电磁悬浮系统的改进线性自抗扰控制方法

单点电磁悬浮系统是常导电磁磁浮列车悬浮系统的关键控制单元。针对单点电磁悬浮系统因强干扰影响导致控制性能下降的问题,提出了一种改进型线性自抗扰控制(LADRC)方法。首先,基于电磁悬浮结构及原理建立了单点悬浮系统线性化模型,并对系统稳定性进行了分析。其次,基于自抗扰控制方法设计位置外环控制器以及基于PI调节器的电流内环控制器,对线性扩张状态观测器进行改进,设计两级级联的线性扩张状态观测器提高扰动估计精确度及速度,进而提高LADRC中扩张状态观测器对系统扰动的估计能力,并在频域上分析了改进型LADRC扰动估计性能和抑制能力的优越性。最后,搭建实验环境,对改进线性自抗扰控制方法的有效性进行验证。实验结果表明,所提的改进型LADRC不仅具有良好的位置跟踪性能,同时相比传统LADRC具有更强的抗扰动能力。

电磁悬浮系统的改进滑模控制方法

针对电磁悬浮系统存在的非线性、模型不准确性以及复杂运行工况对控制精度的影响,提出一种改进滑模变结构控制策略。通过对电磁悬浮系统进行建模分析设计,基于滑模变结构控制方法的位置外环控制器以及基于PI调节器的电流内环控制器,设计一种分段式变速趋近律,减小悬浮气隙跟踪误差和控制系统抖振,并引入速度状态量来降低控制系统在滑动模态初期过大的趋近速度。仿真和硬件实验结果表明,在采用改进滑模变结构控制策略后,系统的调节时间比传统滑模控制减少了60%,超调量减少了77%,具有更小的稳态误差和抖振,同等干扰情况下具有更强的抗扰动能力。本方法不仅能够有效提高电磁悬浮系统的控制性能,对于其他非线性控制系统也具有较好的参考价值。

电磁悬浮下氢还原气氛对硅铁合金脱磷的影响研究

磷杂质的去除是生产纯净度高的冶金级硅的关键。相对于传统方法,电磁悬浮精炼技术具有避免坩埚污染、使材料内部成分均匀、高温快速熔炼等特点,该方法可以实现硅铁合金中磷杂质的去除。通过控制悬浮氢还原气氛的浓度、悬浮时间及悬浮温度,探索了脱除硅铁合金中磷杂质的机理及效果。结果表明,当氢还原气氛为50%Ar-50%H_(2)、气体流量为1000 mL/min、悬浮时间为2700 s、悬浮温度为1750℃时,硅铁合金的脱磷效果最好。

重力仪基准棱镜的高精度电磁悬浮控制及前馈补偿方法

在地面绝对重力仪或空间微重力测量仪中,需要完成检测质量或基准棱镜无接触连续释放回收以及隔振控制。基于此设计了一种用于重力仪基准角锥棱镜的电磁悬浮控制系统,采用洛伦兹力电磁执行器,实现六自由度的电磁捕获释放控制及隔振。基于地面三自由度闭环控制下实测数据,拟合建立了输出力非线性模型,在传统PID控制的基础上,设计了前馈补偿与负刚度相结合的控制算法。在地面重力环境下进行实验,结果表明,与未加入前馈补偿控制相比较,系统启动时间从7 s缩短到4 s,系统带宽从2.5 Hz增加到4.3 Hz,加入负刚度控制使系统竖直方向振动扰动频点从7.2 Hz降低到6.2 Hz,有效提高了重力仪棱镜控制系统的控制效果和隔振性能。

电磁悬浮型高速磁浮车-岔垂向动力响应

从车辆构造特点出发,建立电磁悬浮(EMS)型高速磁浮车辆悬浮架、悬浮电磁铁链式结构动力学模型,并引入基于状态观测器的悬浮控制算法。结合反映道岔结构特征及动力特性的有限元模型,建立车-岔系统动力响应分析模型。仿真结果表明,所提出精细化模型的数值模拟结果与实测数据较为接近。在此基础上,开展了单节和多节编组列车在静悬以及低速和高速通过道岔等多种工况下的仿真试验,分析了不同影响因素下高速磁浮车-岔系统振动特征。仿真和实测结果表明,明确车-岔-悬浮控制之间的参数匹配关系是揭示车-岔相互作用机理的前提和关键。

电磁悬浮下不同凝固方式对Ti-48Al-2Cr合金显微组织的影响

钛铝基合金凝固组织是控制其性能的关键因素,电磁悬浮技术作为一种非接触式熔炼技术,能够显著改善合金凝固组织的形貌,从而改善其性能。采用电磁悬浮技术和不同的凝固条件对Ti-48Al-2Cr(at%)合金进行了处理,并研究了其显微组织形态结构特征。结果表明:电磁悬浮后合金的凝固组织明显区别于原始合金的凝固组织;有容器凝固的显微组织呈现放射状细密结构,出现了粗大的枝状晶体形貌,无容器凝固的显微组织呈现出典型的片层结构,显著改善了凝固组织;电磁悬浮下无容器凝固方式的Ti-48Al-2Cr合金显微组织是不同方向分布的α_(2)+γ片层状组织,片层组织晶粒尺寸随着He气流量上升而减小,晶粒显著细化,当电磁悬浮气氛He气流量从3.0 L/min增加至5.0 L/min时,合金的晶粒尺寸从282.5μm减小至206.6μm,晶粒尺寸细化了26.9%。

