层叠绕组式磁悬浮永磁直流平面电机PID控制系统研究

提出了一种层叠绕组式五自由度磁悬浮永磁直流平面电机的构想,针对该磁悬浮平面电机中的磁悬浮系统进行了控制系统设计。在对悬浮系统三维有限元分析的基础上利用参数辨识法构建了磁悬浮系统非线性模型;并利用微分几何方法,对磁悬浮模型进行完全精确反馈线性化,设计了PID控制器,并进行了样机控制实验。磁悬浮永磁直流平面电机悬浮高度的控制仿真和实验结果吻合度良好,系统稳态误差在1μm以内并具有优良的跟踪性能。     

高压直流巡检机器人磁力悬浮方法

针对架空高压直流输电线路轮臂式巡检机器人行走轮打滑及磨损问题,提出了一种基于高压直流磁场的磁力悬浮方法,利用通电线圈在高压直流磁场中所受的安培力使机器人悬浮。通过建立磁悬浮装置物理模型,分析了磁悬浮力与物理模型参数之间的关系;利用COMSOL软件对磁悬浮装置模型进行仿真,将磁悬浮力的仿真结果与理论模型计算值进行比较分析,结果表明模型在不同的系统参数下均能产生符合理论计算的悬浮力;进一步仿真分析防振锤对磁悬浮力的影响,结果表明,防震锤对磁悬浮力影响非常小。最后,根据提出的磁力悬浮模型搭建磁力悬浮最小系统并进行实验,实验结果表明,本文提出的磁力悬浮方法是可行的。     

直接磁悬浮直线电动机的三维分析及优化设计

为了消除直线电机数控机床进给系统的摩擦阻力,实现无摩擦进给,提出了一种靠自身产生的磁悬浮力来解决数控机床进给系统悬浮问题的直接磁悬浮永磁直线电动机.采用四面体等参元来建立电机三维场中的基本方程,利用Maxwell3D软件建立瞬态三维有限元分析模型,得到了电机的推力与悬浮力,证明了该直接磁悬浮永磁直线电动机自身可以产生可控的推力和悬浮力.实验结果表明,通过对电机动子尺寸进行优化设计,可以有效地降低电磁力的波动.     

永磁型无轴承电机的设计与控制研究

为了深入研究永磁型无轴承电机的设计方法及控制策略,提出了计及定、转子定位偏心的悬浮力解析模型及该解析模型中悬浮绕组参数的设计方法.该方法基于永磁型无轴承电机悬浮力产生机理和电磁场有限元分析,进行电机设计,得到永磁型无轴承样机的系统参数.在此样机系统基础上,讨论了转矩控制子系统的转子磁场定向矢量控制、悬浮控制子系统的模糊自调整比例 积分 微分（PID）控制策略,并进行了悬浮运行实验,结果表明该设计参数与实际样机参数基本吻合,验证了该设计方法的正确可行性,该控制策略有效地解决了无轴承电机模型复杂、参数时变等实际因素的影响,保证了其运行控制的鲁棒性.     

永磁型无轴承电机的设计与运行分析

针对永磁型无轴承电机设计中转矩绕组和悬浮绕组设计的特殊性，提出了一种永磁体厚度优化设计新方法.该方法基于永磁型无轴承电机运行原理，进行了永磁型转子结构、悬浮绕组和永磁体厚度优化的设计.导出了计及定、转子定位偏心的永磁型无轴承电机悬浮力的解析模型，通过对磁悬浮力与悬浮绕组电流和转子偏心关系的电磁场分析，来验证该模型的精确度，并应用该模型建立了永磁型无轴承电机的控制系统.仿真结果表明，该设计方法提高了永磁型无轴承电机的转矩和悬浮性能，降低了设计的复杂性，且样机具有良好的动、静态悬浮特性.     

大型磁悬浮地球仪结构设计及磁场分析

研究和设计了大型永磁电磁混合磁悬浮地球仪系统的较优磁路结构, 采用动力学分析与磁悬浮理论相结合的方法, 建立了系统数学模型, 设计了3种结构, 并进行ANSYS有限元仿真分析和比较, 对其中两种结构的磁悬浮地球仪进行了实验验证.结果显示较优结构的磁悬浮地球仪能稳定悬浮, 另一种结构的地球仪则不能稳定悬浮.实验证实了大型永磁电磁混合磁悬浮地球仪结构理论设计的正确性.     

