永磁悬浮回转系统的回转特性研究

针对一种永磁悬浮回转系统的回转特性进行分析。介绍了永磁悬浮回转系统的结构和铁球的回转原理,并在此基础上用实验验证回转的盘状永磁铁的磁场特性和铁球表面的磁化特性。将盘状永磁铁布置成三种不同的方式,通过对比分析铁球的回转速度来验证影响其回转特性的因素,以得到永磁铁的相对最优布置方式。上述研究及结果为永磁悬浮回转系统的进一步实验验证提供理论基础及参考。     

悬挂式永磁悬浮系统的悬浮特性研究

为了实现超洁净空间的物料传送,磁悬浮技术已被应用于无尘传送装置的开发中.采用永磁铁及直线驱动器提出了一种悬挂式永磁悬浮系统.基于该永磁悬浮装置的结构及悬浮原理,建立系统的动力学模型.利用系统的动力学模型,对该系统的能控性及能观性进行分析.采用MATLAB及PD控制方法对悬浮系统进行悬浮仿真及特性分析,并利用永磁悬浮实验装置进行悬浮实验研究.     

基于三维有限元动态模拟圆柱形表面腐蚀缺陷漏磁场

根据电磁场有限元分析的基础理论，对储罐底板圆柱形表面腐蚀缺陷，应用ANSYS三维有限元静态分析了圆柱形表面腐蚀缺陷漏磁场，得到了圆柱形表面腐蚀缺陷漏磁场的空间分布。在一定条件下，静态模拟的缺陷漏磁场受励磁结构中永磁铁磁场的影响较大，造成在永磁铁附近漏磁场分布的畸变。而动态模拟下得到的漏磁场只在缺陷附近有明显的变化，缺陷漏磁场受励磁结构中永磁铁磁场的影响很小，有利于对腐蚀缺陷的分析。     

磁悬浮永磁同步电动机的电磁力密度波及振动噪声研究

磁悬浮永磁同步电动机具有无机械摩擦和磨损,可以达到长寿命的高速或超高速运行,但电动机工作时需要不停地对磁悬浮电磁合力进行抗负载干扰调节,由此产生的电磁振动和噪声也比常规永磁同步电动机大很多,不可忽视。提出一种开口圆弧段定子绕组的永磁同步电动机,由4个这种电动机并联悬浮支承同一转子并驱动其旋转构成整体的磁悬浮永磁同步电动机;针对圆弧定子绕组式的磁悬浮永磁同步电动机进行电磁振动噪声研究,建立电动机气隙磁场及电磁力密度波的分布模型,基于电磁力密度波优化电动机绕组参数,并对电动机振动和噪声进行仿真研究。通过仿真结果可知,优化后的电动机在保证电磁性能的前提下其振动噪声也降到了合理水平。     

磁悬浮减振器的双闭环控制策略研究

研究一种新型的磁悬浮减振器,它采用永磁铁和电磁铁构成混合式磁悬浮系统,利用磁铁间相互的斥力提供悬浮力,实现柔性减振。在系统模型的基础上,针对减振器磁悬浮系统的非线性、存在未建模动态和不确定性、模型不十分精确的特点,提出采用自抗扰控制器作为外环,PID控制器作为内环,构成双闭环反馈控制方案来实现稳定的悬浮、减振和对扰动的抑制。仿真分析和实验研究表明:采用此控制方案的磁悬浮减振器具有很好的动、静态特性和强抗扰性。     

磁悬浮系统模糊PID控制器设计

以五自由度磁悬浮轴承系统为研究对象,介绍了该系统的组成和工作原理,通过分析磁悬浮轴承系统对控制器的要求,针对该系统的开环不稳定和非线性特点,根据模糊控制技术,采用模糊算法和PID控制相结合的方法,通过对系统过渡过程模式的在线识别,对PID参数进行自整定,设计磁悬浮轴承系统的Fuzzy-PID非线性控制器.实验证明,与传统的线性PID控制器相比,模糊PID控制器具有较好的控制性能和动态特性,应用于五自由度主动磁悬浮轴承系统,实现了转子的稳定悬浮和旋转,满足系统的回转精度要求.     

