Abstract : Over the past three decades, various fields have witnessed a successful application of active magnetic bearing (AMB) systems. Their favorable features include supporting high-speed rotation, low power consumption, and rotor dynamics control. Although their losses are much lower than roller bearings, these losses could limit the operation in some applications such as flywheel energy storage systems and vacuum applications. Many researchers focused their efforts on boosting magnetic bearings energy efficiency via minimizing currents supplied to electromagnetic coils either by a software solution or a hardware solution. According to a previous study, we adopt the hardware solution in this thesis. More specifically, we investigate developing an efficient and yet simple control scheme for regulating a permanent magnet-biased active magnetic bearing system. The control objective here is to suppress the rotor vibrations and reduce the corresponding control currents as possible throughout a wide operating range. Although adopting the hardware approach could achieve an energy-efficient AMB, employing an advanced control scheme could achieve a further reduction in power consumption. Many advanced control techniques have been proposed in the literature to achieve a satisfactory performance. However, the complexity of the majority of control schemes and the potential requirement of powerful platform could discourage their application in practice. The motivation behind this work is to improve the closed-loop performance without the need to do model identification and following the conventional procedure for developing a model-based controller. Here, we propose applying the hybridization concept to exploit the classical PID control and some nonlinear control tools such as first- and second-order sliding mode control, high gain observer, backstepping, and adaptive techniques to develop efficient and practical control schemes. All developed control schemes in this thesis are digitally implemented and validated on the eZdsp F2812 control board. Therefore, the applicability of the proposed model-free techniques for practical application is demonstrated. Furthermore, some of the proposed control schemes successfully achieve a good compromise between the objectives of rotor vibration attenuation and control currents minimization over a wide operating range. / Résumé: Au cours des trois dernières décennies, divers domaines ont connu une application réussie des systèmes de paliers magnétiques actifs (PMA). Leurs caractéristiques favorables comprennent une capacité de rotation à grande vitesse, une faible consommation d'énergie, et le contrôle de la dynamique du rotor. Bien que leurs pertes soient beaucoup plus basses que les roulements à rouleaux, ces pertes pourraient limiter l'opération dans certaines applications telles que les systèmes de stockage d'énergie à volant d'inertie et les applications sous vide. De nombreux chercheurs ont concentré leurs efforts sur le renforcement de l'efficacité énergétique des paliers magnétiques par la minimisation des courants fournis aux bobines électromagnétiques soit par une solution logicielle, soit par une solution matérielle. Selon une étude précédente, nous adoptons la solution matérielle dans cette thèse. Plus précisément, nous étudions le développement d'un système de contrôle efficace et simple pour réguler un système de palier magnétique actif à aimant permanent polarisé. L'objectif de contrôle ici est de supprimer les vibrations du rotor et de réduire les courants de commande correspondants autant que possible tout au long d'une large plage de fonctionnement. Bien que l'adoption de l'approche matérielle pourrait atteindre un PMA économe en énergie, un système de contrôle avancé pourrait parvenir à une réduction supplémentaire de la consommation d'énergie. De nombreuses techniques de contrôle avancées ont été proposées dans la littérature pour obtenir une performance satisfaisante. Cependant, la complexité de la majorité des systèmes de contrôle et l'exigence potentielle d’une plate-forme puissante pourrait décourager leur application dans la pratique. La motivation derrière ce travail est d'améliorer les performances en boucle fermée, sans la nécessité de procéder à l'identification du modèle et en suivant la procédure classique pour développer un contrôleur basé sur un modèle. Ici, nous proposons l'application du concept d'hybridation pour exploiter le contrôle PID classique et certains outils de contrôle non linéaires tels que contrôle par mode glissement du premier et du second ordre, observateur à grand gain, backstepping et techniques adaptatives pour développer des systèmes de contrôle efficaces et pratiques. Tous les systèmes de contrôle développés dans cette thèse sont numériquement mis en oeuvre et évaluées sur la carte de contrôle eZdsp F2812. Par conséquent, l'applicabilité des techniques de modèle libre proposé pour l'application pratique est démontrée. En outre, certains des régimes de contrôle proposés ont réalisé avec succès un bon compromis entre les objectifs au rotor d’atténuation des vibrations et la minimisation des courants de commande sur une grande plage de fonctionnement.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usherbrooke.ca/oai:savoirs.usherbrooke.ca:11143/10166 |
| Date | January 2016 |
| Creators | Kandil, Mohamed Salah |
| Contributors | Dubois, Maxime, Bakay, Loicq |
| Publisher | Université de Sherbrooke |
| Source Sets | Université de Sherbrooke |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Thèse |
| Rights | © Mohamed Salah Kandil |
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