<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">glonucsec</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Глобальная ядерная безопасность</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Global Nuclear Safety</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">2305-414X</issn><issn pub-type="epub">2499-9733</issn><publisher><publisher-name>National Research Nuclear University "MEPhI"</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.26583/gns-2023-03-04</article-id><article-id custom-type="edn" pub-id-type="custom">GKFSGB</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">glonucsec-209</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>ПРОЕКТИРОВАНИЕ, ИЗГОТОВЛЕНИЕ И ВВОД В ЭКСПЛУАТАЦИЮ ОБОРУДОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ АТОМНОЙ ОТРАСЛИ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>DESIGN, MANUFACTURE AND COMMISSIONING COMMISSIONING OF EQUIPMENT NUCLEAR INDUSTRY FACILITIES</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Цифровая модель вибропреобразователя на основе эффекта левитации</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Vibroconverter mathematical model based on the levitation effect</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0009-0002-6416-4357</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Шилин</surname><given-names>А. Н.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Shilin</surname><given-names>A. N.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="en"><p>Doctor of Technical Sciences, Professor, Department of Electrical Engineering</p></bio><email xlink:type="simple">eltech@vstu.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0009-0007-5840-9932</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Макартичян</surname><given-names>С. В.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Makartichyan</surname><given-names>S. V.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="en"><p>Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor, Department of Electrical Engineering</p></bio><email xlink:type="simple">hymir@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0009-0009-0943-9689</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Барашков</surname><given-names>И. С.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Barashkov</surname><given-names>I. S.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="en"><p>student IIT-473</p></bio><email xlink:type="simple">ilyasharab9845@gmail.com</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Волгоградский государственный технический университет</institution></aff><aff xml:lang="en"><institution>FSFEI HE Volgograd State Technical University</institution></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2023</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>21</day><month>09</month><year>2023</year></pub-date><volume>13</volume><issue>3</issue><fpage>37</fpage><lpage>50</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Шилин А.Н., Макартичян С.В., Барашков И.С., 2023</copyright-statement><copyright-year>2023</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Шилин А.Н., Макартичян С.В., Барашков И.С.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Shilin A.N., Makartichyan S.V., Barashkov I.S.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://glonucsec.elpub.ru/jour/article/view/209">https://glonucsec.elpub.ru/jour/article/view/209</self-uri><abstract><p>В настоящее время для безопасного использования АЭС необходимо внедрять системы раннего диагностирования состояния реакторных установок. Поскольку вибрации всегда были угрозой безопасного использования АЭС, решение вопросов повышения точности виброшумовой диагностики реакторных установок АЭС, особенно в области ультранизких частот, является актуальной задачей. Наиболее перспективным направлением решения проблемы гибких направляющих в электромеханических вибропреобразователях является эффект левитации, который позволяет полностью исключить механический контакт и, соответственно, уменьшить порог чувствительности преобразователя. В статье проведен анализ существующих вибропреобразователей и предложена аналоговая и цифровая математическая модели системы магнитной левитации, учитывающие тот факт, что электромагнитная сила, воздействующая на чувствительный элемент вибродатчика, изменяется в зависимости от перемещения этого элемента и тока в катушке по нелинейному закону. Изучены характеристики такой нелинейной системы с использованием метода гармонической линеаризации, позволяющего получить эквивалентную линейную систему. При этом учтены слагаемые третьего порядка разложения электромагнитной силы в ряд Тейлора, что позволило получить более точную аналоговую модель вибропреобразователя. Для разработанной цифровой модели вибропреобразователя при помощи метода z-форм получена системная функция и соответствующее разностное уравнение. Как для аналоговой, так и для цифровой модели вибропреобразователя выведены выражения и построены графики переходной, импульсной и частотных характеристик, которые позволяют сделать вывод о точности и адекватности разработанной цифровой модели. Использование полученных цифровых моделей вибропреобразователя позволит более просто моделировать его работу и обоснованно выбирать исходные параметры вибропреобразователя.