Пошук оптимальних параметрів активних конструктивних елементів підвішування шляхом визначення їхніх інтегральних жорсткістних та демпфувальних характеристик

Abstract

В роботі представлений підхід до моделювання системи «Ротор в активних магнітних підшипниках» та подальшого пошуку оптимальних параметрів опор для забезпечення нерезонансної роботи машини у всьому діапазоні робочих швидкостей обертання. У якості об’єкта дослідження виступають активні магнітні підшипники для ротора промислового вентилятора місцевого провітрювання шахти, що був попередньо встановлений у підшипники кочення та через відсутність необхідного навантаження на них має великі втрати ефективності на тертя. Для вирішення проблем із втратою ефективності, пропонується використовувати активні магнітні підшипники з системою керування на основі пропорційно-інтегрально-похідного регулятора з принципами керування одним входом і одним виходом, що є більш дешевою та простою у впровадженні системою у порівнянні із системами множинного входу і множинного виходу, проте може виступати дієвим засобом для вирішення описаних проблем у роботі машини. Предметом дослідження є динаміка ротора промислового вентилятора в активних магнітних підшипниках, що моделюються за допомогою пружинно-демпферних елементів із коефіцієнтами жорсткості та демпфування, які визначаються за допомогою розробленого у роботі підходу. Він заснований на представленні активних магнітних підшипників як електромеханічної системи із компонентами, динаміка яких у частотному діапазоні описується передатними функціями.

The paper presents an approach to the modelling of the “Rotor in active magnetic bearings” system and the subsequent search for optimal support parameters to ensure non-resonant operation of the machine in the entire range of operating rotational speeds. The object of the study is active magnetic bearings for the rotor of an industrial fan for local ventilation of the mine, which was previously installed in the rolling element bearings and due to the lack of the necessary load on them, have large frictional efficiency losses. To solve the problems with the loss of efficiency, it is proposed to use active magnetic bearings with a control system based on a proportional-integral-derivative controller with control principles of single input-single output, which is a cheaper and simpler system to implement compared to multiple input-multiple output systems, however, can be an effective tool for solving the described problems in the operation of the machine. The subject of the study is the dynamics of the rotor of an industrial fan in active magnetic bearings, which are modeled using spring-damper elements with stiffness and damping coefficients which are determined using the approach developed in the work. It is based on the representation of active magnetic bearings as an electromechanical system with components the dynamics of which are described by transfer functions in the frequency domain.