Управляемая магнитная опора

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 09 уц Р 16 С 39/О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМ ДЕТЕЛЬСТ 7, блок 8 уп ания, первый бработки сиг ммато 12 ба ора содер 1, электроорпус 4,и 3,дв ешивуса,сущие эле ГОСУДАРСТВЕННЫЙ, КОМИТЕТ О ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИ ПРИ ГКНТ СС(7) Московский энергетический институт(56) Авторское свидетельство СССР У 05343, кл. У 16 С 39/06, 982, (54) УПРАВЛЯЕМАЯ МАГНИТНАЯ ОПОРА (57) Изобретение относится к машиностроению, а именно к шпиндельным узлам с магнитными опорами ротора. Цель изобретения - новьппение точности стабилизации вала относительно неподвижной базы (фундамента). В коиИзобретение относится к машиностроению и может быть использовано в шпиндельных .узлах на магнитных опорах.Целью изобретения является повышение точности стабилизации положения вала относительно неподвижной базы, , на которой закреплен корпус магнитной опорь путем формирования оценки смещения корпуса электромагнитной опоры относительно неподвижной базы.На фиг. представлена функциональная схема управляемой магнитной опоры; на фиг.2 - схема блока динамической модели.Управляемая магнитная оп жит подвешенное тело - вал магнитные элементы 2 к датчик 5 смещения по аемого тела относительно корп не в 1590731 А 1 тур управления магнитной опоры введен блок динамической модели движения корпуса относительно неподвижнойбазы. Входные параметры модели поступают в нее из контура регулирования.магнитной опоры и подученное в нейсмещение корпуса относительно базыскладывается в контуре со смещениемподвешиваемого тела относительнокорпуса. В результате из сигнала дат-.чика смещения, установленного на корнусе, отфильтровывается составляющая,обусловленная смещением корпуса магнитной опоры относительно неподвижнойбазы под действием электромагнитныхсил магнитной опоры. 1 з.п. ф-лы,2 ил,менты б, фундамент равления, источник 9 пит сумматор 10, блок 11 о н ласмещения, второй су р , лок 13динамической модели,Блок 13 динамической модели содер- аР.жит третий сумматор 14, второй дели- ф 3тель 15, тре-.нй делитель 1 б, пятый СДделитель 17, четвертьц сумматор 18,второй интегратор 19, пятый сумматор20, первый инт"гратор 21, четвертыйделитель 22, первый делитель 23.Вал 1 связан электромагнитнымполем с электромагнитными элементами2 и 3 и оптической, индуктивной или.емкостной связью с датчиком 5 смещения подвешиваемого тела, жестко связанного с корпусом 4 электромагнитной опоры, который закреплен на несущих элементах б, установленныхна фундаменте 7 Электромагйитные элементы 2 и 3 пщцслючеиы своими обмотками к блоку 8 управления, кото 5 , рый подключен сетевым входом к источнику 9 питания и управляющим входом к выходу первого сумматора 10, пер" вый вход которого подключен к выхо ду "Оценка смещения".блока 11 .обработки сигнала смещения, а второй 10 вход к выходу "Оценка скорости смещения" блока 11 обработки сигнала смещения, Выход последнего подключен к выходу второго сумматора 12, первый вход которого связан с датчиком 5 смещения, второй вход - с выходом блока 13 динамической модели. Первый вход последнего подключен к датчику 5 смещения 1 второй вход - к выходу первого сумматора 10 и третий вход - 20 к выходу "Оценка смещения" блока 1 обработки сигнала смещения 11,Первый вход блока 13 динамической модели образован первым прямым входом третьего сумматора 14, третий 25 вход блока 13 динамической модели образован инверсным входом третьего сумматора 14, который вторым входом подключен к выходу первого интеграто-. ра 21, а выходом - к входам вторсга 5 и третьего 16 делителей. Выход второго делителя 15 связан с прямым входом четвертого сумматора 18, первый инверсный вход которого связан с выходом пятого делителя 7, вход которого образует второй вход блока динамической модели 13. Второй инверсный вход четвертого сумматора 1.8 связан с выходом первого делителя 23, третий инверсный вход четвертого сумма тора 18 связан с выходом четвертого делителя 22,.