Aktif manyetik yataklı elastik rotorun robust kontrolü

Abstract

Bu tezde, elastik rotorlu bir aktif manyetik yatağın elastik titreşim modlarının bastırılmasını amaçlayan sürekli kararlı gürbüz kontrol tasarımı ve deneysel uygulamaları sunulmuştur. Sürekli sistem olarak düşünüldüğünde elastik rotorların teorik olarak sonsuz sayıda elastik modları vardır. Kontrol tasarımı yapabilmek için rotorun sonlu elemanlar yöntemi ile belirli sayıda elastik modunu içeren modeli oluşturulabilir. Bu durumda modelde hesaba katılmayan yüksek frekans modları kontrol sisteminde belirsizlik olarak veya ihmal edilen dinamikler olarak etki edecektir. Kontrol esnasında bu ihmal edilen modların uyarılmaması büyük önem taşımaktadır aksi halde kontrolü kararsızlaştıran spillover etkisi ortaya çıkabilir. Diğer yandan manyetik yatak sistemlerinin açık çevrim kararsız sistemler olması ve elektromanyetik kuvvetlerin doğrusal olmamalarından dolayı manyetik yatak rotor sistemlerinin kontrolü için gürbüz kontrol büyük önem taşımaktadır. Çalışmamız içersinde rotor hem rijit hem de elastik kabul edilerek modellemeler gerçekleştirildi. Kontrol tasarımları radyal ve eksenel yöndeki modeller kullanılarak ayrı ayrı yapıldı. kontrol tasarımı rijit rotor ve elastik rotor modellemesi kullanılarak gerçekleştirildi. Tasarlanan kontrolörler deneysel çalışmalarda rotor manyetik yatak sistemine uygulandı. Elastik rotorun ilk titreşim modunun geçilmesi tasarlanan kontrolör ile gerçekleştirildi. Hinf kontrolör ile yapılan deneylerde, rotor 7200 d/d devir sayısına kadar başarı ile döndürüldü ve birçok deneysel veri alındı. Alınan deneysel sonuçlardan Hinf kontrolün gürbüz kararlılığı sağladığı ve başarılı sonuçlara ulaşıldığı gösterildi

In this thesis, active control of a flexible rotor system supported by magnetic bearings will be studied to pass the critical flexible modes and experimental verification will be explained. The flexible rotors are continuous system and they have theoretically infinite number of modes. We design a reduced order model to control the system by the help of the finite element method. In this case unmodelled high frequency modes are taken as uncertainty. Unmodeled flexible modes of the rotor in controller design may cause spillover effect in the control operation. Moreover, magnetic bearings are open loop unstable systems and have parametric and modeling uncertainties; therefore robustness is great importance for control of AMB systems. In this research, rotor AMB system is modeled either considering it rigid or flexible rotor. Different control design methods for axial and radial AMB modeling of the systems are studied. The control is designed using the flexible rotor AMB model by considering certain flexible modes. Simulations are realized for every controller study. Designed controllers are verified experimentally for axial and radial directions and many results are presented. The Hinf controller which is designed using model of the flexible rotor is succeeded to pass the first flexible mode of the rotor. The rotational speed of the rotor is increased up to 7200 rpm with designed controller. The robust stability and performance of the Hinf controller is quite good.