悬浮间隙微分在磁浮列车系统中的应用

为了解决磁悬浮列车系统中普遍存在而难以解决的车轨耦合振动问题,以磁悬浮列车的车辆-轨道模型为研究对象,分析在普通反馈控制规律作用下容易产生车轨耦合振动的原因,提出并实现了在普通反馈控制规律的基础上,引入电磁悬浮间隙的微分信号来抑制车轨耦合振动的方法。考虑到实验过程中,由于噪声的影响,微分信号难以准确获取,介绍了一种能够抑制噪声的微分信号求取方法,给出了实验和仿真结果,验证了本文提出的控制方法的有效性。

抑制电磁干扰的悬浮间隙传感器检测线圈结构设计

高速磁浮列车悬浮间隙中存在着牵引磁场、悬浮磁场等多种磁场,它们的高次谐波耦合到检测线圈中容易形成电磁干扰对悬浮间隙传感器造成影响。通过设计8字结构线圈,大幅度抑制了这种共模形式的电磁干扰。针对双检测线圈可能存在相互电磁干扰问题,通过调整双线圈之间相对位置,使两线圈间互感接近于零时,就可消除该种干扰,据此,确定两检测线圈间错位1/3线圈长度,通过试验验证了可行性。

悬浮间隙传感器的电磁兼容设计

高速磁浮列车悬浮间隙传感器所处的环境电磁场较复杂,各种电磁场通过传导或者辐射有可能干扰传感器;在讨论电快速瞬变抗扰度试验、浪涌抗扰度试验、静电放电抗扰度试验和射频场感应传导干扰的抗扰度试验等电磁兼容试验基础上,在传感器的电源线环节采取了电涌吸收器件加多级滤波的方案来抑制电磁干扰,在信号端口环节采取了暂态电压吸收器和光电隔离的方案来抑制电磁干扰,在检测线圈环节采取了8字型的线圈结构来抑制共模形式的电磁干扰;以上措施在试验中已经得到较好地应用。

磁悬浮列车悬浮间隙传感器的设计与实现

从硬件和软件两方面入手,对悬浮间隙传感器的线圈构成、电路设计和软件调试等方面进行了系统介绍,并加工了试验样机。样机测试结果表明,样机具备了测量间隙和速度的基本功能,为工程的进一步应用提供了试验依据。

高速磁浮列车悬浮间隙传感器的故障检测设计

在高速磁浮列车中,悬浮间隙传感器结构复杂,使用量大,环境温度高,振动较大,传感器易出现故障,因此,维护工作量大;为了解决该问题,提高维护效率,对传感器的振荡电路、信号调理以及通讯等主要环节,分别设计了相位差比较检测、基准信号切换比较以及电平转换比较等电路结构,通过传感器内部测试点与外围检测电路相结合,设计了故障检测系统结构及故障编码;最后进行了部分故障试验验证,达到故障准确定位、降低维护工作强度的目的。

基于PSO-RBF神经网络的磁浮车悬浮间隙传感器非线性校正方法

针对磁浮车悬浮间隙传感器在0～20 mm范围内检测的非线性问题,建立了RBF(径向基函数)神经网络非线性校正逆模型,并采用粒子群算法对网络参数进行优化。仿真实验表明,所设计的PSO(粒子群优化)-RBF神经网络能够高精度地逼近传感器逆模型,经校正后传感器线性度可达0. 45%,全量程的检测误差小于0. 1 mm,能够满足悬浮控制系统的精度要求。

EMS磁悬浮列车悬浮间隙传感器关键技术研究

以所研制的磁悬浮列车悬浮间隙传感器样机为背景,系统介绍了利用电涡流效应测量悬浮电磁铁和轨道间隙的原理、间隙传感器各部分组成。通过选用特殊的谐振电路和采取其他措施,解决了在线圈谐振和信号解调方面存在的关键问题。测试结果表明样机具备了测量间隙的基本功能,并且在常用测量段范围内有较好的线性度。

跟踪微分器在磁浮列车悬浮间隙处理中的应用

为了实现磁浮列车稳定悬浮控制,提出采用跟踪微分器结合联合滤波的悬浮间隙处理方法,以消除悬浮传感器过轨道接缝时的信号畸变,改善随机噪声对控制精度带来的不利影响。跟踪微分器可以反映实际带噪声信号的广义导数,其利用三路间隙信号广义导数特征对信号进一步滤波,算法计算量小,易于实现。阐述了跟踪微分器的原理及特征并进行了性能仿真分析;利用跟踪微分器结合实测数据的数值仿真结果证明了跟踪微分器对悬浮间隙信号处理的可行性和有效性。

