Aktif manyetik yataklı volan enerji depolama sistemlerinin nonlineer kontrolü

Abstract

Bu tez çalışmasında aktif manyetik yatakların lineer ve nonlineer kontrolü çalışılmıştır. Manyetik yataklar elektromanyetik kuvvetlerin kontrolü ile rotor ve yatak arasında temassız bir yataklama sağlayan sistemler olup, açık çevrim kararsız olduklarından dolayı aktif kontrol gerektirmektedirler. Sekiz bölümden oluşan çalışmanın birinci bölümünde, son yıllarda oldukça sık kullanılan manyetik yatakların tarihsel gelişimi, avantaj ve dezavantajları ve çalışma prensipleri anlatılmıştır. ikinci bölümde volan enerji depolama sistemlerinin enerji denklemleri, malzeme ve malzeme geometrileri, volan malzeme imalindeki kriterler ve dinamik problemlere yer verilmiştir. Aktif manyetik yatakların (AMB) kontrolünü yapabilmek için yatak sisteminin modellenmesi gerekmektedir. Üçüncü bölümde aktif manyetik yatak sistemleri için gerekli olan matematiksel ifadelerin çıkarılması, tek eksenli bir aktif manyetik yatağın lineer ve nonlineer olarak modellenmesi ele alınmıştır. Dördüncü bölümde aktif manyetik yatakların kontrolünde bir yöntem olan Backstepping Kontrol Tasarımı ve bu tasarımı gerçekleme için gerekli olan Lyapunov Fonksiyonu anlatılmıştır. Beşinci bölümde daha önceden deneysel olarak çalışılmış beş eksenli bir volan AMB sisteminin lineer ve nonlineer modellenmesi ele alınmıştır. Ayrıca bu denklemlerin aktuatör düzlemine olan transformasyonu gerçekleştirilmiştir. Altıncı bölümde dört ve beşinci bölümlerin ışığında lineer, nonlineer ve servo Backsteppig Kontrol Dizaynı tasarlanmıştır.Dizayn edilen kontrolör çıkışından elde edilen kontrol akımlarının sargılara uygulanması Bölüm 7'de anlatılmıştır. Tasarımı yapılan lineer ve nonlineer kontrolörler AMB sistemleri için kontrolünün MATLAB programında oluşturulan simülasyon modellerine uygulanmıştır. Sonuçlar Bölüm 8'de verilmiştir. Dokuzuncu ve son bölümde ise, yapılan çalışmanın sonuçları ve bu konu ile ilgili araştırmaların daha da ileriye gitmesi için öneriler verilmiştir.In this thesis, linear and non-linear control of the active magnetic bearing systems are studied. Magnetic bearing systems provide frictionless bearing controlled by electromagnetic forces. Due to their open loop unstability, they need to use active control. The study is comprised of eight sections. In the first section the historical developments, advantages, disadvantages and function principle of magnetic bearings which have been mostly used in last years are presented. In second section, the energy equations of flywheel energy storage systems and flywheel materials and material shapes and the criterion of material and dynamic problems are discussed. For the control of Active Magnetic Bearing Systems the bearing system must be modelled. In the third section, derivation the mathematical definition for the Active Magnetic Bearing Systems, and the linear and nonlinear modeling of the one axis Active Magnetic Bearing are investigated. In Fourth section, the Backstepping control design which can be used as a control method by Active Magnetic Bearings and the Lyapunov function to provide these are presented. In fifth section, linear and non-linear models of a five-axis flywheel AMB are discussed which have previously studied empirically. Furthermore, the transformation of these equations according to the actuation axis has been realized. In sixth section, a Backstepping Control Desing made for the linear, nonlinear and servo models, according to the forth and fifth section.vu Appliying the control currents that obtained from the designed controller output to magnet coils are described in Section 7. Designed Linear and non-linear controllers are implemented on the simulation model that composed in MATLAB for the active magnetic bearing systems. Results are given at Section 8. In ninth and last section, the results of these study and the advices for the lookout of the investigation of Active Magnetic Bearing are given.