Řízení aktivního radiálního magnetického ložiska

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá návrhem řízení laboratorního modelu aktivního magnetického radiálního ložiska. V teoretické části je ve stručnosti shrnut aktuální stav problematiky magnetických ložisek. Jsou popsány jejich jednotlivé části, včetně možností jejich praktické realizace. To zahrnuje elektromagnety, senzory, výkonovou elektroniku a řídicí elektroniku. Aktivní magnetické ložisko je popsáno pomocí matematicko-fyzikálního modelu, který je následně převeden na simulační počítačový model vyvinutý pomocí MATLAB/Simulink. V praktické části je popsán vlastní návrh a realizace modelu aktivního magnetického ložiska. Důraz je kladen na popis uspořádání použitých senzorů polohy a jejich elektrické zapojení a vlastnosti. Stejně tak je popsáno i zapojení a vlastnosti výkonové elektroniky a jsou uvedeny výsledky měření. Dále je představen program vyvinutý v programovacím prostředí National Instruments LabView pro průmyslový počítači National Instruments CompactRio s využitím FPGA. Vlastnosti hotového modelu jsou ilustrovány odezvou soustavy při rozběhu ložiska. Dosažené výsledky jsou zhodnoceny včetně možných směrů dalšího vývoje.

This diploma thesis deals with the design of an active radial magnetic bearing, with attention to control design. First, the current state of the technology of magnetic bearings is summarised. Components of such systems are described, including possibilities of their practical realisation. Information on electromagnets, sensors, power electronics, and available control hardware is provided. Mathematical model of active magnetic bearing is derived and converted into computer model using MATLAB/Simulink. Custom model of an active magnetic bearing is then presented. Various aspects of design and realisation of such device are illustrated, including but not limited to the design of the sensors and power electronics. Measurements are made to conclude the performance of these components. Controller is designed using National Instruments LabView environment and executed on National Instruments CompactRio industrial controller utilising an onboard FPGA. Finally, the performance of presented active magnetic bearing is evaluated by assessing system response. Possibilities of further development are suggested.