中低速磁浮列车悬浮间隙传感器所处环境空间电磁干扰的研究

中低速磁浮列车悬浮间隙传感器所处环境周围存在着多种电磁干扰,特别是悬浮磁场的漏磁和车辆运行时磁浮轨道感应产生的端部涡流磁场,这些磁场有可能通过检测线圈的耦合进入传感器的电路,影响悬浮间隙的检测。文中研究了这两种电磁干扰,在单磁铁模块模型的瞬态磁场仿真基础上,分析认为它们是一种低频干扰,并从屏蔽和滤波2个方面提出了解决方法。基于传感器检测频率与干扰频率的差异性,设计了一种FIR高通滤波器,仿真结果表明其抑制干扰效果良好。

磁悬浮列车悬浮间隙传感器关键技术研究

本文系统介绍了磁悬浮列车悬浮间隙传感器的测量原理,通过对测量线圈结构的分析,就该传感器的核心技术问题提出了解决方案。测试结果表明这些方案有效的解决了传感器在间隙测量中的困难。

高速磁浮车辆悬浮间隙传感器与相对定位传感器对比分析

高速磁浮车辆悬浮间隙传感器为悬浮控制系统提供必要的间隙信息。相对定位传感器则分别为高速磁浮车辆牵引和运行控制提供同步直线电机次级极相角信息和速度信息。在分析两者应用差异的基础上,讨论了检测线圈结构设计、电路结构设计、动态特性、抗电磁干扰与抗温度漂移等共性技术。对悬浮间隙传感器而言,需弱化齿槽效应;对相对定位传感器而言,则需强化齿槽效应,以抑制悬浮间隙波动和减少传感器过接缝时的信号畸变程度。

轨道涡流对磁浮车辆头部悬浮间隙传感器的影响

处于中低速磁浮车辆头部的悬浮电磁铁运行时,在轨道上会感应出明显的涡流,这种随着速度的升高而增大的涡流,不仅影响头部悬浮电磁铁的悬浮吸力大小,同时也会影响基于电涡流原理的悬浮间隙传感器的检测输出信号。针对涡流对车辆头部悬浮间隙传感器的影响,利用电磁仿真软件Maxwell 3D对单电磁铁模块模型进行了瞬态磁场仿真,分析了电磁铁模块运动致使F轨产生的涡流与传感器线圈激励致使F轨产生的涡流之间的重叠现象,得出了该涡流影响容易导致传感器测量值偏大的结论,试验结果也验证了上述结论。

中低速磁悬浮列车悬浮间隙控制

该文利用基尔霍夫定律分析了电涡流间隙传感器的等效电路,得出间隙传感器检测线圈输出电压的变化和悬浮间隙变化的关系,并以此为原理建立了中低速磁悬浮列车轨道间隙控制模型,并对模型中的部件功能进行了详细说明,根据悬浮力和车辆重量的变化关系,利用控制算法计算悬浮电磁力—电磁铁电流—悬浮间隙之间的关系,分析悬浮控制模型对悬浮间隙的控制方式,从而验证所建模型的合理性、可靠性和可行性。

超声振动承载气膜对电机转子悬浮支承与减摩的研究

设计一种用于支承电机转子的超声波悬浮轴承,该轴承由圆锥形压电换能器辐射端面与连接在电机转子端的圆锥环构成。压电换能器在振动过程中在轴承间隙形成稳定的承载气膜,对电机转子悬浮。对承载气膜产生的承载能力进行分析和测试,获得悬浮力与悬浮间隙之间的关系,从理论上分析在超声悬浮支承条件下,悬浮间隙变化与气膜刚度对电机转速的影响,对转子最高转速与悬浮间隙的关系进行实验研究。结果表明,利用压电换能器圆锥辐射面与圆锥环构造的超声波悬浮轴承,能够形成对电机转子的轴向和径向支承;通过减小悬浮间隙,能够增强间隙气膜的刚度,并提高转子的最高转速,轴承间无摩擦。

基于轴向支撑超声波悬浮高速电机的研究

设计了一种轴向支承电机转子的超声波悬浮支撑结构。采用圆锥型轴承超声悬浮支撑结构,并对承载能力进行了分析和测试,获得了悬浮力与悬浮间隙间的关系,在振动过程中形成稳定的承载气膜;从理论上分析了在超声悬浮支承条件下,悬浮间隙变化对于电机转子临界转速与振动模态的影响情况,对转子最高转速与悬浮间隙的关系进行了实验研究。结果表明,通过减小悬浮间隙,能增强间隙气膜的刚度支承效果,并提高转子的最高转速。

