可控磁路式并联型永磁悬浮系统

提出一种主要由伺服电机、径向磁化盘状永磁铁、"F"形导磁体及悬浮物构成的可控磁路式并联型永磁悬浮系统。系统中,并联悬浮物是置于导磁体正下方两个不同重量的铁球,伺服电机驱动盘状永磁铁旋转,改变通过悬浮物的有效磁通量,进而控制悬浮力大小,实现两铁球的稳定悬浮。根据系统结构及可控磁路式并联型永磁悬浮原理将系统模型简化,并建立系统的数学模型,分析使系统稳定悬浮的可能性,计算使系统稳定悬浮的PD控制器反馈增益范围。实验结果表明:在控制器参数满足计算范围条件下,当给系统一较小阶跃外扰时,在实时控制系统作用下,系统在很短的响应时间内可达到新的稳定悬浮状态;相同的外扰可导致左右球异向的位移响应结果,左球移动方向与外扰相同,而右球相反。     

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。     

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。     

永磁悬浮减振系统中有限元分析及磁体尺寸的优化

通过ANSYS软件对永磁减振系统的磁场分布进行有限元分析，发现减振系统的载荷位移曲线与实验结果非常吻合。运用优化设计对磁体优化，结果表明扁平状的磁体具有最佳磁性能，为永磁悬浮减振系统的优化设计提供了理论依据和参考。     

永磁磁悬浮轴承

磁轴承是利用磁场力将转轴悬浮起来工作的一类轴承。按工作原理，可将磁悬浮轴承系统分为3类：主动磁轴承、被动磁轴承和混合磁轴承。被动磁轴承大体上可分为全被动磁轴承(超导体、抗磁体)和永磁磁悬浮轴承(简称永磁轴承)2类。在被动磁轴承中，常用的是永磁磁悬浮轴承。     

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。     

轴向磁化双永磁环悬浮轴承静态磁力的研究

永磁悬浮轴承由于结构简单且不需要复杂的位置控制系统而具有相当的应用价值。基于永磁材料的线性退磁曲线,通过对双永磁环的磁路分析,利用间隙磁导的拟合计算公式,采用虚功原理法得到双永磁环轴向静态磁力的解析模型,该解析模型可以计算不同内外径的双永磁环悬浮轴承的轴向静态承载力,并设计了测量双永磁环间隙与磁力关系的实验装置,实验结果表明,永磁环磁力解析模型的计算值和实测值吻合较好,该方法能较好的计算出双永磁环悬浮轴承的静态承载力。     

永磁悬浮系统的参数设计

由于永磁悬浮无需外部能量输入,目前受到许多学者的关注。要实现永磁稳定悬浮可以通过对永磁体的位置进行主动控制,这其中就包含一类包含振动器的控制方式。通过对系统建模发现这类系统是典型的Mathieu方程。由于方程的稳定性受参数值决定,因此本文在建立力和刚度表达式基础上,分析了尺寸参数对力和刚度特性的影响,对磁体尺寸参数进行了合理设计;并利用仿真研究,对振动器的振幅和频率值进行了选择。     

永磁偏置五自由度磁轴承结构及磁路分析

介绍了永磁偏置五自由度磁悬浮轴承结构示意图及悬浮力产生的机理，利用有限元计算进行原理仿真，用等效磁路法对永磁和励磁混合磁轴承的磁路进行了计算，得出了最大承载力的条件和数学表达式，给出了参数设计和计算方法。理论研究和仿真分析表明：永磁偏置五自由度磁轴承结构合理紧凑、机械结构简单、效率高。在磁悬浮电机、高速飞轮储能等系统中具有广阔的应用前景。     

磁悬浮飞轮用嵌环式永磁偏置径向磁轴承

为满足航天用扁平转子磁悬浮飞轮对低功耗磁轴承的需求,提出一类同极性嵌环式永磁偏置径向磁轴承(Radial permanent-magnet-biased magnetic bearing,RPMB),旋转损耗低,工作气隙径向内外双环、轴向同层分布,径向磁力为平面汇交力系,具有磁极轴向短、可灵活设计的独特优势.根据全主动、主被动两类磁悬浮飞轮的不同需求,采用磁路分析与有限元仿真的方法,对磁极对齐型、磁极交错型、磁极偏置型三种嵌环式RPMB进行了有针对性的分析与设计,所设计的全主动磁悬浮飞轮,具有轴向长度短、质量小、精度高的优点;所设计的两轴主动磁悬浮飞轮,经优化设计,具有高被动刚度、高电流刚度、电流刚度高稳定性的优点.     