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>Modern requirements for the safe operation of nuclear power plants dictate the need to introduce systems for early reactor plants state diagnosis. Vibrations have always been a threat to the safe nuclear power plants operation, therefore, solving the issues of improving the nuclear power plants vibronoise diagnostics accuracy, especially in the field of ultra-low frequencies, is an urgent task. The most promising way to solve the problem of flexible guides in electromechanical vibration transducers is the levitation effect, which makes it possible to completely eliminate mechanical contact and, accordingly, reduce the sensitivity threshold of the transducer. The article presents an analysis of existing vibration transducers and offers analogue and digital mathematical models of the magnetic levitation system, taking into account the influence of the electromagnetic force nonlinearity. The characteristics of such a nonlinear system are studied using the method of harmonic linearization, which makes it possible to obtain an equivalent linear system. At the same time, the third order terms of the electromagnetic force expansion in the Taylor series are taken into account, which made it possible to obtain a more accurate analogue the vibration transducer model. For the developed vibration transducer digital model, using the z-form method, a system function and the corresponding difference equation were obtained. Expressions and graphs of transient, pulse and frequency characteristics are derived for both analogue and digital vibration converter models, which allow us to conclude about the accuracy and adequacy of the developed digital model. Using obtained vibration transducer digital models will make it easier to model its operation and reasonably select the vibration transducer initial parameters.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>вибродигностика</kwd><kwd>электромагнитный подвес</kwd><kwd>гармоническая линеаризация</kwd><kwd>передаточная функция</kwd><kwd>частотные характеристики</kwd><kwd>импульсная и переходная характеристики</kwd><kwd>устойчивость</kwd><kwd>эффект левитации</kwd><kwd>разностное уравнение</kwd><kwd>цифровая модель</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>vibration diagnostics</kwd><kwd>electromagnetic suspension</kwd><kwd>harmonic linearization</kwd><kwd>transfer function</kwd><kwd>frequency characteristics</kwd><kwd>impulse and transient characteristics</kwd><kwd>stability</kwd><kwd>levitation effect</kwd><kwd>difference equation</kwd><kwd>digital model</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Аркадов Г.В., Павелко В.И., Усанов А.И. Виброшумовая диагностика ВВЭР ; под ред.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Аркадов Г.В., Павелко В.И., Усанов А.И. Виброшумовая диагностика ВВЭР ; под ред.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">А.А. Абагяна. Москва: Энергоатомиздат, 2004. 344 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">А.А. Абагяна. Москва: Энергоатомиздат, 2004. 344 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Zheng D., Liu Y., Guo Z., Zhao X., Fan S. Theory and experiment research for ultra-low frequency maglev vibration sensor. The Review of scientific instruments. 2015;(86)10:105001. https://doi.org/10.1063/1.4931692</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Zheng D., Liu Y., Guo Z., Zhao X., Fan S. Theory and experiment research for ultra-low frequency maglev vibration sensor. The Review of scientific instruments. 2015;(86)10:105001. https://doi.org/10.1063/1.4931692</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Seo H., Lim J., Choe G.-H., Choi J.-Y., Jeong J.-H. Algorithm of linear induction motor control for low normal force of magnetic levitation train propulsion system. IEEE Transactions on magnetics. 2018;54(11):1–4. Art no. 8207104. https://doi.org/10.1109/TMAG.2018.2842222.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Seo H., Lim J., Choe G.-H., Choi J.-Y., Jeong J.-H. Algorithm of linear induction motor control for low normal force of magnetic levitation train propulsion system. IEEE Transactions on magnetics. 2018;54(11):1–4. Art no. 8207104. https://doi.org/10.1109/TMAG.2018.2842222.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Yoo S.J., Kim S., Cho K.H. et al. Data-driven self-sensing technique for active magnetic bearing. International Journal of precision engineering and manufacturing. 