е. последовательность бесконечных по высоте и бесконечно коротких импульсов. Экстраполятор Э превращает эти импульсы в постоянные в течение такта значения N(t), которые воздействуют на объект управления с передаточной функцией WОУ(р). Под объектом управления понимается совокупность силового преобразователя и процесса перемещения ротора в поле электромагнитов. Введение в структурную схему идеального импульсного элемента второго рода сделано с целью формального изображения экстраполятора в виде динамического звена с передаточной функцией WЭ(p). Цифровой регулятор представлен дискретными передаточными функциями WPC(z), WРП(z), WOCC(z) и сравнивающими устройствами, а датчик положения ротора - безынерционным звеном с коэффициентом передачи kДП. На структурной схеме xЗ(t) - сигнала задания (принципиально равный нулю в системе управления электромагнитным подвесом ротора); x(t) - перемещение ротора в поле электромагнитов.Here IE1 is a pulsed element of the first kind, which turns a continuous function of time into a lattice one. IE2 is an ideal impulse element of the second kind, transforming a discrete sequence N 0 [n] into a sequence of δ-functions N * [n], i.e. a sequence of infinite in height and infinitely short impulses. The extrapolator E turns these pulses into constant values N (t) during the cycle, which act on the control object with the transfer function W OU (p). The control object is understood as a combination of a power converter and the process of moving the rotor in the field of electromagnets. An introduction to the structural diagram of an ideal impulse element of the second kind was made with the aim of formalizing the extrapolator in the form of a dynamic link with the transfer function W e (p). The digital controller is represented by discrete transfer functions W PC (z), W RP (z), W OCC (z) and comparison devices, and the rotor position sensor is an inertialess link with a transmission coefficient k DP . On the structural diagram x З (t) - reference signal (essentially equal to zero in the control system of the electromagnetic suspension of the rotor); x (t) is the movement of the rotor in the field of electromagnets.

Дискретная передаточная функция пропорциональной части регулятора для случая, когда выходные разряды регистра 1 сдвинуты относительно разрядов сумматора 7, например, на 2 разряда (что соответствует умножению на 4):The discrete transfer function of the proportional part of the controller for the case when the output bits of register 1 are shifted relative to the bits of the adder 7, for example, by 2 bits (which corresponds to multiplication by 4):

WРП(z)=4.W RP (z) = 4.

Дискретная передаточная функция части регулятора, вычисляющей скорость перемещения ротора, при смещении разрядов регистров 1 и 2 относительно разрядов сумматора 6, например, на 5 разрядов (что соответствует умножению на 32):The discrete transfer function of the part of the controller that calculates the speed of the rotor when the bits of registers 1 and 2 are offset relative to the bits of the adder 6, for example, by 5 bits (which corresponds to multiplication by 32):

Figure 00000001
Figure 00000001

Дискретная передаточная функция второй части регулятора с учетом того, например, что выходные разряды регистров 4 и 5 сдвинуты на 9 разрядов относительно разрядов сумматора 8 (соответствует умножению на 512), а выходные разряды сумматора 9 сдвинуты, например, на 2 разряда относительно разрядов мультиплексора 10 с запоминанием (соответствует делению на 4):The discrete transfer function of the second part of the controller, taking into account, for example, that the output bits of registers 4 and 5 are shifted by 9 bits relative to the bits of the adder 8 (corresponding to multiplication by 512), and the output bits of the adder 9 are shifted, for example, by 2 bits relative to the bits of the multiplexer 10 with memorization (corresponds to division by 4):

Figure 00000002
Figure 00000002

Передаточная функция объекта управления (см. Стариков А.В., Макаричев Ю.А., Стариков А.В. Математическая модель радиального электромагнитного подшипника как объекта управления // Электротехнические системы и комплексы: Сб. науч. трудов. - Магнитогорск: МГТУ, 1998. - С.80-86)The transfer function of the control object (see Starikov A.V., Makarichev Yu.A., Starikov A.V. Mathematical model of a radial electromagnetic bearing as a control object // Electrotechnical systems and complexes: Collection of scientific works. - Magnitogorsk: MSTU, 1998. - S.80-86)

