声悬浮无容器处理的实验研究及有限元分析

利用自行研制的单轴式超声悬浮装置,实现密度为7.9g/cm3钢球的稳定悬浮。通过实验研究不同反射面对声场悬浮性能的影响,分析实验过程中小球沿凹球面壁运动的现象。采用有限元方法对声场进行数值计算和模拟。结果表明,数值分析能很好地解释声悬浮中常见的物理现象,对进一步研究声悬浮的稳定性和先进材料的无容器处理技术有一定的借鉴意义。     

����ʽ��������ʵ���о�����ֵģ�����

 采用自行研制的单轴式声悬浮装置，实现了密度为79 g/cm3的钢球的稳定悬浮。采用有限元方法对两种不同形状谐振腔的声场进行了数值计算和模拟。结果表明采用凹球面形反射面能够有效提高悬浮性能，同时解释了实验过程中小球沿凹球面壁运动的现象，对进一步研究声悬浮装置结构对悬浮性能的影响有一定的借鉴意义。     

电磁冷坩埚技术及其应用

电磁冷坩埚技术是l项尖端技术，被广泛用于活泼金属、难熔和特种材料的熔炼和成形。本文介绍了电磁冷坩埚技术的基本原理和优点：探讨了坩埚结构和电源参数对坩埚使用性能的影响，坩埚结构包括坩埚分瓣数、分瓣形状、坩埚质量和开缝宽度，电源参数包括电源频率、电压和电流，以及其它参数如被熔材料的物性、屏蔽罩和感应线圈位置对坩埚磁场的影响。并且综述了电磁冷坩埚技术在国内外的研究和应用领域以及存在的问题，并展望了该技术未来的发展。     

水平电磁连铸中金属磁悬浮行为

实验研究了交流水平电磁连铸中磁场悬浮金属的悬浮力和侧向力的变化规律．结果发现，悬浮力随电流强度和屏蔽宽度的增加而显著增加，屏蔽金属板回路的电阻明显减小悬浮力．侧向力随距凸台距离的增加而迅速减小．     

抗磁悬浮石墨转子理论及仿真分析

研究了一种由热解石墨转子、永磁体结构以及底板构成的抗磁悬浮结构,通过对石墨转子叶片施加氮气流使其运动.利用有限元软件COMSOL Multiphysics建立仿真模型,并且将仿真结果与实验结果相对比.研究表明,未受氮气流作用时,石墨转子仿真悬浮高度为130 μm,实验测得悬浮高度为132 μm,误差为1.5%;实验测得氮气流速小于21.45 sccm时,石墨转子在永磁体上方轻微摆动,而未转动,氮气流速达到21.45 sccm时,石墨转子转速稳定在120 r/min~130 r/min之间与仿真结果接近.通过对比仿真结果与试验数据得出石墨转子加工质量,实验环境对石墨转子的运动性能有一定影响,该抗磁悬浮结构有望用于微型电机和非接触式传感器中.     

Real-time implementation of an explicit MPC-based reference governor for control of a magnetic levitation system

This paper deals with the design and real-time implementation of an Model Predictive Control (MPC)-based reference governor on an industrial-like microcontroller. The task of the governor is to provide optimal setpoints for an inner Proportional-Summation-Difference (PSD) controller. The MPC-based governor is synthesized off-line as a Piecewise Affine (PWA) function that maps measurements onto optimal references. To achieve a fast and memory-efficient implementation, the PWA function is encoded as a binary search tree. This allows the reference governor to run on a sub-millisecond scale even on a very simple hardware. The proposed concept is experimentally verified on a laboratory device involving a magnetic levitation system. Here, the PSD controller is responsible for controlling the vertical position of the ball in the magnetic field. By using the reference governor, control performance can be significantly improved and input/output constraints enforced in a systematic manner.     

单轴音圈电机在磁悬浮系统中的应用研究

提出了一种针对单自由度音圈电机的控制方法,以实现音圈电机在竖直方向上的快速响应以及精确控制.通过实验测量的方式,获得音圈电机在竖直方向上的受力-位置的关系,并将其应用于该控制系统中.基于该受力-位置关系,在控制系统中设计了反馈线性化单元和PID控制单元.最后通过一套自行设计的实验装置验证了所提出的控制方案的可行性,实验结果表明,该系统的静态误差小于1μm,阶跃响应速度小于50 ms,轨迹跟踪的最大误差小于20 μm且最大延迟时间小于5 ms.     

主动磁悬浮系统的变论域自适应模糊PID控制

针对主动磁悬浮轴承系统具有强非线性、强耦合、模型不确定等特点,提出了一种变论域自适应模糊PID算法;该方法通过选择合适的伸缩因子,避免了传统模糊PID控制中出现规则爆炸的问题;同时针对传统伸缩因子的函数结构和参数难以确定的特点,设计了基于模糊规则的论域伸缩因子;在SIMULINK环境中对主动磁悬浮轴承系统进行仿真,仿真结果表明,变论域模糊PID算法控制的主动磁悬浮系统具有更好的动静态性能,对外界干扰具有更强的鲁棒性.     

基于双霍尔传感器的磁性小球悬浮控制系统研究

本文设计并实现了一种基于双线性霍尔传感器结构的磁性小球悬浮控制系统,在电磁驱动器底端及顶端中心位置各同向布置一个线性霍尔传感器,通过传感器信号调理电路,将两路传感器的输出信号作减法处理,消除了电磁驱动器磁场对传感器输出信号的影响。试验表明,磁性小球到电磁驱动器底端距离为16.46~42.46 mm时,调理电路输出电压值与磁性小球到电磁驱动器底端距离的负三次方成正比。基于PID控制策略,设计了一个磁性小球悬浮控制系统,选取合适的PID控制器参数,试验表明,系统的超调量和响应速度能够符合设计要求,磁性小球实现了在25 mm位置处的稳定磁悬浮,系统的位置控制精度达到±0.125 mm。     

Robust approximate feedback linearisation control for nonlinear systems with uncertain parameters and external disturbance: its application to an electromagnetic levitation system

A robust control scheme with a gain-scaling factor is proposed for an extended class of nonlinear systems. Compared with many previous studies, our considered systems are more generalised by including uncertain parameters, perturbed nonlinearities, and external disturbance. With our control scheme, all states of the controlled system remain bounded. Moreover, it is shown that the ultimate bounds of some system states can be made (arbitrarily) small by adjusting the gain-scaling factor depending on the nonlinearities and external disturbance. The effectiveness of our control scheme is experimentally shown via its application in the control of an electromagnetic levitation system.