Design of multi-input multi-output controller for magnetic bearing which suspends helium gas-turbine generator rotor for high temperature gas cooled reactor

高温ガス炉の磁気軸受支持ガスタービン発電機の多入力多出力制御装置の設計

高田 昌二; 舟竹 良雄; 稲垣 嘉之

Takada, Shoji; Funatake, Yoshio; Inagaki, Yoshiyuki

発電出力300MWe級の高温ガス炉ガスタービン発電システム用ガスタービン発電機ロータを支持する磁気軸受の制御方法として、複数個所のロータの振動変位を測定し、複数個所の磁気軸受の磁力を連動制御する多入力多出力制御方式を提案した。発電機ロータは、定格回転数以下に4次危険速度を有する。モデル化誤差を低減するために、曲げ振動モードが不釣合いにより励起される振動形態と同じくなる4次危険速度で制御装置の伝達関数を導出した。また、低次元化誤差を低減するために、回転状態のロータの状態方程式の1404次の非対称係数行列をSchur分解によるモード分解法により低次元化した。不釣合い振動振幅は、定格回転数と4次危険速度で、それぞれ、53,75mであり、それぞれの振動振幅の許容値75m, 125mを満足した。

A design method of a multi-input multi-output controller, which links magnetic forces of multiple magnetic bearings by feedback of multiple measurement values of vibration of a rotor, was proposed for the radial magnetic bearings for the generator rotor of helium gas turbine with a power output of 300 MWe. The generator rotor is a flexible rotor, which passes over the forth critical speed. A controller transfer function was derived to reduce a modeling error at the forth critical speed, in which the bending vibration mode is similar to the one which is excited by unbalance mass. A 1404th order un-symmetric coefficient matrix of equation of the rotating rotor affected by Jayro effect was reduced to 24th by modal decomposition using Schur decomposition to reduce a reduction error. The numerical results showed that unbalance response of rotor was 53 and 80E-6 m (peak to peak), respectively, well below the allowable limits both at the rated and critical speeds.