High-gap active magnetic bearing. Experimental setup and control system design

The aim of this thesis is to present the experimental set up of a high gap magnetic bearing system and to validate control logics that are used to levitate the hovering body. This specific type of Active Magnetic Bearing is designed to provide a control of the levitating object in the whole gap range with respect to classical solutions in which the stabilization is provided near the equilibrium position. This type of system requires new control structure in order to provide this extended stabilization. The study of this system is restricted to the vertical motion of the rotor. The control logic used to obtain this result has a cascade architecture. Both the inner current loop and the outer position loop controllers are based on feedback linearization. Experimental tests are done to study the performance of the controlled system. With the controller introduced the stabilization is obtained in an wide range of gap values. The frequency behaviour of the controlled system is investigated and transfer functions for the controllers presented are reconstructed and compared.

Questa tesi affronta lo studio e il controllo di un sistema di cuscinetti magnetici ad elevato traferro. Questa specifica configurazione in cui il gap di aria tra il rotore e il cuscinetto è nell'ordine di grandezza del lato della sezione dell'elettromagnete, si pone l'obiettivo di migliorare il controllo delle vibrazioni e l'attenuazione dei disturbi. L'obiettivo della tesi è di ottenere stabilizzazione e controllo del grado di libertà veticale in un range esteso di possibili posizioni del rotore. Il problema è stato affrontato proponendo un modello che includesse la presenza di fenomeni non lineari e basato sulla stima sperimentale di induttanza differenziale e forza magnetica. La logica di controllo utilizzata ha una architettura a cascata con un anello interno di corrente e uno esterno in posizione entrambi basati sulla feedback linearization. Il controllo è stato validato sperimentalmente attraverso diversi test tra cui la ricostruzioni delle funzioni di trasferimento in anello chiuso. Un confronto dei risultati ottenuti con la soluzione proposta e quelli ottenuti implementando logiche di controllo lineari ha permesso infine di evidenziare i benefici di questa soluzione.