Bandwidth Optimisation of Solenoid Actuator
Authors
Sanderhoff, Frederik Klæstrup ; Steffensen, Daniel Woldbye ; Mejdahl, Jens Erik Damgaard
Term
4. term
Education
Publication year
2022
Abstract
Dette speciale undersøger, hvordan båndbredden af en solenoideaktuator i et testanlæg for glidelejer kan øges for at understøtte UltrAdapt-projektets ikke-invasive målinger af smørefilmen. Problemet er, at hvirvelstrømme i det magnetiske kredsløb sinker feltopbygningen og dermed begrænser aktuatorens hastige respons. Gennem transiente finite element-analyser kortlægges, hvor og hvordan hvirvelstrømme opstår, og der udvikles en optimeringsalgoritme til at placere strategiske snit i centrale komponenter for at bryde strømsløjferne. I alt udføres 17 snit (otte i plungeren, otte i centerstykket og ét i de indvendige aluminiumrør), hvilket øger den målte båndbredde fra 5 Hz til 38 Hz. For yderligere forbedring foreslås og implementeres en styringsløsning bestående af feedforward, en proportional regulator og en utraditionel integral-del, som løfter båndbredden til 39 Hz og opnår meget præcis DC-sporingsydelse på ±0,01 dB ved fuldskala. En Kalman-filterløsning udvikles og afprøves på eksperimentelle data med fokus på robusthed, men implementeres ikke på realtidsmålet. Resultaterne indikerer, at yderligere båndbreddeforbedringer primært hindres af begrænsninger i forsyningsspændingen.
This thesis addresses how to increase the bandwidth of a solenoid actuator used in a journal bearing test rig to support the UltrAdapt project’s non-invasive fluid film measurements. The core challenge is that eddy currents in the magnetic circuit slow field build-up and limit the actuator’s dynamic response. Transient finite element analyses are used to reveal where and how eddy currents arise, and an optimization algorithm is developed to place strategic cuts in key components to interrupt current loops. A total of 17 cuts (eight in the plunger, eight in the center piece, and one slit in the internal aluminum tubes) raises the measured bandwidth from 5 Hz to 38 Hz. To further enhance performance, a control strategy combining feedforward, a proportional controller, and an unconventional integral action is proposed and implemented, increasing bandwidth to 39 Hz and achieving very accurate DC tracking of ±0.01 dB at full scale input. A Kalman filter is also developed and tested on experimental data to improve robustness, though it is not deployed on the real-time target. The results indicate that further bandwidth gains are mainly limited by the available input voltage.
[This summary has been generated with the help of AI directly from the project (PDF)]
Documents