Stimatore di posizione per cuscinetti magnetici attivi ad elevato traferro

This thesis evaluates the behavior of position estimator applied to Active Magnetic Bearing with a large air gap. Usually the air gap of the magnetic bearings on the market is less than 1 mm, while the reference value of the air gap in this work is 10 mm. Generally the magnetic bearings are inherently unstable systems, so they require some form of control, based on feedback of the position of the suspended object, to overcome open loop instability. Usually a position sensor is used to measure directly the position of the suspended object, and it provide the information to the position control loop. Sometimes a need to eliminate the position sensors may arise from economic consideration. In the first stage a proper analytical model is achieved starting from classical analytical models corrected with static identification of the magnetic core characteristic and a FEM model. Then a Luenberger observer, a parameter estimator, and a position estimator based on least squares identification is built and tested in simulation, on the basis of the proper analytical model. At the end the parameter estimator is tested on a test-bench.

In questo lavoro di tesi si va a realizzare alcuni stimatori di posizione applicati a cuscinetti ad elevato traferro. I valori di traferro dei cuscinetti magnetici in commercio sono inferiori al millimetro, mentre il valore di traferro di riferimento in questo lavoro è di 10 mm. L'aumento del range dei valori di traferro conferisce una impedenza meccanica regolabile al sistema. Normalmente i cuscinetti magnetici sono sistemi intrinsecamente instabili in anello aperto; è quindi richiesto un azione di controllo in retroazione sul segnale di posizione per riuscire a mantenere il rotore nella posizione desiderata. Solitamente si usa un trasduttore di posizione per misurare direttamente la posizione del rotore e fornire l'informazione al anello di controllo di posizione. Andando a eliminare il sensore di posizione si va a ridurre notevolmente il costo complessivo del sistema. Nella prima parte si ricava un modello analitico corretto a partire dai modelli presenti in letterature, e mediante correzioni basate sulle identificazioni statiche delle caratteristiche del nucleo ferritico e sulle simulazioni FEM. Utilizzando tale modello si implementano e si simulano numericamente un osservatore deterministico, uno stimatore parametrico, e uno basato sull'identicazione ai minimi quadrati. Infine viene implementato sperimentalmente sul test-bench lo stimatore parametrico.