Tiedotusvälineille 12.12.2007
VÄITÖS: Aktiivimagneettilaakerit soveltuvat teollisuuden vaativiin sähkökäyttöihin
Väittelijä: M.Sc. Rafał Piotr Jastrzębski
Yhteystiedot: Rafał Piotr Jastrzębski, p. (05) 621 6784 (työ), 044 255 8572 etunimi.sukunimi@lut.fi Lappeenrannan teknillinen yliopisto teknillinen tiedekunta, sähkötekniikan osasto
Väitöstilaisuuden aika ja paikka: Keskiviikko 19.12.2007 klo 12, sali 1382 Lappeenrannan teknillinen yliopisto, Skinnarilankatu 34
Väitöskirjan aihe: Design and implementation of FPGA-based LQ control of active magnetic bearings (Aktiivimagneettilaakereiden FPGA-piireihin perustuvan LQ-säädön suunnittelu ja toteutus)
Teollisuuden prosessit edellyttävät entistä energiatehokkaampia ja suorituskykyisempiä toimilaitteita. Tämä on nähtävissä esimerkiksi teollisuuden sähkökäytöissä, joiden kehityssuunta on kohti integroituja ja tilaa säästäviä mutta samalla myös laajan pyörimisnopeus- ja tehoalueen tekniikoita, kuten suurnopeustekniikka. Tämä tekee perinteisten laakerointitekniikoiden käyttämisen pyörivissä konejärjestelmissä haasteelliseksi ja luo kysyntää edistyksellisemmille laakerointitavoille kuten magneettilaakereille. Magneettilaakerit soveltuvat erityisesti kohteisiin, joissa vaaditaan erityisen tarkkaa roottorin aseman hallintaa, pientä kitkaa, luotettavuutta ja pitkäikäisyyttä, voiteluaineetonta toimintaa tai suurta pyörimisnopeutta.
Väitöskirjassa tutkitaan aktiivisten magneettilaakereiden mallipohjaista lineaarikvadraattista (LQ) monimuuttujasäätöä, erityisesti sen suunnittelua ja moderneihin ohjelmoitaviin logiikkapiireihin perustuvaa reaaliaikaista toteutusta.
Väitöskirja kuuluu säätötekniikan, erityisesti sulautettujen ohjausjärjestelmien alaan ja se on tehty teknillisen tiedekunnan sähkötekniikan osastolle. Väitöskirja on julkaistu yliopiston Acta Universitatis Lappeenrantaensis –tutkimussarjassa, numero 296.
Vastaväittäjä: Professori Josu Jugo (University of Basque Country, Espanja)
Väitöstilaisuuden valvoja: Professori Olli Pyrhönen (Lappeenrannan teknillinen yliopisto)
Ohessa on väittelijän antama tiivistelmä väitöskirjatutkimuksesta sekä häntä koskevat muut tiedot.
Väitöskirjan ”Design and implementation of FPGA-based LQ control of active magnetic bearings” tiivistelmä
Teollisuuden prosessit edellyttävät entistä energiatehokkaampia ja suorituskykyisempiä toimilaitteita. Tämä on nähtävissä esimerkiksi teollisuuden sähkökäytöissä, joiden kehityssuunta on kohti integroituja ja tilaa säästäviä mutta samalla myös laajan pyörimisnopeus- ja tehoalueen tekniikoita, kuten suurnopeustekniikka. Tämä tekee perinteisten laakerointitekniikoiden käyttämisen pyörivissä konejärjestelmissä haasteelliseksi ja luo kysyntää edistyksellisemmille laakerointitavoille kuten magneettilaakereille. Magneettilaakerit soveltuvat erityisesti kohteisiin, joissa vaaditaan erityisen tarkkaa roottorin aseman hallintaa, pientä kitkaa, luotettavuutta ja pitkäikäisyyttä, voiteluaineetonta toimintaa tai suurta pyörimisnopeutta.
Magneettilaakeriteknologia on erittäin vaativaa sen edellyttämän monialaisuuden vuoksi. Itse toimilaite perustuu sähkömagneettisten ilmiöiden hallintaan muuttuvailmavälisessä ja magneettisesti kyllästyvässä magneettipiirissä. Magneettilaakerin epälineaarisen voimantuoton hallinta edellyttää erittäin nopeaa säätöelektroniikkaa ja laakerikonstruktion huolellista sähkömagneettista mallinnusta. Laakerointisovelluksen hallinta edellyttää myös mekaniikkakonstruktion tarkkaa analyysiä, jotta voitaisiin luoda magneettilaakerin säädön suunnittelussa ja erityisesti mallipohjaisten säätöratkaisuiden toteutuksessa tarvittava joustavan roottorin dynaaminen malli. Edelleen säädön takaisinkytkentä vaatii tarkkaa, myös vaativissa olosuhteissa toimivaa suuren kaistaleveyden mittaustekniikkaa. Magneettilaakerit edustavat siis teknisesti monitieteistä ja haastavaa mekatronista kokonaisuutta.
Väitöskirjassa tutkitaan aktiivisten magneettilaakereiden mallipohjaista lineaarikvadraattista (LQ) monimuuttujasäätöä, erityisesti sen suunnittelua ja moderneihin ohjelmoitaviin logiikkapiireihin perustuvaa reaaliaikaista toteutusta. LQ-säädön ja optimaalisen tilaestimaattorin suunnittelussa minimoitavien kustannusfunktioiden painokerroinmatriisien valitsemiseksi työssä esitetään järjestelmän fysikaalisia rajoitteita hyödyntävä menetelmä. Mallipohjaisen säädön suorituskyvyn parantamiseksi on tarkasteltu häiriömallien käyttämistä sekä kuormitushäiriöiden että massaepätasapainon kompensointiin. Väitöskirjassa esitetään myös kaksi magneettilaakerin voimantuoton epälineaarisuuksien kompensointimenetelmää, joiden avulla magneettilaakerin linearisoidun mallin parametriepävarmuutta voidaan vähentää. Teoreettisten tarkastelujen luotettavuus ja kehitettyjen menetelmien toimivuus ja reaaliaikainen toteutettavuus on todennettu simuloinneilla, reaaliaikaisella magneettilaakerisäätöjen emulointiympäristöllä ja laboratoriokoelaitteistolla tehdyillä käytännön mittauksilla.
Väittelijän henkilö-, koulutus- ja uratiedot
• Syntynyt 22.11.1978, Łódź, Puola
• Naimisissa
• Kotikunta: Lappeenranta
Koulutus
• M.Sc. 2002, Łódź Technical University, Puola
Työsuhteet
• Tutkijakoulutettava 2004-2007, Lappeenrannan teknillinen yliopisto, sähkötekniikan osasto
Apurahat
• Lappeenrannan teknillisen yliopiston tukisäätiö