基于状态空间控制方法的磁悬浮系统稳定性研究

以单磁铁悬浮系统为基础,根据悬浮体的运动方程,和电磁铁绕组中控制电压与控制电流的关系,得到悬浮系统的开环系统结构图,并在平衡点处建立了磁悬浮系统的状态方程,利用极点配置法,使系统满足稳定条件。在此基础上对磁悬浮系统进行了仿真分析,通过对结果的分析可得出本文的控制方法能够对磁悬浮系统进行精确和有效的稳定控制。     

真空管道高温超导侧挂悬浮旋转运动系统改进

侧挂式磁悬浮回转系统拥有两根具有单磁场峰值的永磁轨道。在环形真空管道中,该系统的磁悬浮车可以在6 mm悬浮间隙下达到80 km/h的运行速度。在不大幅改变整体结构的条件下,探讨了一种增大系统运行速度的途径。通过将2个平行的永磁轨道合并成1个具有三磁场峰值的单轨,将显著增强系统的悬浮力,从而有望提高系统的运行速度。然而车体质量的增加将抵消悬浮力增加带来的效应。综合评估二者的影响,结果表明,相比较于具有单磁峰的双轨,具有三磁场峰值的单轨能让系统获得更高的运行速度。并且,对于三磁峰单轨系统,其最大运行速度随超导块数量的增加而增加。相比较于单峰磁轨而言,当超导块列数为17时,三峰磁轨系统的运行速度可以增大8.2%。     

磁悬浮电主轴的模糊控制策略研究

建立了五自由度磁悬浮电主轴试验系统,利用MATLAB工具箱分别仿真分析了模糊自适应PID和不完全微分PID控制策略对系统动态性能的影响,设计制作了基于TMS320F28335DSP的数字控制器硬件电路,分别编写了模糊自适应PID和不完全微分PID控制软件,完成了系统的高速旋转试验,对磁悬浮电主轴在两种控制策略下的同频振动和回转精度进行了对比研究。研究结果表明,采用模糊自适应PID控制策略可以提高磁悬浮电主轴的稳定性和回转精度。     

磁悬浮永磁直线电机伺服系统H∞鲁棒控制的研究

磁悬浮永磁直线电动机具有直接驱动与磁悬浮的特点,它能消除传动链所带来的不良影响以及动子与静止导轨之间的摩擦,提高系统的快速反应能力和精度.针对磁悬浮永磁直线电动机中的不确定性扰动,提出基于黎卡提不等式(Riccati)方法设计进给系统的H∞鲁棒控制器.首先,采用矢量控制方法中的id=0控制策略,把非线性系统解耦成独立的线性电流子系统和速度子系统.其次,在建立系统状态空间模型的基础上,将此系统归结为标准的H∞控制问题,通过求Riccati不等式的对称正定解,进而得到磁悬浮永磁直线电动机系统的状态反馈H∞控制器.最后,在MATLAB环境下搭建系统的仿真模型,对控制系统进行仿真研究,结果表明所设计的H∞控制器满足对不确定性扰动抑制的要求.     

一种用于驱动金属液的阿基米德型螺旋磁场

采用小块单元永磁体堆积的方式搭建了永磁螺旋磁场,并研究了其所驱动的金属液流动模式。首先,通过实验测量和数值模拟的方法分析了螺旋磁场的空间分布特点:螺旋磁场可视为由旋转磁场和行波磁场在空间上叠加而成;其次,实验测量和数值模拟的结果表明:理想螺旋磁体与采用单元永磁体堆积所形成的实际磁场的分布与强度较一致;最后,采用超声多普勒测速仪(UDV)对永磁螺旋磁场所驱动的金属液流进行了定量的速度测量研究,发现永磁螺旋磁场在一定参数条件下能驱动全域的螺旋流。     

数控机床永磁直线电动机磁悬浮运行机制研究

为实现数控机床永磁直线同步电动机的磁悬浮运行,须对电动机的电磁推力和悬浮力进行实时控制。电磁推力和悬浮力的计算是数控机床磁悬浮永磁直线同步电动机设计及控制的基础。根据数控机床永磁直线同步电动机的磁悬浮运行机制,推导出电动机的电磁推力和悬浮力与电流之间关系的数学模型。并用Ansoft对电磁推力和悬浮力进行有限元分析,将解析计算结果与Ansoft的计算结果进行比较,验证了数学模型的有效性与正确性,为数控机床永磁直线同步电动机磁悬浮控制系统的分析与设计提供依据。     

高温超导磁悬浮车用悬浮单元优化的实验研究

研究了YBCO高温超导块材与2种典型的永磁轨道之间的最佳宽度比例。这2种永磁轨道的永磁用量基本相同,磁场分别呈单峰和双峰分布。通过改变YBCO高温超导块材组合的横向尺寸,利用高温超导磁悬浮测试装置(SCML-02)研究了在不同场冷高度、相同工作高度下高温超导块材在永磁轨道上的悬浮力。结果表明:块材与磁场呈单峰分布的永磁轨道之间的宽度比与场冷高度无关,而与呈双峰分布的永磁轨道之间的宽度比却极大地依赖于场冷高度。这一结果对高温超导磁悬浮车系统地优化设计是有帮助的。     

