中低速磁浮列车速度对悬浮力影响分析

电磁铁为中低速磁浮列车提供悬浮力,其与轨道发生相对运动时,在轨道上产生涡流,同时,轨道涡流产生的外加磁场抵消了部分电磁铁产生的原磁场,进而使得电磁铁提供的悬浮力下降.为此,首先分析轨道涡流的形成规律,以及列车不同速度时涡流对气隙磁场的影响,进一步研究了列车速度对悬浮力的影响;其次,采用叠片F轨的方法来抑制涡流效应,结合叠片F轨提升悬浮力的机理,分析F轨不同叠片层数结构下轨道涡流对悬浮力的影响;最后,以长沙磁浮快线电磁铁结构为例,使用有限元软件进行仿真分析.结果表明:使用叠片F轨后可以降低轨道中的涡流,随着叠片数量的增加,气隙磁场逐渐逼近静态条件下的气隙磁场;悬浮电磁铁模块的端部线圈以120 km/h的速度运动时,得到轨道为无叠片F轨时悬浮力为5.7 kN,轨道为两层叠片F轨时悬浮力为7.5 kN,相比较无叠片F轨悬浮力增长30%.

基于逆系统方法的磁浮列车非线性控制

EMS型磁浮列车高速运行时由于车轨相互耦合,使悬浮系统的动力学行为变得复杂,影响车辆安全性、舒适性。为提高系统的鲁棒性,提出了一种基于逆系统理论的非线性悬浮控制器设计方法。首先,建立了EMS型磁浮列车的单磁铁非线性动力学模型。然后,讨论了基于逆系统的非线性反馈控制方法在悬浮控制器设计中的运用,通过系统伪线性化及系统综合,设计出了基于逆系统反馈线性化和鲁棒伺服控制的组合控制器。数值仿真验证了逆系统控制方法的有效性。

EMS型磁浮列车上下坡过程仿真研究

在株洲低速EMS磁浮试验线实验中发现,磁浮列车上下坡时经过有坡度的轨道,容易出现砸轨现象,严重影响了车辆的安全性和舒适性。为研究这一问题,建立了具有4个自由度的低速EMS型磁浮列车单节车厢-轨道动力学模型,仿真分析了在不同车-轨条件下,车辆上坡过程中的动力学行为。仿真结果表明,车辆参数、车辆速度、轨道坡度都会影响车辆通过时的稳定性;轨道采用缓和曲线能减少车辆受到的冲击。在磁浮系统轨道线路设计中应该综合考虑系统多个参数之间的关系。此研究结果对于完善EMS磁浮系统车辆设计、轨道线路规划方面具有一定的参考价值。

中低速磁浮列车垂向动力学分析

建立中低速磁浮列车悬浮架和车体的沉浮、点头及侧滚的多自由度动力学模型。通过对悬浮架左右模块解耦分析,采用PD反馈控制结合加速度反馈控制方法设计悬浮控制器,利用Simulink建立磁浮列车动力学仿真分析程序,分析系统在受到不同外部扰动力情况下的动力学性能,为悬浮架和悬浮车体的参数设计提供理论依据。

基于悬浮控制算法的磁浮列车动力学仿真研究

使用MATLAB建立了EMS型磁浮列车一节完整车厢的动力学模型,模型描述了车体-悬浮架-弹性轨道之间的关系,并具有4个自由度。仿真分析了车辆以200 km/h速度通过弹性轨道,当悬浮控制器分别采用3种不同的控制算法时车-轨耦合振动的系统动力学行为。仿真结果表明,在一定速度以及固定的车辆-轨道物理参数条件下,悬浮控制器采用不同的控制算法,车体-悬浮架-轨道各自的动力学行为有明显差异,磁浮列车的安全性与舒适性互相矛盾。理想的悬浮控制器算法应该在保证列车安全性的前提下,尽可能提高舒适性,同时通过改良悬浮控制算法可以提高车-轨耦合振动过程中系统的动态性能。此研究对于完善磁浮列车悬浮控制器设计具有参考价值。

磁浮列车车轨耦合振动仿真研究

为了分析车轨道耦合振动过程中各因素的影响,建立了车体-悬浮架-轨道的简化动力学模型和动力学方程,利用数值方法研究了一节列车在静态悬浮过程中,整个车体与轨道耦合振动的垂向动力学行为。分析了轨道和车辆主要参数对振动的影响,并给出了仿真结果。仿真结果表明,轨道的抗弯刚度,长度,车轨质量比,以及车辆的悬浮刚度对于耦合振动影响较大;同时经过二系悬挂的衰减,车厢的振动较小。结论可供车辆悬浮控制器设计和轨道梁设计参考。

