طراحی کنترل مقاوم سیستم یاتاقان مغناطیسی فعال

یاتاقان های مغناطیسی فعال (amb)، که محور موتور را با نیروی مغناطیسی به حالت تعلیق درمی آورند، جایگزین یاتاقان های سنتی برای کار در سرعت های بالا می باشند. از مزایای اصلی یک سیستم amb، کاهش تلفات توان است که ناشی از شرایط کاری بدون تماس و همچنین حذف کامل روغن کاری می باشد. این ویژگی منجر به کاهش هزینه های تعمیرشده و همچنین قابلیت استفاده از ambها برای سرعت های بالا را فراهم می کند. سیستم amb، هم اکنون در محدوده ی وسیعی از کاربردهای تحقیقاتی و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد که از جمله این کارها می توان به پمپ های قلب مصنوعی، کمپرسورها، چرخ های طیار ذخیره کننده انرژی، سانتریفیوژها و توربوپمپ های مولکولی اشاره نمود. همانند دیگر سیستم های مکاترونیکی، طراحی مناسب یک سیستم amb، نیازمند توجه به جنبه های مکانیکی و الکتریکی آن می باشد. ویژگی خاص یک سیستم amb که ناپایداری حلقه باز است، نیاز به طراحی کنترل فیدبک به منظور دستیابی به سیستم پایدار را تشدید می-کند. وجود اغتشاش های گوناگون در این سیستم از طرفی و عوامل عدم قطعیت موجود، از طرف دیگر سبب می شود که طراحی کنترل غیرمقاوم، عملکرد مناسبی از خود به نمایش نگذارد. از آنجا که یک سیستم amb هم شامل عدم قطعیت های پارامتری و هم عدم قطعیت های غیرپارامتری است، لزوم طراحی کنترل کننده ای که بتواند در حضور این عوامل عدم قطعیت، شرایط پایداری و عملکرد سیستم را برآورده سازد ضروری به نظر می رسد. در این پروژه، طراحی کنترل کننده مقاوم hinf در یک سیستم amb ، از سه روش مختلف کنترل کننده hinf مبتنی بر شکل دهی حلقه ،کنترل کننده hinf حساسیت مخلوط وزین و کنترل کننده مقاوم mu استفاده شده است. در کنترل کنندهhinf مبتنی بر شکل دهی حلقه، عدم قطعیت ها بصورت توابع ناشناخته عوامل اول در نظر گرفته شده و روش طراحی مبتنی بر روند ارائه شده توسط glover و mcfarlane است. هدف از طراحی کنترل کننده hinf حساسیت مخلوط وزین، حداقل سازی توابع تبدیل حلقه بسته ای چون حساسیت، حساسیت مکمل و غیره است. همچنین در این روش از توابع وزنی برای شکل دهی این توابع استفاده می گردد. در روش طراحی کنترل کننده mu ، از مفهوم مقادیر تکین ساختاریافته و همچنین نایقینی های مدل-شده، به منظور طراحی کنترل کننده استفاده می شود. در این روش برای رسیدن به جواب مطلوب الگوریتم تکرار dk مورد استفاده قرار می گیرد. به منظور بررسی عملکرد این کنترل کننده ها، تحلیل های مختلفی در حوزه های زمان و فرکانس صورت گرفته است. همچنین با مدل سازی نایقینی های موجود در سیستم amb، ویژگی پایداری و عملکرد مقاوم برای این کنترل-کننده ها بررسی شده است. نتایج این تحلیل ها نشان می دهد که اگرچه کنترل کننده های شکل دهی حلقه و حساسیت مختلط از نظر پاسخ زمانی و حذف اغتشاش عملکرد مطلوبی داشته اند اما از بین سه کنترل کننده طراحی شده، تنها کنترل کننده mu توانسته است شرایط پایداری و عمکرد مقاوم را برآورده سازد.