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。     

垂直轴盘式电机磁浮轴承系统研究

针对永磁磁悬浮轴承的承载力、刚度过低等问题,对永磁磁悬浮轴承的结构单元构成、结构优化等方面进行了研究,设计了一种由径向三环磁悬浮轴承和轴向磁悬浮轴承两个独立悬浮单元构成的,适用于垂直轴盘式电机的全悬浮永磁轴承系统。采用田口算法对上轴向磁环进行了多目标优化,通过结构对比、参数确定以及仿真优化,详细分析了径向磁悬浮轴承与轴向磁悬浮轴承的设计方案;并以磁环宽度w、磁环高度h及磁环间气隙g为优化变量,以承载力、刚度为优化目标,利用仿真建模验证了该方法的有效性。研究结果表明:设计的新型径向磁悬浮轴承刚度提高了2.4倍,优化后的轴向磁悬浮轴承承载力提高了175 N,轴向刚度提高了1.5倍;系统悬浮性能优良、结构紧凑、参数设计合理。     

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.     

磁悬浮轴承磁路结构分析与数学模型建立方法

介绍了磁悬浮轴承系统构成和工作原理,从控制电流的性质、受控自由度数、悬浮力产生方式、作用力方式、磁极布置形式等方面对磁悬浮轴承进行了比较与分析,给出了基于等效磁路法的磁悬浮轴承悬浮力数学模型建立方法和步骤,为该类轴承磁路结构设计和建立数学模型提供了参考。     

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。     

离心制管机永磁轴承磁力计算与拼接永磁体形状分析

针对传统离心制管机托轮支承结构磨损严重问题,提出了一种半定子环径向永磁轴承替代托轮的离心制管机永磁悬浮支承系统方案,根据等效磁荷法建立悬浮力数学模型,采用蒙特卡洛法近似求解,简化了悬浮力计算的数学推导和演算,并与有限元仿真比较,给出了误差修正系数,修正后蒙特卡洛法与有限元仿真结果基本一致,满足了工程应用的需要。将转子永磁体分别设计为扇形、梯形和矩形,通过仿真分别得出永磁轴承的悬浮力及扭矩,结果表明扇形永磁体各方面性能均优异,梯形永磁体次之。     

基于轴向电机泵的被动永磁轴承设计与力学分析

随着现代先进制造业的高速发展,对于轴承的要求越来越高,传统轴承很难满足这些要求。将磁悬浮技术引入泵的转子系统上,用被动永磁轴承替代传统的机械轴承,基于磁路设计原理计算出轴承尺寸,并通过等效磁荷法分析永磁轴承的承载力及轴向力。     

可变磁路式永磁悬浮系统的防跌落防吸附控制

永磁悬浮系统是一种典型的非线性系统,随着导磁体与悬浮物之间的气隙变化,控制特性发生变化,影响系统的稳定性。为防止外界干扰引起系统偏离平衡点时,悬浮物跌落或吸附到导磁体上,提出一种基于气隙变化的防跌落防吸附控制方法。在整个悬浮气隙内选取多点预设悬浮力,基于各设计点预设的悬浮力计算控制参数,并依据插值原理得到完整的防跌落防吸附控制律,有效补偿悬浮物运动时不均匀变化的悬浮力,提高系统的可控性,稳定性和鲁棒性。仿真和实验表明,防跌落防吸附控制方法能缓和冲击,提高防跌落性能,当外扰使气隙变大时悬浮力迅速变大,防止悬浮物跌落,当外扰使气隙变小时悬浮力迅速变小,防止悬浮物吸附于导磁体上。     

Halbach阵列永磁悬浮带式输送机悬浮特性分析

悬浮力是决定永磁悬浮带式输送机工作能力最重要的参数。针对传统永磁悬浮带式输送机磁密利用率低、悬浮力及悬浮气隙小等问题,基于Halbach理论对传统悬浮模型进行改进,提出了Halbach型永磁悬浮带式输送机支撑结构。结果表明,新型模型磁场分布明显改进,磁场强度达到传统模型的2倍。在分析磁性带宽度、厚度和永磁体厚度对悬浮力的影响的基础上,对悬浮系统尺寸进行优化。结果显示,相同永磁体尺寸情况下Halbach结构可以获得更大的悬浮力,气隙越小,悬浮力差值越大。为永磁悬浮带式输送机结构优化设计提供了参考。     

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。