进给平台永磁直线磁悬浮电动机的电磁力特性研究

针对数控机床进给平台的摩擦问题,提出采用永磁直线磁悬浮电动机来实现无摩擦进给。给出磁悬浮进给平台的结构以及进给平台的运行原理。该进给平台采用永磁直线磁悬浮电动机驱动,永磁直线磁悬浮电动机的动子上有两套绕组,一套绕组用于产生电磁推力,另一套绕组用于产生可控的磁悬浮力。采用Maxwell应力张量法推出了电动机的电磁推力和悬浮力的数学模型。用Ansoft对电磁推力和磁悬浮力进行了有限元分析,证明了采用永磁直线磁悬浮电动机实现直接驱动和无摩擦进给的可行性。     

一种机电集成锻造操作机钳杆永磁传动旋转装置

本文提出的机电集成锻造操作机钳杆旋转永磁传动装置,集磁场调制型磁齿轮、机械齿轮、伺服电机驱动、控制技术于一体,通过Solidworks建立了机电集成锻造操作机钳杆旋转永磁传动装置的三维模型,然后利用有限元法对其进行分析研究,得出了机电集成锻造操作机钳杆旋转永磁传动装置两层气隙磁密及其所对应的空间谐波次数、静态转矩特性、动态转矩特性、启动特性.     

电磁超声传感器磁铁自激振荡消除方法的研究

电磁超声作为一项新的无损检测技术,可实现不打磨、非接触、高温在线检测,然而磁铁的自激振荡会严重影响检测信号。从电磁屏蔽原理和提离对感生涡流的影响出发,通过改变线圈与磁铁的间隙及在磁铁表面增加铜箔的方法,实现了削弱永磁铁表面感生涡流的作用,有效地改善了电磁超声检测信号质量。试验结果表明:在磁铁与线圈邻近的表面增加一层厚度为0.05 mm的铜箔,同时线圈与永磁铁之间保持1.8 mm的间隙,可有效消除磁铁自激振荡对检测信号的影响。     

磁悬浮永磁直线电动机自抗扰控制器设计

磁悬浮永磁直线电动机实现了直接驱动和无摩擦进给,有效提高伺服系统的反应速度和精度。针对电动机运行中受到系统外扰和内扰的问题,将自抗扰控制器引入磁悬浮永磁直线电动机。首先,建立电动机在d-q坐标下的数学模型,分析系统非线性强耦合的本质原因;其次,将速度,d,q轴电流作为系统状态量,设计三个一阶自抗扰控制器。将电流间存在的耦合项视为系统内部扰动,应用扩张状态观测器估计系统输出和受到的综合扰动,并在反馈中加以补偿,实现系统的反馈线性化;最后,建立采用自抗扰控制的系统仿真模型。仿真结果表明,采用自抗扰控制的磁悬浮永磁直线电动机伺服系统具有良好的动态性能,并且能有效抑制内外扰动,具有很强的鲁棒性。     

高温超导块材与永磁体组成的混合磁悬浮

针对高温超导磁悬浮交通应用,提出了一种有别于目前常用的仅通过车载高温超导块材与永磁轨道间的磁斥力实现悬浮的混合悬浮,该悬浮方式通过车载永磁体与永磁轨道的作用为悬浮系统提供导向力,由于避免了磁滞效应而使导向可回复区间增大,进而提高系统的导向能力,有助于增大系统的曲线通过与抗干扰能力,同时永磁轨道下部空间磁场的利用也进一步提高了系统的悬浮能力。基于系统静态刚度的计算,现有高温超导磁悬浮系统双轨每米的悬浮重量仅为混合悬浮的40%,可回复导向力不到混合悬浮中车载永磁体与永磁轨道间稳定导向力的70%。混合悬浮为高温超导磁悬浮的重载应用提供了一种途径。     

永磁体铸机金属液流场特征分析

利用数值模拟对不同磁场条件下的永磁铸机金属液流场特征进行了模拟分析 ;揭示了金属液流场与永磁体极数、磁极排布方式、磁场旋转速率以及永磁体螺旋式排布之间的关系 ,为永磁铸机的优化设计提供了参考依据     

永磁悬浮磁力驱动装置的零功率特性优化设计

根据永磁悬浮磁力驱动装置的磁势周期性变化规律,结合其特有的结构,在保证提供的悬浮力满足实验条件的基础上,以装置中电机轴上的扭矩趋于零作为优化设计的目的,对该永磁悬浮磁力驱动装置进行结构上的优化设计,建立了优化后装置的仿真模型,并采用有限元方法计算不同优化条件下,磁力驱动装置的零功率特性及驱动力特性。对比分析结果表明:经过两次优化设计后的装置与原装置相比,负载转矩明显减小,已经达到了零功率特性优化设计的要求。