Figure 00000003
,
Figure 00000003
,

где m - масса ротора, приходящаяся на один электромагнитный подшипник; kF - коэффициент передачи положительной обратной связи по перемещению; kE - коэффициент передачи обратной связи по эдс; kЭМ - коэффициент передачи электромагнитов по силе; ТЭ - электромагнитная постоянная времени обмоток электромагнитов; kШИМ - коэффициент передачи широтно-импульсного модулятора; U - опорное напряжение широтно-импульсной модуляции.where m is the mass of the rotor per one electromagnetic bearing; k F is the transfer coefficient of positive feedback on the movement; k E - emf feedback coefficient; k EM - transmission coefficient of electromagnets by force; T E - electromagnetic time constant of the windings of electromagnets; k PWM - transmission coefficient of a pulse-width modulator; U - reference voltage pulse width modulation.

Для электромагнитного подвеса ротора с характеристиками: kЕ=1461 Вс/м; kЭМ=1306 Н; kF=1315900 Н/м; m=18 кг; R=117,7 Ом; L=4,5 Г; ТЭ=0,038233 с; U=57,7 В; kШИМ=0,001961; kДП=1000000 дискрет/м, - и периодом импульсов тактовых генераторов 13 и 14 Т=0,0001 с в среде MATLAB SIMULINK рассчитан график переходного процесса (фиг.5). Анализ графика показывает, что время входа в 2% зону составляет 0,0032 с. Эта величина во много раз меньше, чем в системе управления электромагнитным подвесом ротора с цифровым регулятором, взятым за прототип. Кроме того, по сравнению с устройством, выбранным в качестве прототипа, в предлагаемом цифровом регуляторе отсутствует пятый сумматор и второй блок ограничения.For electromagnetic suspension of the rotor with characteristics: k E = 1461 Vs / m; k EM = 1306 N; k F = 1315900 N / m; m = 18 kg; R = 117.7 ohms; L = 4.5 g; T e = 0.038233 s; U = 57.7 V; k PWM = 0.001961; k DP = 1,000,000 discrete / m, - and the period of the pulses of the clock generators 13 and 14 T = 0.0001 s in the environment MATLAB SIMULINK calculated schedule of the transition process (figure 5). Analysis of the graph shows that the entry time to the 2% zone is 0.0032 s. This value is many times less than in the control system of the electromagnetic suspension of the rotor with a digital controller, taken as a prototype. In addition, compared with the device selected as a prototype, the proposed digital controller lacks a fifth adder and a second restriction unit.

Таким образом, предложенный цифровой регулятор позволяет упростить техническую реализацию и повысить быстродействие системы управления электромагнитным подвесом.Thus, the proposed digital controller allows you to simplify the technical implementation and increase the speed of the electromagnetic suspension control system.

Claims (1)

Цифровой регулятор для системы управления электромагнитным подвесом ротора, содержащий первый, второй, третий, четвертый и пятый регистры, первый, второй, третий и четвертый сумматоры, мультиплексор с запоминанием, триггер знака, блок ограничения, первый и второй генераторы прямоугольных импульсов и блок синхронизации, причем первые входы первого регистра и блока синхронизации являются входом цифрового регулятора, выход первого регистра соединен с первыми входами первого и второго сумматоров, выход первого сумматора соединен с первым входом второго регистра, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, выход второго сумматора соединен с первым входом третьего регистра, выход которого соединен с первыми входами третьего и четвертого сумматоров и четвертого регистра, выход третьего сумматора соединен с вторым входом четвертого сумматора, выход которого соединен с первым входом мультиплексора с запоминанием и входом блока ограничения, старший разряд выхода четвертого сумматора соединен с первым входом триггера знака, первый и второй выходы блока ограничения соединены соответственно с вторым и третьим входами мультиплексора с запоминанием, выходы первого и второго генераторов прямоугольных импульсов соединены соответственно с вторым и третьим входами блока синхронизации, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы которого соединены соответственно с вторыми входами первого, второго, третьего и четвертого регистров, четвертым входом мультиплексора с запоминанием, вторым входом триггера знака и первым входом пятого регистра, причем выходы мультиплексора с запоминанием и триггера знака являются выходом цифрового регулятора, отличающийся тем, что выход первого регистра соединен с вторым входом пятого регистра, инверсный выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, а инверсный выход четвертого регистра соединен с вторым входом третьего сумматора. A digital controller for the rotor electromagnetic suspension control system, comprising first, second, third, fourth and fifth registers, first, second, third and fourth adders, a memory multiplexer, a sign trigger, a restriction block, a first and second square-wave pulse generators and a synchronization block, moreover, the first inputs of the first register and synchronization unit are the input of the digital controller, the output of the first register is connected to the first inputs of the first and second adders, the output of the first adder is connected to the first the second register, the output of which is connected to the second input of the second adder, the output of the second adder is connected to the first input of the third register, the output of which is connected to the first inputs of the third and fourth adders and the fourth register, the output of the third adder is connected to the second input of the fourth adder, the output of which is connected with the first input of the multiplexer with memory and the input of the restriction block, the highest bit of the output of the fourth adder is connected to the first input of the sign trigger, the first and second outputs of the block The connections are connected respectively to the second and third inputs of the multiplexer with memory, the outputs of the first and second rectangular pulse generators are connected respectively to the second and third inputs of the synchronization unit, the first, second, third, fourth, fifth, sixth and seventh outputs of which are connected respectively to the second inputs of the first , the second, third and fourth registers, the fourth input of the multiplexer with memory, the second input of the sign trigger and the first input of the fifth register, and the outputs of the multiplexer with memory aniem sign and latch are output of the digital controller, characterized in that the output of the first register is connected to the second input of the fifth register, an inverse output of which is connected to the second input of the first adder, and the inverse output of the fourth register is connected to the second input of the third adder.
RU2009107634/08A 2009-03-03 2009-03-03 Digital controller for rotor electromagnetic suspension RU2417390C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009107634/08A RU2417390C2 (en) 2009-03-03 2009-03-03 Digital controller for rotor electromagnetic suspension

