10.14489/td.2023.01.pp.022-029

2023, 01 январь (January)

DOI: 10.14489/td.2023.01.pp.022-029

Шилин А. Н., Макартичян С. В., Мустафа М. Н.
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ВИБРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТА ЛЕВИТАЦИИ
(c. 22-29)

Аннотация. В измерительной технике для диагностики тихоходного оборудования с частотами вращения единицы герц, например гидрогенераторов ГЭС, используются инерционные электромеханические преобразователи. В последних разработках таких преобразователей применяется электромагнитный подвес с параметрической обратной связью, позволяющей управлять жесткостью колебательной системы. Однако для центрирования подвижной части в электромеханических преобразователях используются гибкие направляющие, которые являются источниками сухого трения, которое усложняет моделирование процессов измерения и ограничивает по минимуму порог чувствительности. Кроме того, гибкие направляющие ограничивают частотный диапазон преобразователей. Наиболее перспективным направлением решения этой проблемы является эффект левитации, который позволяет полностью исключить механический контакт и, соответственно, уменьшить порог чувствительности преобразователя. Представлен анализ существующих вибропреобразователей и предложена математическая модель системы магнитной левитации, учитывающая влияние нелинейности электромагнитной силы, а также предложена методика выбора параметров блока управления с обратной связью для стабилизации положения массы датчика вибрации.

Ключевые слова: вибропреобразователь, сейсмические датчики, электромагнитный подвес, частотные характеристики вибропреобразователей, эффект левитации.

Shilin A. N., Makartichyan S. V., Mustafa M.N.
MATHEMATICAL MODEL OF ELECTRO-MECHANICAL VIBRATION TRANSDUCERS BASED ON THE LEVITATION EFFECT
(pp. 22-29)

Abstract. At present, one of the urgent problems in the energy and industry is to improve the reliability of the operation of various equipment. An effective method for increasing the reliability of equipment is diagnosing the state of machines and predicting their performance. Vibration control methods are widely used to diagnose rotary rotating machines. By the nature of the vibration process of the machine, it is possible to determine the degree of wear and, accordingly, the technical condition of the machines. In measuring technology for diagnostics of low-speed equipment with rotation frequencies of a unit of Hz, for example, hydroelectric generators of hydroelectric power plants, inertial electromechanical converters are used. The latest developments of such converters use an electromagnetic suspension with parametric feedback, which allows you to control the rigidity of the oscillatory system. However, for centering the moving part in electromechanical converters, flexible guides are used, which are sources of dry friction, which complicates the simulation of measurement processes and limits the sensitivity threshold to a minimum. In addition, flexible guides limit the frequency range of the converters. Currently, the most promising direction for solving this problem is the levitation effect, which allows you to completely exclude mechanical contact and, accordingly, reduce the sensitivity threshold of the transducer. From the analysis of literary sources, it follows that there are relatively few publications in this area. This article provides an analysis of existing vibration transducers and proposes a mathematical model of the magnetic levitation system, taking into account the influence of the electromagnetic force nonlinearity, as well as a method for selecting the feedback control unit parameters to stabilize the mass position of the vibration sensor.

Keywords: vibration transducer, seismic sensors, electromagnetic suspension, frequency characteristics of vibration transducers, levitation effect.

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

А. Н. Шилин, С. В. Макартичян, М. Н. Мустафа (Волгоградский государственный технический университет, Волгоград, Россия) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

