Linear parameter-varying and fixed-parameter H ∞-based control of a bearingless compressor
Julkaisuvuosi
2024
Tekijät
Zhuravlev, Andrei; Putkonen, Atte; Madanzadeh, Sadjad; Jastrzebski, Rafal P.
Tiivistelmä
Bearingless machines have the potential to provide shorter rotors and achieve overall lower losses and higher energy densities than traditional technologies. However, levitation control has to overcome some further challenges. The aim of this work is to attain robust levitation in the presence of disturbances of various natures. To address dynamics dependent on varying speed, a linear parameter-varying (LPV) H8 -based control of magnetic suspension is applied, where speed is the scheduled parameter. The model-based centralized position control uses inverse nonlinearity compensation and position estimation at actuator locations to decouple levitation and motoring as well as to linearize the plant model. Different control configurations and resulting performances are benchmarked from the application perspective. The tested controllers are synthesized according to the same weighting scheme. However, the control synthesis is achieved by using a Linear Matrix Inequality and a Riccati-based algorithm. A fixed-parameter H8 controller and an LPV controller are evaluated against gain uncertainty. The performance of the controllers is studied based on frequency-domain analysis and time-domain simulations against accurate nonlinear plant models derived by Finite Element Modeling. Analytical results, supported by simulations with a detailed nonlinear plant model, together with selected experimental tests, assist the evaluation of the control performance of a 160 kW bearingless two-stage compressor prototype. The LPV controller demonstrates superior disturbance attenuation near the rotor bending modes and better handling of external disturbances at low frequencies. The compressors serve as part of a 500 kW high-temperature industrial heat pump.
Näytä enemmänOrganisaatiot ja tekijät
Turun yliopisto
Jastrzebski Rafal
Julkaisutyyppi
Julkaisumuoto
Artikkeli
Emojulkaisun tyyppi
Lehti
Artikkelin tyyppi
Alkuperäisartikkeli
Yleisö
TieteellinenVertaisarvioitu
VertaisarvioituOKM:n julkaisutyyppiluokitus
A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessäJulkaisukanavan tiedot
Lehti
Volyymi
12
Sivut
1–1
ISSN
Julkaisufoorumi
Julkaisufoorumitaso
1
Avoin saatavuus
Avoin saatavuus kustantajan palvelussa
Kyllä
Julkaisukanavan avoin saatavuus
Kokonaan avoin julkaisukanava
Rinnakkaistallennettu
Kyllä
Muut tiedot
Tieteenalat
Sähkö-, automaatio- ja tietoliikennetekniikka, elektroniikka; Kone- ja valmistustekniikka
Avainsanat
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
Julkaisumaa
Yhdysvallat (USA)
Kustantajan kansainvälisyys
Kansainvälinen
Kieli
englanti
Kansainvälinen yhteisjulkaisu
Ei
Yhteisjulkaisu yrityksen kanssa
Ei
DOI
10.1109/access.2024.3434717
Julkaisu kuuluu opetus- ja kulttuuriministeriön tiedonkeruuseen
Kyllä