а выход - с входом второго интегратора 19, выход которого в свою очередь. связан с входом четвертого делителя 22 и вторым прямым входам 45пятого сумматора 20,подключенного пер. вым входом к выходу третьего делителя 16. Выход пятого сумматора 20 подключен к входу первого интегратора21, выход которого образует выход блока 13 динамической модели, и внутри блока подключен к входу первого делителя 23.Под действием внешней возмущающей силы Р вал 1 смещается в системах координат хи хк, связанных с фундаментом 7 и корпусом 4 опоры. Смещение вала 1 относительно корпуса 4 опоры, фиксируется датчиком 5 смещения, сигнал на выходе которого можно, записатьу хт хк+где е - шум измерений;х - смещение тела 1 в системеткоординат фундамента 7;х - смещение корпуса 4 опорыКпод действием электрсмагнитэм и эу 2новленного на несущих элементах 6 с жесткостью С и демп/фированием в системе координат, фундамента 7,Сигнал с датчика 5 смещения поступает на первый вход блока 13 динамической модели, в котором реализована модель движения корпуса 4,Движение корпуса вала описывается уравнениями и модели;ф ьхЧ+Ь (у-х +х);Ь 4 (У - хт хк)хк Чт вгде М - масса корпуса, включающаямассу всех установленныхна нем .элементов;Ь Ь - коэффициенты обратной связи3динамической модели движения корпуса опоры.На основе информации о требуемойуправляющей электромагнитной силыР = Р - Г сигнал прапарцианальзз элэмрный которой формируется на выходепервого сумматора 10 и оценки смещеАния подвешиваемаго тела хт, получаемого с соответствующего выхода блока1 обработки сигнала смещения, блок13 динамической модели формирует оценику смещения корпуса опоры хи оценкулскорости корпуса 1 . Оценка хпоступает на второй прямой вход второгосумматора 12, первый прямой вход которого подключен к датчику 5 смещения.В результате на выходе сумматора 2формируется сигнал смещения подвешиваемого тела относительно фундамента 7;их= у+х.ьЭтот сигнал поступает на вход блока 11 обработки сигнала смещения, вкотором реализована модель движенияподвешиваемого тела 1 в системе координат фундамента 7. Она описываетсяуравнениемлс = 7. + Ь (х - х )лВЧт Я (Рэм Рэму) г( о т) фл лх "Чгде Ьи Ь - коэффициенты обратной 5связи,и формирует оценки смещения хл т подвешиваемого тела и скорости Ч нсистелме координат фундамента. Оценких и Ч поступают с соответствующими 10коэффициентами обратной связи навход сумматора 10, вычисляющегоуправляющую силу:лРэм К 1 х т КРг15где К, и К - коэффициенты обратнойсвязи,С выхода сумматора 10 сигнал Р ,поступает на управляющий вход блока8 управления, который подключен к источнику 9 питания. Блок управленияформирует токи обмоток электромагнитных элементов 2 и 3. В результатена подвешиваемое тело 1 действуютуправляющие силы Рэмси Рзлл, равнодействующая которых совпадает с Рлли компенсирует отклонение подвешинаембго тела 1 относительнонеподнижной фазы фундамента 7 независимо от вибрацийкорпуса 4, Возможность компенсации составляющей хк(С) во входном сигналеу(С) датчика 5 смещения обусловленаустойчивостью движения корпуса 4относительно фундамента 7. Его можнозаписать в виде суммы свободной составляющей х , х к(0), зависящейот времени С и начальных условийх (О), и вынужденной х (в, Р ), заВвисящей от времени и силы Гэм,35 1.