基于电磁场和永磁体的磁悬浮地球仪控制装置研制

本文介绍一个能以40mm间隙悬浮30kg的磁悬浮地球仪模型的结构及工作原理,给出了基于单片机的磁悬浮地球仪控制系统的硬件和软件结构,实现了地球仪的大气隙稳定悬浮和旋转。     

基于高功率密度磁悬浮高速电机的全参数自适应控制

高功率密度磁悬浮高速电机运行过程中会受到外来扰动，影响磁悬浮轴承稳定悬浮，且磁悬浮轴承系统模型本身也具有一定的不确定性。因此，寻求一种能够解决外来扰动和系统模型不确定性的控制算法具有实际意义。全参数自适应控制(All Coefficient Adaptive Control, ACAC)是一种智能控制方法，它的设计不依赖于事先设定的被控对象的数学模型，而是识别被控对象的特征模型，能够很好的应对外来扰动和模型不确定性问题。文中分析了传统PID控制理论与自适应控制的优缺点，研究了ACAC对于高功率密度磁悬浮高速电机受外来扰动的控制作用，实现了磁悬浮轴承的稳定悬浮。     

混合磁悬浮地球仪的零功率控制

现有的磁悬浮地球仪系统主要通过调节电磁线圈的电流来控制悬浮体的位置,电磁控制的悬浮系统存在功耗大、能量的利用率不高等问题.对于一种主要承载力为永磁力、调节控制力为电磁力的混合磁悬浮地球仪结构,建立了其线性化动力学模型,并基于模型设计了零功率控制器以降低磁悬浮系统的功耗.仿真及实验结果表明:所设计的控制系统能有效克服电磁...     

基于BP神经网络模型的磁悬浮水泵PID参数优化

为了设计动态性能更优的磁悬浮水泵磁轴承支撑系统,本文利用多功能磁悬浮试验平台,通过整定磁轴承PID控制参数实现了转轴的5自由度稳定悬浮,然后随机选取径向磁轴承B的Y方向进行辨识试验,建立了其控制系统被控对象的BP神经网络模型,并采用Simulink进行PID参数优化,最后模拟磁悬浮水泵3种不同工况进行控制仿真对比。使用优化参数的系统仿真结果显示系统响应更快,试验结果表明,0~4000 r/min慢扫频过程中,转子X、Y方向位移分别降低了32.9%和24.1%,试验结果为磁悬浮水泵的PID参数优化提供了一种方法。     

基于电磁铁复合线圈的磁浮车悬浮间隙检测方法

针对传统电涡流传感器体积大、无法直接测量真实电磁间隙等问题,提出了一种基于电磁铁复合线圈的磁浮车悬浮间 隙检测方法。 首先,分析了悬浮系统等效电磁间隙检测原理,针对电磁铁和 F 轨表面高频涡流对复合线圈磁场耦合作用建立了 复合线圈等效阻抗模型。 其次,通过有限元仿真优化了复合线圈激励频率和复合线圈间隙检测系统结构以提高检测灵敏度,设 计了谐振检测电路和信号解调电路有效抑制了悬浮系统与间隙检测系统之间的串扰。 最后,进行了静态性能测试和悬浮实验, 校正后的线性度为 0. 4% ,恒定间隙时静态输出最大波动峰峰值为 89 μm,悬浮系统能够在给定间隙、阶跃扰动和偏移扰动的不 同工况下稳定悬浮。 实验结果表明,间隙检测的响应速度和检测误差均满足系统要求。     

高速磁悬浮电动机的混合磁轴承最小电流控制

针对高速磁悬浮电动机位移传感器检测转子位移信号随温度漂移导致磁轴承控制系统稳定性变差,甚至造成系统失稳的问题,在分散PID控制基础上提出了混合磁轴承最小电流控制策略。该方法不受位移传感器检测信号随温度漂移的影响,可保证高速磁悬浮电动机转子的稳定悬浮。试验结果表明,最小电流控制策略能够实现转子的稳定悬浮,抑制了传感器温度漂移对系统稳定性的影响,同时控制电流达到最小。     

高速磁悬浮列车悬浮间隙信号处理研究

齿槽效应是高速磁浮列车悬浮控制系统悬浮间隙检测面临的一个特殊的问题,它直接影响悬浮控制系统的性能.为减弱齿槽效应,建立了高速磁悬浮列车间隙传感器齿槽效应的模型,提出了利用相邻传感器的数据融合来抑制齿槽效应的方法,并通过两种补偿算法对悬浮间隙传感器的齿槽效应进行补偿.实验结果表明,经过补偿后的传感器输出信号能够满足悬浮控制系统的要求.     

