4-kutuplu karma elektromıknatısın 3 serbestlik derecesinde manyetik yastıklama kontrolü

Magnetic levitation control of a three degrees of freedom 4-pole hybrid electromagnet

Özet

Bu çalışmada, 4-kutuplu karma elektromıknatısın doğrusal motorla birleştirilmesi ile elde edilen esnek taşıma sisteminin, manyetik yastıklama kuvvet ve moment karakteristikleri 3 boyutlu sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak incelenmiştir. Ortaya çıkan sonuçlar dikkate alınarak sistemin 3 eksende hareket dinamiğine karşılık gelen doğrusal sistem modeli türetilmiştir. Karma elektromıknatıs yapısı gereği doğrusal olmayan bir karakteristiğe sahiptir ve kontrol edilebilirlik noktasında kararsızlık göstermektedir. Sistemin kontrolünü sağlamak amacıyla her bir eksen için gerilimle uyartım durumu dikkate alınarak durum geri beslemeli integral denetleyicileri kutup atama yöntemi kullanılarak tasarlanmıştır. Denetleyici kutupları katsayılar diyagramı yöntemi (Kanonik polinom yöntemi) kullanılarak belirlenmiştir. Manyetik yastıklama sistemi sadece hava aralıklarını ölçen algılayıcılar içermektedir. Sisteme ilişkin diğer durumların ölçülebilmesi amacıyla her bir eksen takımı için durum ve bozucu girişi kestirimini gerçekleştiren bozucu giriş gözlemcileri tasarlanmış ve kontrol çevrimine entegre edilmiştir. Gözlemlenen bozucu giriş değerleri uygun dönüştürme kazancı ile çarpılarak kontrol yoluna ileri beslenmiş böylece sistemin gürbüz kontrolü sağlanmıştır. Deneysel sonuçlar önerilen kontrol yaklaşımlarının etkinliğini başarılı bir biçimde göstermiştir

Abstract

In this study, flexible transportation system which is obtained by combining linear motor and 4-pole type yoke hybrid electromagnet is analyzed using 3D Finite Element Method (FEM) in order to achieve magnetic levitation force and torque characteristic. Linear system model is derived corresponding to 3-axis motion dynamic of the system by considering the analysis results. The hybrid electromagnet inherently has a non-linear characteristic and from the point view of controllability, it is unstable. In order to control the system, state feedback integral controller is designed using the pole assignment method by considering the state of the excitation voltage for each axis. Controller poles are determined using coefficient diagram method (Canonical polynomial method).Magnetic levitation system includes sensors that measure only the air gap. In order to estimate other states of the system, the disturbance observer is designed to obtain states and disturbance input for each axis and is estimated and integrated into the control loop. The estimated disturbance value is factored by the appropriate conversion gain and added to the input signal of the plant, so that the robust control system is achieved. Experimental results have shown effectiveness of the proposed control algorithms.