Управляемая магнитная опора, содержащая нал, корпус, электромагнитные элементыжестко соединенные с корпусом, датчик смещения нала, установленный на корпусе, блок обработки сигнала смещения, имеющий два выхода, сумматор, входы. которого соединены с выходами блока обработки сигнала смещения, а выход - с управляющим входом блока управления, подключенного выходами к обмоткам электромагнитных элементов, а сетевым входом - к источнику питания, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности стабилизации продольной оси вала относительно неподвижной базы, она снабжена блоком динамической модели движения корпуса относительно базы, первый, второй и третий входы которого подсоединены соответственно к датчику смещения, выходу сумматора и одно 40Очевидно; что, если сигнал Рподать на вход модели, уравнения которой совпадают с уравнением корпуса 4, то независимо от начальных условий составляющая х (в, хк(0).) стремитсяС"кк нулю и, следонательно, фазовые координаты модели и коргуса совпадают, Более строго это можно показать, если записать совместное уравнение динамики вала 1 и корпуса 4 н системе координат фундамента 7. При этом совместная система является стабилиэируемой и наблюдаемой, а коэффициенты обратных связей блока обработки сигнала смещения поднешиваемого тела 1 и блока 13 динамической модели движения корпуса определяются из соотношений .Ь Ы /С 1 (6)Ь,- (Ю, - Ь,Ь)/С; ЬЬ+Ь-Фэ34гдеФ, И окоэффициенты характеристического полинома, определяющегожелаемое распределение корней. В зависимости от конструктивныхособенностей устройства с магнитнымиопорами динамическая модель (фиг.2)может быть и более сложная, т,е,более высокого порядка, Степеньдетализации динамической модели зависит от степени проявления динамических свойств элементов конструкциикрепления корпуса к фундаменту.Управляемые магнитные опоры когутбыть выполнены как электромагнитными(фиг,1), так и магнитаэлектрическими,электростатическими, магниторезонансными, электродинамическими и т,д,Система полного подвеса имеет аналогичные контурыйуправления по всемкоординатам.Оиооа позволяет отфильтровать изсигнала датчика смещения поднешивае-,мого тела относительно корпуса составляющую, обусловленную смещениемкорпуса опоры относительно базы(фундамента), и тем самым повыситьточность стабилизации подвешиваемоготела относительно неподвижной базыму из выходов блока обработки сигна= ла смещения, и вторым сумматором, входы которого подключены к выходу блока динамической модели и датчику смещения, а выход - к входу блокаобработки сигнала. смещения.2.Опора по п.1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что блок динамической модели выполнен в виде третьего, четвертого и пятого сумматора, пяти делителей сигнала, двух интеграторов, причем первый прямой вход третьего сумматора является первым входом блока динамической модели,. инверсный вход третьего сумматора является третьим входом блока динамической модели и подключен к выходу "Оценка смещения" блока обработки сигнала смещения, второй прямой вход третьего сумматора соединен с входом первого делителя и подключен к выходу пер-. вого интегратора, который является также выходом блока,: динамическоймодели, выход третьего сумматораподключен через второй делитель кпрямому .входу четвертого сумматораи через третий делитель - к первомупрямому входу пятого сумматора, второй прямой вход которого подключен квыходу второго интегратора, подключенного также к входу четвертогомасштабирующего элемента, а выходпятого сумматора соединен с входомпервого интегратора, первый инверсный вход четвертого сумматора соедин нен с выходом пятого делителя, входкоторого является вторым входом блока динамической модели, второй инверсный вход четвертого сумматора соединен с выходом первого делителя, атретий инверсный вход четвертого сумматора - с выходом четвертого делителя, выход четвертого сумматора соединен с входом второго интегратора.1590731 ставитель А. Сладковхред Л.Сердюкова Корректор СД 1 ев актор И.Бланар н венно 11303 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1 Заказ 2625ВНИИПИ Госу Тираж 527 . Под комитета по изобретениям Москва, Ж, Раущская н открытиям при ГКНТ СССР д. 4/5