بررسی و مدلسازی دینامیکی روتورهای صلب بر روی یاتاقان های مغناطیسی فعال و شبیه سازی،کنترل و حذف ارتعاشات ناشی از نابالانسی
چکیده
به منظور مدل سازی روتور بر یاتاقان مغناطیسی فعال، ابتدا نیاز به مدل کردن نیروهای تولید شده توسط الکترومگنت های یاتاقان می باشد، تا پس از آن بتوان با طراحی کنترل کننده، پایداری سیستم ارتعاشی را بررسی کرد. هدف از انجام این پایان نامه، مدل کردن یاتاقان مغناطیسی فعال به کمک مفهوم فنر و دمپر مکانیکی به منظور شبیه سازی رفتار دینامیکی روتور، بررسی پایداری آن، کنترل آن در عبور از سرعت های دورانی متفاوت تا رسیدن به سرعت کاری مطلوب و بررسی دینامیک روتور در حضور نیروی تحریک ناشی از نابالانسی می باشد. ابتدا به طور مختصر با ساختار یاتاقان مغناطیسی فعال آشنا شده، نیروی یاتاقان با تعریف ضرایب سختی جریان و جابجایی، بر اساس جابجایی روتور و جریان سیم پیچ، به شکل خطی مدل می شود. در ادامه نشان داده می شود سیستم حلقه باز تعلیق مغناطیسی (غیر فعال)، بدون کنترل نیروی الکترومغناطیسی در یاتاقان ها ناپایدار است. سپس کنترل حلقه بسته مناسب را با کمک مدل خطی نیروی یاتاقان معرفی کرده و پایداری در یک بعد مورد بررسی قرار می گیرد. به منظور کنترل روتور صلب بر روی یاتاقان مغناطیسی فعال، بایستی معادلات حرکت روتور صلب را با مدل سازی دینامیکی آن بدست آورده (روتور مورد نظر چهار درجه آزادی (? و? x?_c و ? و? y?_c )[مختصات تعمیم یافته مربوط به مرکز جرم می باشند] دارد). تمرکز پایان نامه بر کنترل خطی روتور صلب 4 درجه آزادی بر روی یاتاقان مغناطیسی فعال توسط کنترل کننده pid می باشد. در ابتدا بجای کنترل کننده pid از کنترل pd استفاده کرده و در ادامه با اضافه کردن بخش انتگرالی به کنترل کننده، کامل خواهد شد. برای کنترل روتور ابتدا، از مختصات x و y (مختصات ابتدا و انتهای روتور در محل سنسور) استفاده کرده، و رفتار روتور در این شرایط بررسی خواهد شد و مزایا و معایب آن نشان داده می شود. در روش دیگر با کمک ماتریس های تبدیل، مختصات محل سنسورها را، به مختصات تعمیم یافته مرکز جرم، تبدیل کرده و برتری آن نسبت به روش قبل با حذف معایب ذکر شده نشان داده خواهد شد. حال عامل انتگرال گیر را به کنترل کننده اضافه کرده، بدین ترتیب خطای حالت ماندگار کاهش می یابد. در نهایت با استفاده از نرم افزار متلب و جعبه ابزار سیمولینک و به کمک نتایج عددی پایداری سیستم را در ارتعاشات آزاد و اجباری بررسی می شود. یکی از معایب در استفاده از کنترل کننده pd، تنظیم دقیق ضرایب کنترل کننده می باشد. وجود عدم قطعیت در مشخصات ساختاری سیستم تعلیق، خطا در تنظیم ضرایب کنترل کننده و وجود نیروی تحریک ناشی از نابالانسی، نیاز به طراحی کنترل مقاوم را پدید می آورد. با طراحی کنترل کننده h_?، پایداری و کارایی مقاوم سیستم تعلیق مغناطیسی را بررسی می کنیم.