基于FPGA的磁悬浮微驱动器控制系统研究

针对磁悬浮微驱动器的实时精确控制问题,对新型绕组式磁悬浮微驱动器的结构与工作原理进行了研究,对磁悬浮微驱动器中的磁场分布进行了理论分析,提出了一种基于FPGA的磁悬浮微驱动器悬浮系统的运动模型以及PID控制系统,并通过Matlab仿真实验验证了该数学模型。完成了系统的硬件控制电路及相应的软件设计,搭建了基于FPGA的磁悬浮微驱动器悬浮控制实验系统。该系统可利用位置环对磁悬浮微驱动器进行PID控制,并在上位机Delphi界面中显示悬浮状态,通过对所设计的PID控制器的控制精度、大范围精确控制性能、动态性能和跟踪性能进行了实验验证。实验结果表明,该系统响应速度快、可靠性高,可实现2 mm范围的精度为1μm的控制。     

电磁悬浮静电驱动旋转微镜控制系统设计

为了实现对电磁悬浮微镜绕轴向-180°到+180°角度的旋转控制.对该系统所采用的电磁悬浮、静电驱动、转角闭环控制等进行研究。首先,设计和制造了电磁悬浮微镜的定子和转子结构。接着,对通过线圈的电流频率、电流大小与悬浮高度的关系进行仿真和实验,实验结果和仿真结果基本一致。然后,在分析变电容驱动原理的基础上,进行旋转控制实验,说明在按相序通电情况下,转子能实现旋转。最后,介绍了采用高精度的电容检测的转角闭环控制系统。实验结果表明:在激励电流峰-峰值是0.5A,激励频率为20MHz时,转子悬浮到100μm高度,能够实现指定角度的控制,基本满足电磁悬浮微镜的控制要求。     

磁悬浮转子微陀螺的设计技术

磁悬浮转子微陀螺利用电磁涡流实现微转子的悬浮支撑和高速旋转,是一种精度可达惯性级的新颖MEMS(Micro Electronic Mechanical System)陀螺.讨论和研究了这种新颖微陀螺的悬浮支撑、高速转动、位置检测及加矩稳定的原理,并给出了相应的微转子、定子悬浮线圈、旋转线圈、稳定线圈、传感电极的设计原则和方法.设计了一个转子直径2 200μm、厚度25 μm,定子线圈线宽10μm、厚度5μm,悬浮励磁频率10 MHz、旋转励磁频率2 MHz的微陀螺,解决了三维非硅准LiGA技术加工微陀螺中的引线、绝缘、摩擦柱成型问题,并进行了相关的陀螺悬浮旋转试验,该陀螺在空气环境下能够以1000 r/min旋转,悬浮高度200μm,说明这种陀螺的原理和设计方法是可行的.     

Estimating effects from trapped magnetic fluxes in superconducting magnetic levitation measurement

Superconducting magnetic levitation measurement is one of the most promising approaches to define mass standard based on the fundamental physical constants. However, the present system has unknown factors causing error larger than 50 ppm. We examined the effects of magnetic fluxes trapped in the superconducting coil and the superconducting floating body. When fluxes were trapped in either coil or floating body, their effects were able to be cancelled by reversing polarities of current and magnetic field, as had been believed. However, fluxes trapped in both coil and body induced an attractive force between them and caused error. In order to reduce the fluxes, the coil and the floating body should be cooled in low magnetic field in magnetic and electromagnetic shields.     

磁悬浮轴承连续式模糊控制系统

介绍了主动磁悬浮轴承的连续式模糊控制系统，主要由高精度气隙检测电路、PS－7483多功能综合板与PC机组成，系统具有较高控制精度，良好的动态特性和鲁棒性。     

磁悬浮转子系统耦合特性测试方法及测试台的设计

磁悬浮转子系统中，根据磁力轴承工作原理，径向磁力轴承内存在力耦合、磁耦合；径向磁力轴承之间存在力耦合、力矩耦合。这些耦合现象对磁悬浮转子系统的结构设计、系统建模和控制系统的设计都有影响。在对磁悬浮转子系统耦合特性研究的基础上，提出了磁悬浮转子系统耦合特性测试的实验方法。并且提出了相应测试实验台的设计方案。     

磁悬浮铣削电主轴转子-刀具变质量不平衡系统动态特性研究

针对磁悬浮铣削电主轴在切削过程中因切屑进入刀具容屑槽中而导致“刀具-主轴”系统质量变化,进而引起系统回转精度不稳定的问题,以变质量质点理论为依据建立“切屑-刀具-主轴”系统的变质量动力学模型。分析系统的不平衡质量变化时所引起的系统振动,进而导致磁悬浮轴承定/转子间气隙磁场不均所产生不平衡磁拉力,并利用等效磁路法建立不平衡磁拉力模型。利用Riccati传递矩阵法求解磁悬浮铣削电主轴转子-刀具系统的稳态动力学模型,得到系统的模态参数和初始偏心质量影响下的不平衡响应。考虑铣削力、变质量力、切屑质量不平衡离心力和不平衡磁拉力等因素,采用Newmark-β算法求解磁悬浮铣削电主轴转子-刀具变质量系统的瞬态动力学模型。对系统从起动到切削过程的动态响应进行仿真分析,结果表明,质量不平衡是影响磁悬浮铣削电主轴转子-刀具系统稳态响应的主要因素;在切削过程中,变质量力是影响系统瞬态响应的主要因素;不平衡磁拉力对系统响应的影响与系统的稳定性成负相关与系统的振幅成正相关。     

