基于PID算法的低功耗微型磁悬浮控制系统设计

针对当前市面上微型磁悬浮装置调节不够快速灵敏，导致调节功耗大的问题，提出一种基于PID算法的低功耗微型磁悬浮控制系统。首先，详细介绍了微型磁悬浮控制系统的方案设计，包括磁悬浮系统结构、磁悬浮控制方案以及悬浮体失衡控制原理；然后，从关键电路设计和程序设计方面介绍了基于PID算法的磁悬浮控制系统实现；最后，对所设计的磁悬浮控制系统进行了测试，并与市面上购买的磁悬浮装置进行了功耗测试对比。测试结果表明，所设计控制系统实现了磁悬浮的低功耗调节。     

基于TR磁浮列车的混合悬浮反馈控制策略

为研究电磁永磁混合悬浮的反馈控制策略,基于TR08磁浮列车参数,建立了电磁永磁混合悬浮气隙控制系统数学模型,引入了状态反馈控制策略,分析比较了混合悬浮控制系统在斜坡及阶跃启动条件时的启动性能.研究了在悬浮气隙阶跃干扰及悬浮力正弦干扰条件下,混合悬浮控制系统的调节过程.研究结果表明:混合悬浮较之常规电磁悬浮方式,具有降低电磁极功耗,增加悬浮气隙调节范围的特点;电磁永磁混合悬浮气隙控制系统具有控制精度高、响应速度快及鲁棒性能较强等优点.     

主轴系统混合磁悬浮轴承的设计

介绍了永磁偏置的混合磁悬浮轴承的工作原理。导出了主轴系统混合磁悬浮轴承的悬浮合力,得到了它的最大承载力条件及其设计计算公式。建立了混合磁悬浮轴承结构参数的设计计算理论,并在最后得出结论：永磁偏置混合磁悬浮轴承因无偏置绕组而体积小、功耗低;增加永磁体内部磁动势,可增大轴承的刚度,提高其承载能力以及降低控制功耗。     

数控机床用磁悬浮系统自抗扰控制仿真研究

为了实现磁悬浮系统悬浮气隙的精确控制,提出运用自抗扰控制技术对横梁悬浮系统进行悬浮气隙控制,自抗扰控制器可以将系统模型参数变化和外扰作用均当作对系统的扰动而自动在线估计并予以补偿.对横梁磁悬浮系统建立的原始数学模型选择状态变量,得到系统的非线性状态方程,以线圈两端电压为控制量,设计悬浮气隙位置环和电流环双环自抗扰控制器,实现横梁悬浮系统的非线性控制.仿真结果表明,自抗扰控制具有良好的动态性能和抑制外来扰动能力,可以实现横梁无摩擦稳定悬浮.     

低速磁浮列车磁悬浮系统仿真平台设计与控制

低速磁浮列车采用电磁型(EMS)悬浮控制系统。由于系统的本质非线性和开环不稳定,使控制系统的设计成为磁浮交通的关键技术。文中首先建立了磁悬浮系统非线性动力学模型,并搭建了磁悬浮系统仿真平台,该平台可用于控制策略的设计与验证。然后利用线性化模型,设计了带有加速度反馈的PD控制律。通过仿真平台中非线性模型的仿真结果,优化了控制器结构和参数。最后通过整车试验验证了所设计的控制系统的有效性。     

可控励磁磁悬浮进给平台电磁特性的有限元分析

设计一种可控励磁直线同步电动机磁悬浮进给平台,平台与直线同步电动机动子固定相连,直线同步电动机同时实现平台的进给与悬浮。可控励磁磁悬浮进给平台的电动机定子为直流励磁,磁极既是励磁磁极也是平台的悬浮磁极,磁极与动子铁心间的法向力为平台的悬浮力,调节励磁电流改变平台的悬浮力;电枢在磁场中受到的切向力为驱动平台的电磁推力,调节电枢电流以调节平台的电磁推力。为了研究可控励磁直线同步电动机磁悬浮进给平台的电磁特性,建立了该平台的数学模型和运动方程,并在数学模型的基础之上对电磁推力与悬浮力进行有限元计算。电磁推力的解析计算结果与有限元分析结果相比较,最大相对误差为8.73%,悬浮力的解析计算结果与有限元分析的结果相比较,最大相对误差为19.15%。计算结果表明可控励磁磁悬浮进给平台运行的可行性。     