磁浮列车悬浮架垂向动力学建模与仿真

建立了基于加速度反馈系统的中低速磁浮列车悬浮架垂向动力学模型。通过对悬浮架左右模块解耦分析,分别对悬浮架单侧及整个悬浮架系统进行受力分析,建立了悬浮架系统垂向动力学模型。采用经典PD控制结合加速度反馈控制的方法设计悬浮控制器。利用Simulink建立悬浮架动力学仿真程序,分析悬浮系统受到轨道接缝和外部扰动力影响下的动力学性能,以及悬浮架参数设计对悬浮系统性能的影响。

高速磁浮列车悬浮间隙传感器检测线圈的设计

分析了高速磁浮车悬浮间隙传感器齿槽效应的产生、影响,提出并设计了由两个串联线圈组成的新型检测线圈,并通过实验验证了新型线圈能够有效的降低齿槽效应。

中低速磁浮列车速度对直线感应电机牵引力影响

结合中低速磁浮列车工程应用的电机结构参数,基于准一维理论建立气隙磁场数学模型,分析运行速度与电机气隙磁场之间的关系,然后采用有限元仿真从气隙磁场、次级涡流和牵引力3个方面对数学模型进行验证。结果表明,列车速度会影响电机的纵向动态端部效应(LDEE),导致气隙磁场产生畸变,并在次级感应板上的电机入端、出端区域产生涡流,使电机推力下降、效率降低。对比电机端部半填充槽结构和全填充槽结构的纵向动态端部效应,半填充槽结构的电机牵引力受速度影响更严重。

高速磁浮列车悬浮间隙传感器检测线圈的设计

本文分析了高速磁浮车悬浮间隙传感器齿槽效应的产生和影响，提出并设计了由两个串联线圈组成的新型检测线圈，通过实验验证了新型线圈能够有效地降低齿槽效应。

基于Maxwell 3D高速磁浮列车间隙传感器检测线圈的分析设计

高速磁浮列车长定子轨道的齿槽结构,给悬浮间隙传感器的输出带来了齿槽效应,使磁浮车不能稳定运行。为了减小齿槽效应,利用Ansoft Maxwell 3D电磁场分析软件,对传统矩形检测线圈进行静态电磁特性仿真,并根据仿真得出的磁感应强度分布规律,设计了一种新的检测线圈结构,并通过仿真和实验验证了该线圈结构能有效减小齿槽效应。

基于Matlab/Simulink的高速磁浮列车车载电网系统仿真研究

根据磁浮列车上车载电网各用电设备的连接关系与加载使用条件,运用Simulink仿真工具搭建磁浮列车车载电网系统模型,采用该模型对车辆的启动-运行-正常制动和启动-运行-涡流制动两种工况进行仿真试验。仿真结果表明所建模型可以准确模拟车辆两种工况下各个设备的运行情况,验证了所设计的电网系统中用电设备运行正常。

高温超导磁浮列车非线性悬浮控制器的研究

磁悬浮系统是典型的非线性系统,针对传统的悬浮系统控制方法中的系统稳定性问题,采用反馈线性化方法建立了高温纯超导悬浮系统的非线性模型,并设计了非线性控制器。仿真结果表明,依据反馈线性化方法设计的非线性控制器具有良好的模型适应性和鲁棒性。

磁浮车间隙传感器无线供电与信号同步传输方法

为满足磁浮车悬浮间隙传感器在供电和信号传输方面的需求,提出了一种无线电能与信号全双工同步传输方法.首先,建立悬浮间隙传感器无线能量与信号全双工同步传输系统,在能量回路中采用S/LCC补偿结构以实现稳压效果,并在信号接收回路采用LC并联支路抑制同侧信号载波干扰;其次,对系统电能传输特性和信号传输特性进行了分析;然后,重点分析了信号传输电压增益、能量传输对信号传输的干扰以及双向信号传输之间的串扰,得出系统参数对系统传输特性影响的规律;最后,搭建20 W的实验平台进行实验验证.实验结果表明:信号接收回路中采用的LC并联支路可有效消除信号之间的串扰,能量传输对信号传输影响较小,验证了所提拓扑结构可实现无线供电、传感器控制指令下发以及间隙信号上传的全双工同步传输.

基于PSO优化RBF-NN的磁浮车间隙传感器温度补偿

针对高速磁浮列车悬浮间隙传感器的温度漂移现象,建立了基于RBF(radial basis function)神经网络的间隙传感器温度补偿模型.通过对全局最优粒子执行梯度下降寻优,将粒子群优化算法与梯度下降算法结合得到一种寻优能力更强的混合算法,并将该方法用于RBF温度补偿模型参数优化,提高了间隙传感器的补偿精度,最后,使用现场可编程门阵列FPGA(field-programmable gate array)实现了该补偿模型并进行了实验.实验结果表明:该方法能够较好地对间隙传感器进行温度补偿,补偿后的传感器输出不受环境温度影响,全量程范围内最大误差为0.45 mm,8~12 mm工作间隙范围内误差为0.16 mm.

