基于ADAMS-MATLAB的磁悬浮飞车原理样机建模及联合仿真

为了提前获知磁悬浮飞车原理样机的动态特性,以便设计磁悬浮飞车原理样机时取得适当的设计参数,采用虚拟样机技术,运用ADAMS与MATLAB软件联合完成磁悬浮飞车原理样机的建模。对所设计的原理样机进行联合仿真,对比分析不同线圈匝数、不同载荷作用下的控制电流及其磁悬浮飞车原理样机的动态特性,以及在相应悬浮力和驱动力作用下的承载特性与速度、加速度特性,确定了磁悬浮飞车原理样机的结构参数,为磁悬浮飞车物理样机的设计提供了参考依据。     

一种带式输送机磁悬浮托辊的设计与研究

托辊是带式输送机的重要组成部件,其作用是承托输送带,以保证带式输送机平稳运行。为克服传统托辊中机械轴承摩擦磨损带来的旋转阻力大、带速受限、能耗大等难题,设计了一种径向方向采用永磁轴承支承,轴向靠机械力约束的磁悬浮托辊。采用等效磁荷法推导了永磁轴承承载力数学模型,并利用MATLAB对主要参数进行了设计与分析。通过与有限元法比较,验证了等效磁荷法设计的永磁轴承的合理性。磁悬浮托辊的旋转阻力测试结果表明,磁悬浮托辊能有效减少摩擦和降低运行阻力。     

路面随机激励下车载盘状磁悬浮转子振动的研究

以盘状磁悬浮实验装置为研究对象,采用傅里叶反变换生成路面随机激励,并利用ADAMS软件建立车载盘状磁悬浮转子振动系统模型,对路面随机激励下车载盘状磁悬浮转子振动进行了仿真研究。得出了路面不平度等级变化、汽车悬架刚度变化、盘状磁悬浮转子电磁力等效刚度变化对车载盘状磁悬浮转子振动特性的影响。     

抗磁悬浮静电电机悬浮与驱动特性研究

微型电机随着特征尺度的降低,其表面效应凸显,摩擦问题急剧突出。抗磁悬浮技术具有无摩擦、被动自稳定、尺度效应下浮重比显著提升等特点,是解决微型电机机械摩擦问题的一种有效途径。提出了一种基于抗磁悬浮静电驱动的微型电机方案,研制了转子直径为10 mm的定子下置式微型抗磁悬浮静电电机;基于永磁体电流等效模型,推导了抗磁悬浮静电电机磁通密度表达形式,建立了抗磁悬浮力的数学模型,获得了悬浮力与悬浮高度的关系并进行了实验验证;基于电容静电能原理,建立了抗磁悬浮静电电机的驱动力矩数学模型,获得了静电驱动力与定子输入电压、悬浮高度的关系并进行了实验验证;开展了旋转实验研究,分析了输入电压、环境湿度对转速的影响规律,获得了抗磁悬浮静电电机的驱动特性。本研究将会为高性能微型抗磁悬浮静电电机的研究提供支撑。     

磁悬浮永磁直线电动机及其控制系统研究

根据磁悬浮永磁直线电动机的特殊结构与运行机理,给出了电动机电磁推力和悬浮力的数学模型。建立了磁悬浮永磁直线电动机的有限元计算模型,对气隙磁密、电磁推力和悬浮力进行了有限元计算,并对气隙磁密作了谐波分析。设计了磁悬浮永磁直线电动机的研究样机,制作了磁悬浮子系统和进给伺服子系统,对系统进行实验研究,获得了磁悬浮子系统和进给子系统运行的实验结果。实验研究结果表明,该磁悬浮永磁直线电动机可实现直接驱动与无摩擦运行。     

磁悬浮飞车原理样机建模及控制研究

针对磁悬浮飞车进行了初步研究,提出了一种原理样机的简化结构。利用ANSYS分析了支承与导向电磁力的特性,在此基础上建立了考虑磁极"边缘效应"的动力学模型。推导出原理样机解耦控制的基本条件,并利用Simulink进行了控制系统离线仿真。最后基于dSPACE实时仿真控制平台,将磁悬浮原理样机等硬件置于控制回路中进行了悬浮控制实验,结果表明在负载扰动和输入参考阶跃变化的情况下,磁悬浮飞车原理样机能够稳定悬浮,验证了结构简化设计及控制方案的合理性。     

磁悬浮轴承系统联轴器不对中动态特性研究

为了使含有多跨转子的大型磁悬浮旋转机械系统能够稳定运行,开展联轴器不对中对转子动态特性的影响规律研究.通过将联轴器不对中量等效为施加在转子上的旋转力,建立具有联轴器不对中的磁悬浮转子系统数学模型.基于该模型仿真分析了转子的轴心轨迹和振动频谱,给出转子位移信号中转速二倍频分量幅值与转速、联轴器不对中量之间的关系,并进行磁...     