磁悬浮电磁弹射系统结构设计与磁场分析

电磁弹射系统(EMALS)是世界发达国家竞相研究的一种高新技术。它是一种航空母舰舰载机起飞技术,是对传统舰载机起飞技术的重大突破。电磁弹射系统可以弹射不同型号的飞机,能够弹射蒸汽弹射器所不能弹射的预警机,方便控制与维护。文中以线圈型电磁发射技术和磁悬浮导轨技术设计了悬浮电磁弹射系统,同时通过磁悬浮力的计算与有限元分析,验证了该方案的可行性。     

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。     

电磁轴承-无轴承电机系统在转子主动控制的应用研究

主动磁轴承借助电磁力来控制转子的振动,无轴承电机在实现转矩控制的同时实现电机的悬浮控制。本文在对永磁偏置三自由度电磁轴承和两自由度无轴承电机的磁悬浮机理一般性描述的基础上,分析了其产生的悬浮控制力。并以转子电磁振动为研究对象,结合电磁轴承和无轴承电机的特点,提出利用一种新型的五自由度磁悬浮异步电机作为执行机构对转子电磁振动进行主动控制,实现了转子系统稳定工作。此系统可以有两方面的应用,既可以用做转子的支承,也可以用做转子振动主动控制的增稳。     

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。     

斥力式混合磁悬浮系统的建模与H_∞控制

针对斥力式的永磁电磁混合磁悬浮系统,基于永磁材料的线性退磁特性,对其结构进行磁路分析,推导了其悬浮力的解析模型。通过有限元分析获得其在水平和垂直方向上悬浮力与位移和电流的关系,由此对模型参数进行辨识,从而建立了由永磁铁和电磁线圈构成的混合磁悬浮系统的数学模型。考虑到系统易受到外界动态以及本身建模误差的影响,设计了一种混合灵敏度H_∞控制器。通过仿真表明,与PID控制相比,H_∞控制超调小,稳定时间短,能使系统控制稳定。最后实验结果显示,所设计的控制器提高了斥力式混合磁悬浮的稳定性能,具有抵御外界扰动的能力,提高了控制系统的鲁棒性。     

基于MATLAB的磁悬浮球实时控制设计及实验研究

对单自由度磁悬浮系统进行研究是研究磁悬浮技术的一个有效方法.根据磁力轴承基础理论建立单自由度磁悬浮球系统模型,在MATLAB/SIMULINK环境下进行控制仿真分析,设计MATLAB实时控制器,利用可视化操作界面和实时监控调试程序来整定PID参数,并采用变参数PID控制方法实现了磁悬浮球系统的实时控制,使球在4 s内达到±0.01 mm精度的稳定悬浮状态.     

主轴磁悬浮轴承的设计

以机床主轴磁悬浮轴承为研究对象,将磁悬浮轴承与液体悬浮轴承、气体悬浮轴承进行比较。并系统的设计出支撑机床主轴磁悬浮轴承的主要技术参数,对机床主轴有源型8极锥形磁悬浮轴承的设计过程进行了详细计算。     

磁轴承用电涡流位移传感器串扰产生及抑制方法研究

针对磁悬浮控制力矩陀螺(CMG)对位移传感器的特殊性能指标要求,设计了一种五自由度电涡流位移传感器系统,将径向探头和测量电路进行了集成一体化设计,对探头之间串扰产生的原因进行了理论分析,并提出在原有振荡电路上增加调整电容,通过调节调整电容值提高探头之间串扰频率使其无法通过后续滤波的方法抑制串扰,提高了转子的位移检测精度。实验结果表明,实现了转子在0～30000r/min范围内的稳定悬浮,悬浮精度小于20μm,满足了磁悬浮CMG电磁轴承对转子位移高精度检测的需求。     

