Active vibration reduction in rotating machines : doctoral thesis

Zbog beskontaktnog principa rada koji se ostvaruje primjenom aktivno reguliranih elektromagneta rotacijski strojevi s aktivnim magnetskim ležajevima (AML) osiguravaju mnoge prednosti u odnosu na konvencionalne mehaničke ležajeve, kao što su odsutnost trenja i mehaničkog trošenja, rad na visokim brzinama vrtnje, mogućnost aktivnog smanjenja vibracija i sl. U ovom radu izrađen je numerički model koji omogućuje analizu dinamičkog ponašanja elastičnog rotora oslonjenog na dva radijalna AML te projektiranje i implementaciju odabranih metoda upravljanja. Znanstveni doprinos ove disertacije očituje se u sustavnom postupku rješavanja problema nekolokacije sustava, gdje se ciljanim mehaničkim izbjegavanjem modalnog čvora između parova senzor/aktuator razmatranog ležaja osiguravaju povoljniji uvjeti za primjenu PID metode upravljanja i u tim uvjetima osigurava stabilan prolazak prve kritične brzine. Osim spomenute PID metode, primijenjena je i Glover-McFarlane H∞ metoda upravljanja primjenom koje su dobivene povoljnije funkcije osjetljivosti sustava nego u slučaju PID upravljanja. Pri tome je predloženo da se funkcija predkompenzatora, kojom se oblikuje sustav u otvorenom krugu, odabere u obliku prijenosne funkcije prethodno podešenog PID regulatora i prikladno odabranih notch filtara s kojima se postiže stabilan rad sustava u zatvorenoj petlji. U radu su prezentirani rezultati različitih eksperimentalnih ispitivanja pri čemu je uočena dobra podudarnost s rezultatima numeričkih simulacija. Time je potvrđena učinkovitost numeričkog modela.Because of the contactless operation principle, which is realized by actively controlled electromagnets, the rotating machines employing active magnetic bearings (AMBs) provide many advantages over the conventional ones, such as the absence of friction and mechanical wear, high operational speeds, active vibration control etc. In this work a numerical model for dynamic analysis of flexible rotors supported by two radial AMBs, as well as for implementation of the control design methods is built. The scientific contribution of this dissertation is the result of the systematic procedure for solving problems characteristic to noncollocated systems, where by mechanical avoiding of the modal nodes between the sensor/ actuator pairs of the bearing considered favorable conditions for the application of PID control design method and stable passage of the first critical speed are provided. Besides PID control method, Glover-McFarlane H∞ loop-shaping method is applied whereby better sensitivity functions are obtained. It is proposed that the precompensator function, which gives a desired shape of the open loop system, is chosen as a transfer function of previously tuned PID controller and notch filters which ensure stable closed loop response. The results of the different experimental tests presented in the work are in a good agreement with the results of numerical simulations. This approves the efficiency of the numerical model