基于LIBS技术的镁合金盐雾腐蚀行为研究

为了研究镁合金在盐雾腐蚀实验中的腐蚀行为,对盐雾腐蚀后的LA103Z型镁锂合金表面进行SEM,EDS和XRD表征,使用三维轮廓扫描仪研究激光脉冲次数与激光烧蚀深度的关系。采用激光诱导击穿光谱技术(LIBS)技术研究腐蚀元素Na和Ca,基底元素Mg和Al在纵向的相对分布。结果表明,合金表面形成了Mg(OH)_(2),Al_(2)O_(3)和Li_(2)CO_(3)等腐蚀产物。96 h腐蚀时间下样品中Na和Ca的腐蚀深度分别约为24.48μm和13.6μm。同时,发现Na和Ca参与反应生成腐蚀产物NaAlCO_(3)(OH)_(2)和CaAl_(2)O_(4)。

考虑逆变器谐波耦合的牵引传动系统机电耦合振动特性研究

作为牵引传动系统能量转换的关键部件,牵引电机在电气激励作用下会受到各种冲击载荷和周期激振力的作用,从而产生机电耦合振动,威胁牵引传动系统的可靠运行。对此,基于双惯量模型对牵引传动系统机电耦合振动特性开展研究。首先,建立牵引电机的双惯量模型,依据此模型对其固有频率进行计算,并介绍了机械传动系统的同频受迫振动模态。其次,根据逆变器的开关特性,着重分析了脉宽调制(PWM)导致的边带谐波转矩对机电耦合同频共振的影响,探索逆变器的频率耦合产生的间谐波对机电耦合系统的影响。接着,以传递函数的形式对考虑双惯量负载的牵引传动系统进行建模,从频域角度对系统机电耦合共振特性进行理论分析。最后,利用硬件在环测试对所分析结果进行验证。

牵引变流器功率器件结温在线监测方法综述

功率器件结温在线监测对牵引变流器安全可靠运行至关重要,准确的结温监测是牵引变流器失效分析、运行状态监测、健康管理和剩余服役寿命预测的基础。因此,面向功率器件结温在线监测开展了大量研究。在此基础上,概述了以热网络模型法和温敏参数法为主的功率器件结温在线监测方法,以此为分类基准梳理了现有功率器件的结温监测方法并讨论了在牵引变流器中在线实现的可能,详细介绍了功率器件结温监测方法针对在线应用及客观因素干扰的发展与改进。最后,总结并对比了现有功率器件结温在线监测方法的演变、联系与差异,在分析现有结温监测方法面临挑战的基础上,展望功率器件结温在线监测在人工智能技术辅助下的前景。

基于遗传算法的悬浮电磁铁磁热耦合参数优化

中低速磁浮列车依靠悬浮电磁铁产生电磁吸力,实现悬浮和导向,针对悬浮电磁铁结构参数设计问题,提出一种基于磁热耦合仿真的方法对悬浮电磁铁进行优化研究。通过对电磁铁结构分析,提出对悬浮电磁铁进行内扣和外扣两种方式,并分别建立三维有限元参数化计算模型,分析其主要发热源和热流量计算方法。在电磁铁温升不超过设定值的情况下,以提升悬浮电磁铁的浮重比为目标,采用遗传算法对结构参数进行寻优求解。仿真试验结果表明,在保证悬浮力达到要求的情况下,所提方法对电磁铁进行内扣操作后,其质量减少43%,进行外扣操作后,电磁铁质量减少58%,并且电磁铁的稳态温升没有超过设定值。所提出的设计方案更加符合实际,为后续设计提供一定的参考依据。

高速磁浮交通系统制式特征与适应性

高速磁浮交通车轨无接触运行,摆脱了轮轨黏着和弓网受流的约束,安全舒适、可靠性高、环境适应性强,具有不可替代的优势。文章基于高速磁浮交通系统的悬浮、导向和驱动三大核心技术,对常导电磁吸力型、低温超导电动斥力型、永磁电动斥力型和高温超导永磁钉扎型不同制式的高速磁浮交通系统特征与性能进行系统梳理,分析不同制式高速磁浮交通系统的技术难点、应用制约和适应性。结合建设交通强国的总目标及中国磁浮交通技术的研究与发展状况,提出常导电磁吸力型高速磁浮交通系统是目前中国突破轮轨交通运行速度制约的最佳选择。