磁、气悬浮电机的机制研究及仿真分析

在已有磁悬浮电机原理的基础上提出磁、气悬浮电机,通过气隙（气隙长度）联立磁、气悬浮本构方程,利用虚位移原理建立电机电磁悬浮力模型,建立了定转子气隙流体的雷诺方程。运用有限元分析软件对高速无轴承磁悬浮电机磁感应强度、电磁悬浮力及气隙流体的承载力进行了仿真分析。     

大型磁悬浮地球仪控制系统的研究

利用电磁学、电子学和控制理论对磁悬浮地球仪的工作原理进行了分析,建立了系统的线性化数学模型,在Matlab7．0中建立了Simulink仿真模型,对电路参数进行了分析。设计了基于模拟PID控制的电路,该电路结构简单,易于调整。系统采用电磁永磁混合支撑,用永磁铁产生的磁场代替电磁场提供静态偏置磁场,可减小偏置电流,从而降低系统功耗,使一个直径100cm、质量25kg、悬浮间隙40mm的地球仪稳定悬浮。     

感应式磁悬浮球形主动关节的模糊神经网络控制研究

磁悬浮球形主动关节机械集成度高,在控制和轨迹规划方面占有优势.文章提出基于模糊神经网络控制的感应式磁悬浮球形主动关节系统,建立了三维电机电磁功率平衡关系的电磁转矩和电磁悬浮力模型;基于模糊神经网络逆系统对电机进行多变量耦合关系解耦控制,建立关节系统的ANFIS模型,并对关节控制系统进行了系统仿真分析和实验研究.     

斥力型磁悬浮平台建模及仿真

针对吸力型磁悬浮平台尺寸大、刚度低以及承载力小等缺点,提出一种斥力型磁悬浮平台。采用等效方法推导出永磁导轨对悬浮永磁体和悬浮电磁铁的磁斥力数学模型,并通过实验验证了该模型的准确性。通过对计算实例的Matlab仿真分析,表明所建的磁斥力模型是可控的,可实现斥力型磁悬浮平台的稳定悬浮。     

轴流式磁悬浮人工心脏泵磁悬浮轴承系统设计

人工心脏泵要求体积小、质量轻、功耗低。为契合上述要求,实现人工心脏泵转子的五自由度全悬浮,采用径向永磁轴承和轴向电磁轴承相结合的磁悬浮系统,在对轴流式人工心脏泵转子受力分析的基础上,提出了低功耗和单轴向电磁轴承这两种磁悬浮轴承系统结构设计方法,给出了采用这两种方法进行结构设计时,径向永磁轴承和轴向电磁轴承的设计原则。比较来看,采用单轴向电磁轴承结构设计方法虽然会增加电磁轴承的功耗,但是大大降低了系统的体积和质量;简化系统结构和电磁轴承的控制复杂性,更具优势。根据单轴向电磁轴承设计方法,设计并加工一台轴流式磁悬浮人工心脏泵原型机,成功实现转子的五自由度稳定悬浮,验证了所提方法的可行性,为磁悬浮人工心脏泵的结构设计提供参考依据。     

三自由度永磁球形电机的建模和电压控制

为了提高三自由度永磁球形电机的运动性能、控制效率和减少控制成本,对具有三维位置检测功能的三自由度永磁球形电机的控制方法进行了研究。首先建立了三自由度永磁球形电机的磁场模型、动力学模型、力矩模型和反电动势模型,并分析其运动控制机理。在此基础上求解永磁球形电机的电压平衡方程和动力学方程,得到永磁球形电机的控制模型,并结合PID控制方法,提出了永磁球形电机的基于电压模型的PID闭环控制方法。仿真结果表明,提出的电压控制方法与传统的电流力矩控制法相比可以明显提高球形电机的运动性能。     

永磁悬浮电磁导向列车模型力平衡分析

为了实现列车模型在永磁斥力和电磁吸力共同作用下的动态稳定悬浮,提出了一种永磁悬浮电磁导向列车模型．研究了其机械结构组成及其工作原理,建立了相应的数学模型,分析了各永磁铁组合斥力之间在空间三自由度方向的相互作用机理和基本特性,研究了列车模型的力平衡特性、自适应性及稳定性,提出了列车模型截面三自由度平衡控制问题的解决方案．研究结果表明,基于对称机械结构并经合理组合分布的永磁铁能实现列车模型悬浮．     