Eng

A. N. Shilin, S. V. Makartichyan, M. N. Mustafa (Volgograd State Technical University, Volgograd, Russia) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Машиностроение: энциклопедия. Т. III-7, Измерения, контроль, испытания и диагностика / В. В. Клюев, Ф. Р. Соснин, В. Н. Филинов и др. 2-е изд. М.: Машиностроение, 2001. 464 с.
2. Краус М., Воши Э. Измерительные информационные системы. М.: Мир, 1975. 310 с.
3. Dezhi Zheng, Yixuan Liu, Zhanshe Guo, et al. Theory and Experiment Research for Ultra-Low Frequency Maglev Vibration Sensor // Rev. Sci. Instrum. 2015. V. 86, No. 10. P. 105001. DOI: 10.1063/1.4931692
4. Hyunuk Seo, Jaewon Lim, Gyu-Ha Choe1, Jang-Young Choi. Algorithm of Linear Induction Motor Control for Low Normal Force of Magnetic Levitation Train Propulsion System // IEEE Transactions on Magnetics. 2018. V. 54, Is. 11. P. 1 – 4.
5. Lei Y. J., Li R. J., Chen R. X., et al. A High-Precision Two-Dimensional Micro-Accelerometer for Low-Frequency and Micro-Vibrations // Precision Engineering. 2021. V. 67. P. 419 – 427.
6. Li R. J., Lei Y. J., Chang Z. X., et al. Development of a High-Sensitivity Optical Accelerometer for Low-Frequency Vibration Measurement // Sensors. 2018. V. 18, No. 9. P. 2910.
7. Manjeet Tummalapalli, Srujan Roha Kommula, Pratyush Sagiraju, et al. A Review of Principles and Illustration of the Physical Working Model of Magnetic Levitation // International Journal of Theoretical and Applied Mechanics. 2017. V. 12, Is. 4. P. 741 – 758.
8. Yoo S. J., Kim S., Cho K. H., et al. Data-Driven Self-sensing Technique for Active Magnetic Bearing // Int. J. Precis. Eng. Manuf. 2021. V. 22, No. 3. P. 1031 – 1038.
9. Yu Y., Sun X., Zhang W. Modeling and Decoupling Control for Rotor System in Magnetic Levitation Wind Turbine // IEEE Access. 2017. V. 5. P. 15516 – 15528.
10. Шилин А. Н., Седов М. Н. Моделирование вибропреобразователя с электромагнитным подвесом // Приборы. 2008. № 12. C. 41 – 44.
11. Шилин А. Н., Седов М. Н. Определение погрешности вибропреобразователя с электромагнитным подвесом // Контроль. Диагностика. 2010. № 5. C. 60 – 63.
12. Ким Д. П. Теория автоматического управления: учебник и практикум для вузов. М.: Юрайт, 2020. 276 с.
13. Попов Е. П. Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления: учеб. пособие. 2-е изд., стер. М.: Наука, 1988. 256 с.

Eng

1. Klyuev V. V., Sosnin F. R., Filinov V. N. et al. (2001). Mechanical engineering: an encyclopedia. Vol. III-7 Measurements, control, tests and diagnostics. 2nd ed. Moscow: Mashinostroenie. [in Russian language]
2. Kraus M., Voshi E. (1975). Measuring information systems. Moscow: Mir. [in Russian language]
3. Dezhi Zheng, Yixuan Liu, Zhanshe Guo, et al. (2015). Theory and Experiment Research for Ultra-Low Frequency Maglev Vibration Sensor. Review of Scientific Instruments, Vol. 86, (10). DOI: 10.1063/1.4931692
4. Hyunuk Seo, Jaewon Lim, Gyu-Ha Choe1, Jang-Young Choi. (2018). Algorithm of Linear Induction Motor Control for Low Normal Force of Magnetic Levitation Train Propulsion System. IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 54, (11), pp. 1 – 4.
5. Lei Y. J., Li R. J., Chen R. X., et al. (2021). A High-Precision Two-Dimensional Micro-Accelerometer for Low-Frequency and Micro-Vibrations. Precision Engineering, Vol. 67, pp. 419 – 427.
6. Li R. J., Lei Y. J., Chang Z. X., et al. (2018). Development of a High-Sensitivity Optical Accelerometer for Low-Frequency Vibration Measurement. Sensors, Vol. 18, (9).
7. Manjeet Tummalapalli, Srujan Roha Kommula, Pratyush Sagiraju, et al. (2017). A Review of Principles and Illustration of the Physical Working Model of Magnetic Levitation. International Journal of Theoretical and Applied Mechanics, Vol. 12, (4), pp. 741 – 758.
8. Yoo S. J., Kim S., Cho K. H., et al. (2021). Data-Driven Self-sensing Technique for Active Magnetic Bearing. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, Vol. 22, (3), pp. 1031 – 1038.
9. Yu Y., Sun X., Zhang W. (2017). Modeling and Decoupling Control for Rotor System in Magnetic Levitation Wind Turbine. IEEE Access, Vol. 5, pp. 15516 – 15528.
10. Shilin A. N., Sedov M. N. (2008). Modeling of a vibration transducer with electromagnetic suspension. Pribory, (12), pp. 41 – 44. [in Russian language]
11. Shilin A. N., Sedov M. N. (2010). Determination of the error of a vibration transducer with an electromagnetic suspension. Kontrol'. Diagnostika, (5), pp. 60 – 63. [in Russian language]
12. Kim D. P. (2020). Theory of automatic control: textbook and workshop for universities. Moscow: Yurayt. [in Russian language]
13. Popov E. P. (1988). Theory of nonlinear systems of automatic regulation and control: textbook. 2nd ed. Moscow: Nauka. [in Russian language]

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).

Стоимость статьи 500 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.

После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.

Для заказа скопируйте doi статьи:

10.14489/td.2023.01.pp.022-029

и заполните форму

Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

The cost of a single article is 500 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.

After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.

To order articles please copy the article doi:

10.14489/td.2023.01.pp.022-029

and fill out the form