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009107634/08A RU2417390C2 (en) 2009-03-03 2009-03-03 Digital controller for rotor electromagnetic suspension

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009107634A RU2009107634A (en) 2010-09-10
RU2417390C2 true RU2417390C2 (en) 2011-04-27

Family

ID=42800125

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009107634/08A RU2417390C2 (en) 2009-03-03 2009-03-03 Digital controller for rotor electromagnetic suspension

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2417390C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2572386C1 (en) * 2014-06-17 2016-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет Digital regulator for control systems of electromagnetic bearing

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2572386C1 (en) * 2014-06-17 2016-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет Digital regulator for control systems of electromagnetic bearing

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009107634A (en) 2010-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Koyuncu et al. Implementation of FPGA-based real time novel chaotic oscillator
EP0397079A3 (en) Parallel pseudo-random generator for emulating a serial pseudo-random generator and method for carrying out same
CN103828237B (en) Maintain pulse width modulation data set coherence
CN103916104B (en) Pwm signal generative circuit, printer and pwm signal generate method
RU2417390C2 (en) Digital controller for rotor electromagnetic suspension
Liegmann et al. UltraZohm—An open-source rapid control prototyping platform for power electronic systems
Telba DC motor speed control using FPGA
Stoychitch Generate stepper motor linear speed profile in real time
RU2496228C1 (en) Ramp-type analogue-to-digital converter
RU2433443C1 (en) Rotor electromagnetic yoke control system digital controller
RU2517295C1 (en) Pulse selector
RU2572386C1 (en) Digital regulator for control systems of electromagnetic bearing
RU2181903C2 (en) Digital controller for system controlling electromagnetic suspension of rotor
CN115276621B (en) High-precision pulse width modulation method and device
RU2298825C1 (en) Device for modeling movement process of moving object
Suedomi et al. Parameterized digital hardware design of pulse-coupled phase oscillator model toward spike-based computing
Alidoust Aghdam et al. Implementation of high performance microstepping driver using FPGA with the aim of realizing accurate control on a linear motion system
RU2798489C1 (en) Device for generating two pairs of complementary pwm signals (embodiments)
Starikov et al. Technical Implementation of the High-Speed Response Servo Drive at the Programmable Logic Device
RU2597513C2 (en) Digital modulator for power converter of electromagnetic bearing
Agrawal et al. Development of system-on-chip based digital control for power converter application
Arbit et al. A DSP-controlled PWM generator using field programmable gate array
RU2517423C1 (en) Digital modular for control over synchronous motor
RU2491715C1 (en) High-speed analogue-digital-analogue converter with non-clock bitwise balancing
Johnson Finite-state compensators for continuous process

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130304