基于状态反馈控制的磁悬浮球系统

将磁悬浮球系统作为研究对象,建立磁悬浮球实验系统的数学模型,采用极点配置法设计一种基于跟踪的状态反馈控制器,基于 Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ建立磁悬浮球控制系统的仿真模型,结果表明,与 ＰＩＤ控制器相比,采用状态反馈控制方法能使悬浮球系统更快趋于稳定。在 ＧＭＬ２００１磁悬浮球实验台上进行了悬浮实验,结果表明,基于跟踪的状态反馈控制器在波动幅度、悬浮精度及系统的动态性能适应性等方面明显优于 ＰＩＤ控制。     

高空电推进系统用永磁无刷直流电动机温度场分析

永磁无刷直流电动机是高空电推进系统的重要部件之一,其性能指标与温升密切相关,高空环境下散热条件的改变使得温升分析尤为重要。文章以一台表贴式永磁无刷直流电机为研究对象,对电机进行了高空环境下的温度场建模,确定了电机在高空环境下的散热边界条件以及电机内部各种传热系数,利用有限元分析方法对电机进行了温度场仿真。通过高空电推进系统用永磁无刷直流电动机高空适应性研究的实验,对比了陆地环境和高空环境电动机温度场的变化。研究表明文中永磁无刷直流电机温度场模型及电机内部传热系数的计算对高空环境下电机的温升分析和散热设计具有一定的参考价值。     

磁悬浮系统的反推滑模控制

针对磁悬浮系统的非线性、开环不稳定性,将其模型在平衡点附近线性化,并根据得到的状态方程设计了对系统不确定性具有较强鲁棒性的反推滑模控制器,实现了对磁悬浮系统的闭环稳定控制。在Matlab Simulink仿真环境下建立系统的实时控制框图并通过RTW工具箱生成可执行代码,实现了钢球的悬浮与控制。实验结果表明,所设计的反推滑模控制器能实现钢球的稳定悬浮并具有良好的动态跟踪性能。     

基于伪微分算法的混合磁悬浮地球仪

为实现永磁电磁混合悬浮地球仪的稳定悬浮控制,采用伪微分反馈控制算法进行了力学和运动学分析,建立了系统数学模型,推导出控制对象及控制系统的传递函数,并对其稳态性能进行了理论分析.研究结果表明,伪微分反馈控制策略针对混合磁悬浮系统非线性和固有的不稳定性具有鲁棒性和控制精度高的特点.     

交流圆弧磁悬浮感应电机机制研究

磁悬浮(无轴承)电机利用磁场力使转子悬浮并驱动其实现高速或超高速旋转.基于传统电机技术提出一种交流圆弧电机原理,并按电磁轴承悬浮技术,水平方向对称于转子布置2个圆弧电机,垂直方向对称于转子布置2个圆弧电机,构成交流磁悬浮感应电机;建立电机在干扰作用下转子与定子间的间隙(气隙长度)变化规律,基于电磁理论建立了气隙磁感应强度的分布规律,利用虚位移原理建立电机电磁悬浮力和电磁转矩数学模型;通过有限元分析对磁感应强度、电磁悬浮力和电磁转矩等分布特性进行了仿真研究.     

基于场路耦合的磁悬浮永磁直线电动机控制系统

为了解决数控机床进给系统的摩擦问题,采用一种磁悬浮永磁直线电动机来实现无摩擦进给.建立磁悬浮永磁直线电动机的电压、磁链、推力和运动的数学模型及控制系统的场路耦合仿真模型,运用Ansoft软件中的Maxwell和Simplorer对磁悬浮永磁直线电动机控制系统进行场路耦合的联合仿真,并研究磁悬浮永磁直线电动机加速、刹车与反向运行过程.仿真结果表明,该磁悬浮永磁直线电动机控制系统具有良好的跟踪和抗扰性能,为深入研究整个系统的相互耦合以及搭建实验平台提供了依据.     

直驱式风力发电系统的仿真研究

对直驱式风力发电系统进行了相关研究,详细分析了风力发电系统中变换器模型,该系统由永磁直流电动机-发电机组、高功率因数整流器、全功率逆变器、滤波电路等组成,用直流电动机的端电压随时间变换引起的电机转速变化来模拟工程现场的风速变化,利用saber软件建立了整个仿真系统,并分析了整个系统中变换器的控制方式,仿真结果表明系统能够在不同风速下稳定运行,系统输出的电压近似正弦,谐波含量小,电能质量较高,同时也证明了系统模型的正确性和控制方式的有效性。