Virtual recollocation of measurement signals in active vibration control systems

• Autorzy: Gosiewski Z.

Warianty tytułu

PL

Wirtualna rekolokacja sygnałów pomiarowych w układach aktywnego sterowania drganiami

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Collocation of sensors and actuators is an important feature of all motion control systems of active structures. Collocated systems provide great advantages from a stability, passivity, robustness and an implementation viewpoint. However it is not always possible to collocate the control actuators with sensors. Active magnetic bearings (AMBs) are examples of such systems. The paper presents a new method for recollocating the axes or planes of measurement to the axes or planes of actuation. Applying methods known from the control systems theory, such as state-space models, observers and transformations to canonical forms it is possible to calculate the transformation matrix that recollocates the measurement signals from the locations of sensors to the locations of actuators. The approach is illustrated with an analytical and numerical example of a rigid rotor supported by AMBs. The results confirm the correctness of the proposed method.

PL

Kolokacja (współosiowość, współpłaszczyznowość) elementów pomiarowych i wykonawczych jest ważną zaletą w układach sterowania drganiami podatnych konstrukcji mechanicznych. Niekolokacja tych elementów powoduje, że konstrukcja może, z punktu widzenia teorii sterowania, stać się obiektem nieminimalnofazowym, a więc trudnym do wysterowania. W artykule zaproponowano metodę uzyskiwania kolokacji przez odpowiednie przekształcanie wartości sygnałów pomiarowych. Zarówno dla rzeczywistych pomiarów, jak i dla wirtualnych pomiarów zgodnych z kierunkami działania elementów wykonawczych model obiektu przekształcany jest do postaci kanonicznej obserwowalnej. Oba modele równania pomiarów są ze sobą porównywane i wyznaczana jest transformacja sygnałów. Aby uzyskać pełną informację o przekształcanym wektorze stanu, dokonuje się jego estymacji przez zastosowanie obserwatora zredukowanego rzędu. Rozważania teoretyczne poparte zostały przykładem analitycznym i numerycznym, w którym jako obiekt sterowania wykorzystano wirnik sztywny łożyskowany magnetycznie.

Słowa kluczowe

EN

measurement signals; control signals; mechanical structures; collocations

PL

elementy pomiarowe; elementy wykonawcze; kolokacja; wirnik; łożyska magnetyczne

• Wydawca: AGH University of Science and Technology Press
• Czasopismo: Mechanics and Control
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 30, no. 3
• Strony: 109--126
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Gosiewski Z.

• Białystok University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering,

Bibliografia

• Buhr C, Franchek A., Bernhard RJ. 1997, Non-collocated adaptive-passive vibration control. Journal of Sound and Vibration, 206 (3), pp. 371-398.
• Gosiewski Z. 2004, Diagnostic of Rotating Machinery with Magnetic Bearings & Rigid Rotor. 9 Int. Symp. Magnetic Bearings, Lexing ton, Kentucky, USA, August.
• Gosiewski Z. 2008, Control-oriented modelling and control of rotor vibration. Acta Mechanica & Automatica, vol. 2, No. 2, Białystok.
• Gosiewski Z. 2010, Analytical analysis of MIMO magnetic bearing-rotor system. Proc. of the 8th IFToMM International Conference on Rotor-dynamics, September 12-15, KIST, Seoul, Korea.
• Gosiewski Z., Falkowski K. 2003, Wielofunkcyjne łożyska magnetyczne Multifunction magnetic bearings. Monografia nr 19, Biblioteka Naukowa Instytutu Lotnictwa (in Polish).
• Gosiewski Z., Kulesza Z., Siemieniako F. 2010, Analytical methods for sensors and actuators recollocation in vibration control systems. Proc. of the 8th IFToMM International Conference on Rotordyna-mics, September 12-15, KIST, Seoul, Korea.
• Kaczorek T. 1983, Teoria wielowymiarowych układów dynamicznych liniowych. WNT, Warszawa.
• Meirovitch L., Baruh H. 1983, On the problem of observation spillover in self-adjoint distributed-parameters systems. Journal of Optimization Theory and Applications, 39 (2).
• Nordstrom L.J.L., Nordberg T.P. 2004, A time delay method to solve non-collocated input estimation problems. Mechanical Systems and Signal Processing, 18, pp. 1469-1483.
• Preumont A. 2002, Vibration control of active structures: an introduction. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht.
• Qiu Z-C, Han J-D., Zhang X-M., Wang Y-C, Wu Z-W 2009, Active vibration control of a flexible beam using a non-collocated acceleration sensor and piezoelectric patch actuator. Journal of Sound and Vibration, 326, pp. 438-355.
• Schweitzer G. 2002, Active magnetic bearings - chances and limitations. 8 Int. Symp. Magnetic Bearings, Mito, Japan.
• Weng M.-C, Lu X., Trumper D.L. 2002, Vibration control of flexible beams using sensor averaging and actuator averaging methods. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 10 (4), pp. 568-577.