2021;22:1031–1038. https://doi.org/10.1007/s12541-021-00525-x</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Yoo S.J., Kim S., Cho K.H. et al. Data-driven self-sensing technique for active magnetic bearing. International Journal of precision engineering and manufacturing. 2021;22:1031–1038. https://doi.org/10.1007/s12541-021-00525-x</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Lei Y.J., Li R.J., Chen R.X., Zhang L.S., Hu P.H., Huang Q.X. A high-precision two-dimensional micro-accelerometer for low-frequency and micro-vibrations. Precision Engineering. 2021(67):419-427. https://doi.org/10.1016/j.precisioneng.2020.10.011</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Lei Y.J., Li R.J., Chen R.X., Zhang L.S., Hu P.H., Huang Q.X. A high-precision two-dimensional micro-accelerometer for low-frequency and micro-vibrations. Precision Engineering. 2021(67):419-427. https://doi.org/10.1016/j.precisioneng.2020.10.011</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Li R.J., Lei Y.J., Chang Z.X., Zhang L.S., Fan K.C. Development of a high-sensitivity optical accelerometer for low-frequency vibration measurement. Sensors. 2018;18(9):2910. https://doi.org/10.3390/s18092910</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Li R.J., Lei Y.J., Chang Z.X., Zhang L.S., Fan K.C. Development of a high-sensitivity optical accelerometer for low-frequency vibration measurement. Sensors. 2018;18(9):2910. https://doi.org/10.3390/s18092910</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Tummalapalli M., Kommula S.R., Sagiraju P., Vantakula V., Murty A.S. A review of principles and illustration of the physical working model of magnetic levitation. International Journal of theoretical and applied mechanics. 2017;(12)4:741–758. URL: https://dokumen.tips/documents/a-review-of-principles-and-illustration-of-the-physical-maglev-derived-from.html?page=1 (дата обращения: 12.05.2023).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Tummalapalli M., Kommula S.R., Sagiraju P., Vantakula V., Murty A.S. A review of principles and illustration of the physical working model of magnetic levitation. International Journal of theoretical and applied mechanics. 2017;(12)4:741–758. URL: https://dokumen.tips/documents/a-review-of-principles-and-illustration-of-the-physical-maglev-derived-from.html?page=1 (дата обращения: 12.05.2023).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Шилин А.Н., Седов М.Н. Моделирование вибропреобразователя с электромагнитным подвесом. Приборы. 2008;12:41–45. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=11712067 (дата обращения: 12.05.2023).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Шилин А.Н., Седов М.Н. Моделирование вибропреобразователя с электромагнитным подвесом. Приборы. 2008;12:41–45. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=11712067 (дата обращения: 12.05.2023).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Шилин А.Н., Седов М.Н. Определение погрешности вибропреобразователя с электромагнитным подвесом. Контроль. Диагностика. 2010;5:60–64. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=14998501 (дата обращения: 12.05.2023).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Шилин А.Н., Седов М.Н. Определение погрешности вибропреобразователя с электромагнитным подвесом. Контроль. Диагностика. 2010;5:60–64. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=14998501 (дата обращения: 12.05.2023).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Шилин А.Н., Макартичян С.В., Мустафа М.Н. Математическая модель электромеханических вибропреобразователей на основе эффекта левитации. Контроль. Диагностика. 2023;1:22–29. URL: http://www.td-j.ru/index.php/component/content/article/298-2023-01--january/2995-022-029 (дата обращения: 12.05.2023).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Шилин А.Н., Макартичян С.В., Мустафа М.Н. Математическая модель электромеханических вибропреобразователей на основе эффекта левитации. Контроль. Диагностика. 2023;1:22–29. URL: http://www.td-j.ru/index.php/component/content/article/298-2023-01--january/2995-022-029 (дата обращения: 12.05.2023).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Yu Y., Sun X., Zhang W. Modeling and decoupling control for rotor system in magnetic levitation wind turbine, IEEE Access. 2017;5:15516–15528. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2017.2732450</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Yu Y., Sun X., Zhang W. Modeling and decoupling control for rotor system in magnetic levitation wind turbine, IEEE Access. 2017;5:15516–15528. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2017.2732450</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Попов Е.П. Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления. Москва: Наука, 1988. 256 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Попов Е.П. Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления. Москва: Наука, 1988. 256 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