直接磁悬浮永磁直线电动机无摩擦进给的研究

提出采用直接磁悬浮永磁直线电动机来消除数控机床进给系统的摩擦阻力实现无摩擦进给,对直接磁悬浮永磁直线电动机的结构和磁悬浮原理进行了论述,建立了磁悬浮永磁直线电动机的磁场分层模型,在此基础上,从磁场能量出发通过虚位移法推导出磁场和电磁力的表达式.利用Ansoft Maxwell 2D瞬态电磁场计算软件,对直接磁悬浮永磁直线电动机的空载磁场,以及负载运行时的气隙磁密和电磁力进行仿真研究.结果表明,采用直接磁悬浮永磁直线同步电动机实现数控机床无摩擦进给是可行的.     

实现磁悬浮球旋转的驱动装置分析

为实现磁悬浮球的旋转驱动,设计了一个轴向磁场结构的驱动装置,该驱动装置通过在驱动绕组中通入三相交变电流产生周向运动的旋转磁场,与其在磁悬浮球中感应出的涡流相互作用产生驱动力矩,能够实现对磁悬浮球的旋转运动。为便于分析装置的特性,建立了适合该驱动装置的电磁模型,采用了分析实心转子电机常用的多层行波电磁场理论方法进行磁场分布的求解。使用某公司的电磁场分析软件Maxwell12对装置的三维模型进行磁场分析,证明了所建立的电磁模型的可行性。通过实验实现了磁悬浮球的旋转运动。     

磁悬浮式纳米级微动工作台的理论分析与建模研究

磁悬浮式微动工作台由于运动平台和驱动机构采用非接触式的磁悬浮驱动技术而易于实现大范围纳米级精度的微运动。本文构建了一种新型的磁悬浮微动工作台，从理论上对磁悬浮式微动工作台的运动机理进行了详尽分析，建立了磁悬浮式微运动的电磁驱动模型，用Matlab对磁悬浮式微动工作台的运动控制进行了仿真研究，结果表明，设计的磁悬浮式微动工作台能达到纳米级的微运动。本文的研究成果为磁悬浮式微动工作台的设计及其控制提供了理论基础。     

中低速磁浮列车悬浮磁铁特性研究

悬浮磁铁是中低速磁浮列车运行的关键部件,其工作特性直接影响悬浮系统的控制精度和稳定性。使用有限元分析软件ANSYS对中低速磁浮列车悬浮电磁铁的磁场进行静态分析,验证有限元模型的准确性;根据悬浮列车运行中存在的电流情况,分析悬浮电磁铁瞬态磁场,获得瞬态电流变化下悬浮电磁铁悬浮力,磁通密度和能量损失的变化规律;基于不同斜率的瞬态电流加载,分析了电流斜坡加载斜率与悬浮电磁铁悬浮力,电流斜坡加载斜率与能量损失之间的关系。研究可为磁悬浮列车的悬浮控制和节能设计提供参考。     

磁悬浮进给机构的磁力耦合

研究了磁悬浮进给机构在进给运动时的磁力耦合现象.进给机构的磁悬浮系统采用了具有自动归中作用的V型导轨结构,保证了机构进给运动的导向精度,可应用于光刻机等精密光机系统,且满足超净无尘及精密定位要求.通过分析机构磁悬浮系统中电磁铁的磁力分布,给出了耦合磁力的计算公式.分析结果表明:磁悬浮系统在其控制过程中存在着磁力耦合,具体表现为:如果进给运动时平台在水平方向发生偏移,那么左右两侧电磁铁的磁力在水平及水平垂直方向将产生相互耦合作用;而垂直方向的偏移不会引起磁力的耦合.在控制系统中引入补偿器后,可使系统解耦,因产生的耦合磁力很微小,可以忽略不记.     

单磁铁的静态磁场和悬浮力分析

以上海TR高速磁悬浮列车为分析对象,用ANSYS软件建立单磁铁模型,对其额定工况进行了静态磁场分析,着重分析了励磁电流和气隙高度的变化对悬浮力的影响,为悬浮电磁铁优化设计和磁浮列车的静止悬浮稳定性控制提供了依据。最后,通过电磁铁组合模型的静态磁场分析,证明了单磁铁分析结果的准确性。     

Dynamic modeling and simulation of EMS Maglev vehicle to evaluate the levitation stability and operational safety over an elastic segmented switch track

An electromagnetic suspension (EMS) magnetic levitation (Maglev) vehicle runs between a guideway and electromagnet at a certain distance, usually called the "airgap". To maintain the vertical airgap, the electric current of the electromagnet must be controlled. A lateral restoring force is generated by a component force in the vertical direction but is not controlled. So, the EMS Maglev vehicle must be operated at appropriate speeds around curves to prevent contact with the track. This is particularly important at track sections with a small radius of curvature such as at a switch. The segmented switch system developed and employed in Korea is entirely made of steel, which may cause instabilities in the levitation system in the presence of an airgap due to its greater susceptibility to vibration compared to concrete. Therefore, it is necessary to evaluate the stability of levitation using computational simulation when the maglev vehicle ran over a segmented switch. In this paper, a dynamic model of a Maglev vehicle was developed based on multibody dynamics that accounts for the flexibility of the segmented switch track. Using the developed analytical model, levitation stability and operational safety simulations were carried out.     