基于超声波悬浮支撑的高速电机的设计

设计了利用单项支撑转子超声波悬浮的高速电机,采用压电换能器、永磁同步电机主轴,换能器辐射端面与主轴悬浮支撑帽均采用锥度相同的圆锥形结构,以保证主轴高速旋转时高度自动定心。测试结果表明:当超声波电源输出功率在500 W时,主轴转速达到20 000 r/min以上,悬浮间隙超过100 nm,大于两接触面粗糙度总和,主轴运转平稳,无接触摩擦噪声,不存在电磁耦合所导致的转矩波动和径向振动问题。

基于超球体高斯分布的悬浮系统异常检测

悬浮系统的异常指在中低速磁浮列车的实际运行中,悬浮系统工作状态与期望状态不匹配,但是系统没有发生故障。准确预测悬浮系统的异常有助于合理地分配有限的监控资源、提前安排预防性维护计划、减少计划外维修成本、降低事故率。虽然根据《中低速磁浮交通车辆悬浮控制系统技术条件》(CJ/T 458—2014)可获得基于悬浮间隙的经验阈值,但在工程应用中,该方法受到额定悬浮间隙不唯一和外界扰动的影响,常会产生漏报问题,同时悬浮间隙数据的平衡问题增加了异常检测的难度。因此,本文提出了一种基于超球体高斯分布的悬浮系统异常检测方法。该方法首先利用快速沃尔什变换(Fast Walsh-Hadamard Transform,FWHT)技术提取样本特征,并使特征分布空间近似超球体;然后根据样本特征与球心的欧氏距离确定异常阈值。现场试验数据结果表明,与基于经验阈值、基于主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)和基于支持向量数据描述(Support Vector Data Description,SVDD)的方法相比,提出的方法在系统异常检测能力方面更具有优越性。

磁浮列车悬浮状态数据采集系统设计与实现

磁浮列车的舒适性和安全可靠性主要取决于车辆的悬浮控制系统,悬浮控制系统是磁浮列车的关键部件之一。设计了一种中低速磁浮列车悬浮状态数据采集系统,该系统独立于列车悬浮控制器,数据采集器固定在磁浮列车底部悬浮架上,不影响行车安全,能实现对悬浮电流、电磁铁温度、悬浮间隙、悬浮架振动加速度和传感器信号等数据的采集和分析,为研究悬浮控制系统对线路条件、车辆动静态载荷、极端气候的适应性以及悬浮控制设备的可靠性提供了基础研究数据。

心脏泵悬浮支承结构优化及抗溶血性能分析

目的优化心脏泵的支承结构,以期增加悬浮力和减少溶血。方法设计新型离心式心脏泵的悬浮支承结构,在导流锥附近设计扇形开孔,在悬浮轴承底部设计辅助叶片,并通过计算流体动力学方法比较改进结构前后心脏泵的悬浮力和抗溶血性能。结果改进后心脏泵出入口压差值随流量增大而减小,且随叶轮转速提高而增大,与心脏泵在流体中流量压差情况相同,心脏泵的压差值在允许范围内。叶轮内血液最大速度低于溶血易发生速度(6 m/s),结构改进具有可行性。改进后,叶轮上下表面的压差随着流量的增大而减小,轴向方向向上的悬浮力增大,叶轮受到的悬浮力增加,悬浮性能得到改善;在液力轴承悬浮间隙处,流体平均流速提升,心脏泵底部区域的剪切应力最大值与高剪切应力区域占比均相对降低;液力轴承悬浮间隙处和底部区域溶血减少,改进结构后的心脏泵溶血指数相较于改进前降低了12%。结论优化后的心脏泵悬浮性能得到改善,且溶血指数降低。改进的悬浮结构也可应用于其他离心式心脏泵,其在增加心脏泵悬浮力与减少悬浮轴承间隙处溶血方面具有实际价值。

基于力平衡的磁悬浮控制方法

磁悬浮系统本身是一个非线性不稳定系统,传统的悬浮控制方法是将非线性系统在平衡点附近进行线性化,建立线性化模型,再设计状态反馈控制方法进行悬浮控制。但试验中发现,当系统工作状态远离工作点时,这些控制方法的性能会明显变差。从悬浮控制系统的本质出发,在对磁悬浮系统的受力进行理论分析的基础上,提出了一种基于力平衡的非线性悬浮控制算法。通过仿真对比和试验表明,该控制算法物理概念清晰、易于实现,具有较好的控制性能。