磁悬浮球形关节三维动力学模型与控制特性

球形电动机直接支承驱动的多自由度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。但在高速、超高速运转时,由于机械支承的摩擦磨损,造成关节部件发热,导致关节的动态特性变差。基于电动机技术、磁悬浮技术,提出一种新型多自由度磁悬浮球形主动关节,建立关节电磁悬浮力和电磁转矩的耦合模型;推导出关节转子在电磁悬浮力和电磁转矩作用下的三维动力学原型模型和逆系统模型,并对关节系统进行状态反馈的解耦线性化处理,使其完全解耦成6自由度方向独立的线性系统,经过比例微分先行的伪微分反馈调节器控制及仿真可知,解耦线性化的关节系统稳定性好、响应速度快,具有良好的动态性能和抗干扰能力很强的鲁棒性能。     

磁悬浮轴承的转子位移同步悬浮控制研究

提出一种对磁悬浮轴承进行转子位移同步悬浮控制的策略,建立了位移同步悬浮控制系统的控制模型,基于状态重构机理实现转子位移同步,按状态空间法设计状态同步矩阵和系统闭环状态反馈矩阵,并对所设计系统进行了仿真分析。     

感应式主动磁悬浮球形电动关节的机理研究

多自由度磁阻式主动磁悬浮球形电动关节机械集成度高,在控制和轨迹规划方面占有优势。但由于磁阻式球形电动关节悬浮和旋转精度受限于转子位姿和瞬时步距角,且不能实现绕过球心的任意轴旋转,致使响应速度不能达到最快。提出感应式主动磁悬浮球形电动关节,研究其旋转和悬浮机理,基于气隙磁感应强度分布建立关节的电磁悬浮力和电磁转矩数学模型;通过有限元仿真分析磁感应强度、电磁悬浮力和电磁转矩等的分布特性,建立主动磁悬浮球形电动关节系统的试验台,对关节转子位移特性、悬浮和旋转特性进行测试试验研究。     

新型混合磁悬浮主动隔振的研究

提出了一种新型变阻尼变刚度的混合磁悬浮隔振系统,利用等效磁路法计算了混合磁悬浮系统的电磁作用力,并分析了所实施的主动反馈控制系统性能.分析表明,主动控制作用下的隔振系统具有可控的刚度和阻尼特性,同时与其他电磁结构比较,其是一种隔振功耗很小的隔振系统.文中介绍了基于DSP的主动控制隔振试验,并分析了在隔振系统中各控制参数对隔振效果和控制的阶跃响应性能的影响.结果表明,这是一种在各频率上均具有很好隔振效率的隔振系统,具有广泛的应用前景.     

龙门移动式数控机床横梁磁悬浮控制系统研究

针对龙门移动式数控机床中的移动横梁,提出了采用磁悬浮技术,实现无摩擦驱动的新型控制方案。首先,建立了横梁磁悬浮系统的数学模型,利用反馈线性化方法,将非线性模型转化为线性模型,再采用PI状态反馈设计的方法,设计一个悬浮控制器。该反馈线性化是一种全局线性化的方法,优于传统的局部近似线性化的方法。仿真结果表明,该悬浮控制器可以保证全局稳定,使系统具有良好的鲁棒性。     

混合磁悬浮平台的零功率特性分析

针对电磁悬浮功耗高以及永磁悬浮难控制的问题,提出一种基于零功率控制的混合磁悬浮系统。首先介绍了混合磁悬浮平台的结构与原理,其次建立混合电磁铁的动力学方程,最后采用电流积分反馈方式设计基于PD的零功率控制器并进行仿真分析。仿真结果表明：在中心加载,达到零功率悬浮状态时各磁极气隙相等;但施加偏载后,各磁极气隙出现差异,平台出现倾斜,在零功率控制器作用下系统稳态电流均能趋于零。