磁悬浮式隔振技术的特性分析与研究

对稀土永磁材料在隔振系统的磁悬浮应用特性作了研究，给出了永磁系统空间磁密及磁力定量计算的方法，设计了一种新型磁悬浮式隔振装置，在运用试验及应用人工神经网络的方法对其良好悬浮特性和非线性刚度特性进行了综合分析的基础上，引入实验修正系数完善了理论模型，为磁悬浮隔振器的设计提供了理论依据。     

永磁悬浮无尘传送系统的悬浮特性及解耦控制仿真分析

介绍了一种永磁悬浮无尘传送系统。该系统采用两对双列对称布置的非接触主动永磁悬浮支承。悬浮支承中,永磁铁提供磁性力,伺服电机驱动永磁铁转动,通过改变悬浮支承与悬浮导轨间的磁通量实现悬浮力的实时控制。通过消除冗余的悬浮支承控制点建立悬浮系统的动力学模型,应用LQR控制方法仿真分析未解耦系统的悬浮特性,证明该系统的耦合性及不易控制性。此外,采用状态反馈解耦控制策略对系统进行解耦控制仿真,结果表明该策略可以使系统解耦,并具有较高的稳定性和较快的响应特性。     

可变磁路式永磁悬浮系统的动力学特性研究

介绍一种由伺服电机、盘状径向磁化永磁铁和导磁体组成的可变磁路式永磁悬浮系统。该系统中永磁铁提供悬浮力,伺服电机驱动盘状永磁铁旋转,改变通过悬浮物的磁通量,实现悬浮力的实时控制。该悬浮系统可以实现零吸引力,避免接触吸附问题,可以实现稳定状态下的零功率悬浮,达到节能减排的目的;可以任意改变磁极特性,实现在多自由度系统上的灵活应用。在综合考虑系统漏磁特性的条件下建立系统的参数化模型,分析系统的动力学和控制特性,然后进行系统的悬浮特性仿真研究,结果表明该系统在一定外扰下可实现稳定悬浮,并且具有较理想的时域和频域响应特性。     

基于动态电磁力的主动式动平衡测量方法的研究

动平衡机在测量大质偏类工件时,由于不平衡量较大,振动信号往往会超出测量系统的线性范围而造成测量误差偏大。为了提高动平衡测量精度,提出了一种采用电磁力产生的同频振动抵消大部分初始振动,从而减小簧板振动量,保证系统线性度的动平衡测量方法。讨论了该方法的基本工作原理,建立了电磁力装置的磁路模型;采用有限元建模对电磁力的可控性进行了研究,并分析了气隙、温度等因素对电磁力的影响;最后介绍了测量控制系统和控制策略。动平衡测量实验表明,该测量方法能够有效地提高大不平衡量工件的动平衡测量精度。     

面向高温超导钉扎磁悬浮列车悬浮特性研究

面向高温超导钉扎磁悬浮列车的磁轨关系,测试了不同场冷高度下双峰永磁轨道和高温超导块组合的悬浮力特性,得到了悬浮力随距离的增加先增大后减小且具有明显磁滞特性的规律。为了优化高温超导块组合和永磁轨道的参数,基于冻结镜像模型提出了等效处理高温超导块组合的方法,为了获得捕获磁场,建立了两者配对的仿真分析模型。基于捕获磁场和低相对磁导率计算高温超导块组合所受引力与斥力,由此仿真得到不同场冷高度下悬浮力与悬浮间隙的关系。结果表明,不同场冷高度下的仿真结果和实验结果在场冷高度小距离范围内具有较好的符合性,验证了等效处理方法的正确性,为高温超导钉扎磁悬浮列车的悬浮力计算提供了一种简单有效的方法。     

卫星仿真磁悬浮转台的研究

针对航空航天等飞行器仿真系统中的平台——卫星仿真磁悬浮转台的设计与实现进行研究。从磁悬浮转台应用原理、设计到实现进行了系统论述,通过工艺装配图展示了系统的实现流程,磁悬浮转台利用同性磁极互相排斥的基本原理,以磁体产生的推力来平衡转台及固定安装于其上的应用载荷的重力,使转台及其上面的应用载荷悬浮起来,可以绕转轴无摩擦地旋转。