离心式磁悬浮血泵用混合磁悬浮支承设计与仿真

摩擦和磨损会导致离心式血泵机械轴承的寿命短、发热量大,易引起血栓和溶血,针对此,提出了一种离心式血泵用混合磁悬浮支承结构。采用数值计算法对血泵用磁悬浮支承进行了磁场分布数值模拟,设计了基于边缘效应的磁悬浮支承结构实验原型样机,搭建了控制系统,并以实验验证了该结构静态悬浮的可行性。研究结果为离心式磁悬浮血泵的结构设计和溶血问题的改善提供了重要依据。     

Influence of nonlinear characteristics of electromagnet and normal force of a linear induction motor on a magnetically levitated vehicle

In the literature related to maglev vehicles, most studies have primarily discussed the trade-off between a levitation system and guideway smoothness, such as deflection and surface roughness, and the optimization of a levitation controller. A dynamic model integrated with a kinematic vehicle, electromagnetic suspension system, guideway profile, and levitation controller model has been widely used for this purpose. However, in addition to guideway smoothness and stiffness, the normal force of a Linear induction motor (LIM) that is installed in the same bogie frame and drives the maglev vehicle can be regarded as a disturbance element affecting a levitation system. In addition, a linear model of an electromagnetic force is usually used in linear approximations around the nominal equilibrium point, in spite of its nonlinear characteristics. In this study, to analyze the interaction between electromagnetic and normal forces of the LIM, a dynamic model coupled with the normal force calculated from finite element analysis was developed. In addition, to comparatively analyze levitation stability by considering the linear and nonlinear characteristics of electromagnets, the non-linear electromagnetic forces measured in the experiment are coupled to the dynamic model. From the simulation results, it was confirmed that although a slight increase in current was observed with the LIM model when compared to without the LIM model, it produced no adverse effect on levitation stability. In simulation, considering the non-linear characteristics of an electromagnet, it was confirmed that the nominal current of the linear model converged to a higher value than the designed nominal current when the vehicle was standing still, whereas the nominal current of the non-linear was similar to the designed one.     

永磁磁浮技术在叶轮式人工心脏的应用

将永磁力跟非磁力相结合实现永磁磁浮 ,研制出永磁磁浮叶轮血泵的样机。当电机转速逐渐增加到4 0 0 0r/min以上时 ,转子在液动力的作用下从接触点与定子相脱离 ,实现完全悬浮。压力和流量之间的关系曲线显示血泵的内部没有机械摩擦和湍流。与采用机械轴承的血泵相比 ,采用永磁磁浮技术的血泵不仅效率高 ,寿命长 ,而且不会产生溶血和血栓。     

永磁体磁浮叶轮血泵的研制和试验研究

旋转血泵磁浮轴承的定子和转子之间没有机械接触,所以其内部不会发生机械磨损或产生血栓。然而,现有的磁浮轴承均采用电磁铁来实现磁浮,不仅控制复杂,而且自身消耗能量。事实上,叶轮血泵要做到用电磁铁来实现磁浮,势必要影响其装置的简易性、可靠性和可植入性。采用永久磁铁研制出磁浮叶轮血泵。泵的转子径向由永久磁铁磁力支撑,转子的一端紧固叶轮,另一端镶嵌磁钢;与转子磁钢相对,驱动磁钢连接在电动机转轴上。这样,电动机通过磁偶合来驱动转子。在实验室用生理盐水试验,当转子静止或低于4 000r/min旋转时,转子磁钢在轴向与位于转子和定子之间的隔板有一点接触,接触点位于转子的轴线上。当转子转速逐渐增加至4 000r/min以上,转子在轴向与定子脱离,从而实现完全磁浮。由于转子轴向磁浮由液动力产生,且转子磁钢有陀螺效应,所以转子在浮起的过程中运转非常平稳。作为左心室辅助装置,叶轮血泵工作转速范围在5 000～8 000r/min之间,所以实用时转子完全磁浮是不成问题的。永磁体磁浮叶轮泵保持了旋转血泵的优点,而且克服了用电磁铁来实现磁浮的诸多缺点,能够满足人工心脏叶轮血泵应用的大多数技术要求,从而更具实用价值。     

微电子制造领域的磁悬浮精密定位平台的结构设计研究

利用磁悬浮技术将铁磁性平台悬浮在磁场中,通过线性电机无接触驱动,结合控制技术实现平台的快速精密定位.合理的设计将悬浮力和导向力两个磁悬浮系统合二为一,即结构简单,控制容易又能获得精确的导向精度.选用线性同步电机,避免了感应电机磁场感应所产生的法向力对平台的振动作用,有利于悬浮系统的控制.悬浮系统无接触,无摩擦,克服了磨损、金属粉尘及油脂污染等问题;无接触线性驱动减少了机械联结件,消除了联结间隙,减轻了重量,能有效提高动态响应频率和定位精度;这些使定位平台能够满足现代信息产业对超洁净制作环境和高精度、高效率的要求.