Journal of Advanced Marine Engineering and Technology

The Korean Society of Marine Engineering (한국마린엔지니어링학회)
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A Study on the Robust Control of Horizontal-Shaft Magnetic Bearing System Considering Perturbation

불확실성을 고려한 횡축형 자기 베어링 시스템의 로버스트 제어에 관한 연구

  • 김창화 (경남정보대학 전자정보계열) ;
  • 정병건 (한국해양대학교 선박전자기계공학부) ;
  • 양주호 (부경대학교 기계공학부)
  • Published : 2010.01.31
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Abstract

Recently, the magnetic bearings which have many advantages such as no noise, less mechanical friction are widely applied to the suspension of rotors on the rotary machineries. However, the magnetic bearing system is inherently unstable, nonlinear and MIMO(multi-input-multi-output) system as well. In this paper, we design a state feedback controller using linear matrix inequality(LMI) to the multi-objective synthesis, for the magnetic bearing system with integral type servo system. The design objectives include $H_{\infty}$ performance, asymptotic disturbance rejection, and time-domain constraints on the closed-loop pole location. The results of computer simulation show the validity of the designed controller.

본 연구에서는 회전체를 지지하는 자기 베어링에 관하여, 2장에서는 적분형 서보계를 이용하여 횡축형 자기베어링 시스템(Horizontal-shaft Magnetic Bearing System: HMBS)에 대한 불확실성을 고려하면서 과도상태 응답개선에 대한 이론적인 고찰과 제어기설계 수식을 유도한다. 그리고 HMBS에 대해 물리 퍼래미터 변동에 대한 강인성과 외란의 영향을 저감하고 기준위치 변경에 따른 추종성을 갖도록 상태 피드백 제어기를 LMI 기법을 이용하여 설계한다. 3장에서는 설계한 제어칙을 가지고 시스템 불확실성의 변동에 대해 시간영역의 설계사양을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우에 대하여 시뮬레이션을 행하고 실제 적용 가능성을 검토한다.

Keywords

References

  1. 電氣學會, 磁氣浮上と磁氣軸受, コロナ社, pp.6-36, 1993.
  2. 淸水, 谷口, "磁氣軸受の原理と應用", 機械の硏究, vol.22, pp.1620, 昭45-12.
  3. 野波, "磁氣浮上磁氣軸受制御の現況と制御理論", 計測と制御, vol.32, no.4, pp.301, 1993.
  4. 김창화 외 2명, "LMI를 이용한 자기 베어링 시스템의 강인성 제어", 한국자동제어학술대회논문집 D권, pp. 436-439, 1999.
  5. 小原, 松江, "最適化を用いた制御系設計", 日本システム/制御/情報學會, vol. 38, no. 3, pp. 138-146, 1994.
  6. 野波, "5自由度制御形磁氣軸受制御系の硏究-ジャイロ效果による相互干涉のある系の最適レギュレータの構成", 計測自動制御學會論文集, vol.20, no.12, pp.1095-1101, 1984.
  7. Johnson, R. G., D. Pang, J. Kirk and D. Anand, "Physical Modelling of High Speed Magnetic Bearing System", Proc. of the 3rd Int. Symp. on Magnetic Bearing, pp. 474-482, 1992.
  8. K. Nonami. et al, "Robust control of magnetic bearing system using constantly scaled H${\infty}$ control", Proc. of the 6th Int. Symp. on Magnetic Bearing, pp. 713-722, 1998.
  9. 김창화 외2명, "선형행렬부등식 기법을 이용한 횡축형 자기 베어링 시스템의 로버스트 제어", 한국박용기관학회논문지, vol.25. no.2, pp.321-330, 2001.
  10. M. Chilali and P. Gahinet, "H${\infty}$ design with pole pleasement constraints : An LMI approach", IEEE Trans. on Automatic Control, vol. 41, no.3, pp. 358-367, 1996. https://doi.org/10.1109/9.486637
  11. 池田, "2自由度積分形最適サーボ系の構成", 計測自動制御學會論文集, vol.27, no.8, pp. 907-914. 1991.
  12. Holt Ashley, Engineering analysis of Flight Vehicles, Dover Inc., 1974.
  13. P. Gahinet, A. Nemirovskii, A. J. Laub, and M. Chilali, LMI Control Toolbox, The Math Works Inc., 1994.
  14. D. W. Gu, P. Hr. Petkov, and M. M. Konstantinov, Robust Control Design with MATLAB, Springer, 2005.

Cited by

  1. 자기베어링에 대한 다변수 제어계 설계 vol.15, pp.1, 2010, https://doi.org/10.9726/kspse.2011.15.1.078
  2. 자기베어링 구동용 전자석의 흡인력에 대한 수학적 모델링 vol.16, pp.3, 2010, https://doi.org/10.9726/kspse.2012.16.3.064