基于强化学习的电磁悬浮型磁浮列车悬浮控制

为了保证磁浮列车的安全、可靠运行,研究了悬浮系统在参数摄动条件下的悬浮控制问题。首先,对电磁悬浮(EMS)型磁浮列车的基本悬浮单元建模,给出了电流控制模型;然后,建立了悬浮系统的强化学习环境以及软演员-评论家(SAC)智能体,并设计了加速训练的奖励函数与“吸死”处理方案;最后,提出了基于强化学习的悬浮控制方法。与传统比例-积分-微分(PID)控制方法的对比结果表明,本方法具有更快的动态响应,在损失50%线圈匝数或磁极面积变化时具有更好的跟踪精度。

电磁悬浮下Ti-Al-Zr合金的快速枝晶生长与腐蚀机理

采用电磁悬浮技术实现Ti_(47)Al_(47)Zr_(6)合金的快速凝固,并结合电化学方法对合金在模拟海水条件下的耐腐蚀性能进行研究。结果表明:电磁悬浮条件下α-Ti枝晶生长速度随过冷度增大呈指数型增大;在277 K的过冷度下,α-Ti枝晶的生长速度达到15 m/s;随过冷度的增大,合金中初生α-Ti枝晶显著细化,枝晶间γ相的形成被抑制;枝晶间γ相耐腐蚀性能最差,点蚀先发生在枝晶间的γ相中,然后,腐蚀向α-Ti枝晶发生共析转变形成的板条状γ+α_(2)区域蔓延,并且从γ相到α_(2)相相继被腐蚀。提高枝晶间γ相中Zr含量能够强化钝化膜的保护性,阻碍枝晶间γ相点蚀的发生。而且,减少枝晶间γ相的晶粒数量可以削弱微电偶效应,降低合金的点蚀敏感性,从而其延缓腐蚀进程。

基于两相三桥臂开关功放的电磁悬浮系统差动位移估计

自传感电磁悬浮系统利用线圈电感电流与定、动子间气隙的函数关系估计动子位移信息,减少位移传感器的使用,具有成本低、可靠性好和集成度高的优点。该文针对传统单线圈电流纹波变化率检测法估计误差大、易受干扰的问题,基于两相三桥臂开关功率放大器的差动电流控制,建立了两相线圈电流纹波变化率检测的差动位移估计方法,提高了自传感控制精度。首先,阐述了两相三桥臂拓扑的工作原理和电流纹波的特性,明确了差动控制下电流纹波变化率与动子位移的函数关系,给出自传感差动位移估计的实现方法。然后,结合实验分析了线路电阻、偏置电流和母线电压等参数对电流纹波变化率的影响。最后,在单自由度电磁悬浮平衡梁实验平台上开展了自传感动态悬浮控制实验,验证了所提方法的有效性。

用高温超导线圈和常导线圈构成的混合式电磁悬浮系统

常导电磁吸力悬浮系统悬浮气隙小、悬浮功率大,电动斥力悬浮系统不能实现静止悬浮、磁场污染大。由于受电流变化率限制,单独采用高温超导线圈构成的电磁吸力悬浮系统不能实现稳定悬浮。经分析比较,提出了一种用高温超导线圈和常导线圈构成的混合式电磁吸力型悬浮系统方案。采用这种混合式悬浮方案可增大悬浮气隙、实现稳态"零"功率悬浮、减轻车体重量、降低制冷费用、且无磁场污染。

模糊PID控制在电磁悬浮平台中的应用

建立电磁悬浮平台的数学模型;讨论系统的刚度阻尼与控制系统之间的关系;利用此关系和稳态误差确定常规proportional-integral-derivative(PID)控制参数。采用常规PID控制与模糊控制相结合的控制策略,在常规PID调节器的基础上运用模糊推理思想,根据不同的偏差E、偏差变化率EC对PID参数KP,KI和KD进行自校正。实验结果表明:系统的稳态误差约为2%;当平台被迫向下偏移0.5mm时,系统仍能快速回到平衡位置且稳定悬浮,说明系统具有很好的刚度阻尼特性和鲁棒性。

电磁悬浮熔炼技术的发展及其在金属中气体分析领域的应用

电磁悬浮熔炼技术是一种无容器材料处理加工技术,具有无容器壁污染、熔体均匀、加热熔化速度快以及表面气液相平衡速度快等优点。本文结合业以报道的电磁悬浮技术,概要叙述了近几十年来电磁悬浮技术发展概况,简要阐述了电磁悬浮基本原理,讨论了悬浮线圈的结构设计,对悬浮中的关键问题进行了分析,总结了近年来电磁悬浮技术在金属中气体分析的应用,并展望了电磁悬浮技术的应用前景及发展趋势。

电磁悬浮平台系统的滑模控制研究

针对电磁悬浮系统中存在建模误差和外加干扰的非线性控制问题,研究了磁浮系统的滑模控制方法,设计了磁浮系统的切换超平面和基于最终滑动模态的滑模控制系统。仿真结果表明,该控制系统能有效抑制系统参数摄动引起的扰动和持续的外激力干扰,增强了系统的鲁棒性。

电磁悬浮式微驱动器的有限元分析研究

设计了一种新型的多点峰值磁场相互作用的电磁悬浮式微驱动器,解决了悬浮驱动力与横向力相互耦合的问题,有利于调节悬浮体的运动姿态。通过对悬浮力关于输入电流、气隙高度做单一因素参数化有限元分析和联合参数化有限元分析,得到了微驱动器有限元特征参数关系曲线。通过实验测试,得到的实验特征参数关系曲线与理论特征参数关系曲线和有限元特征参数关系曲线吻合一致,表明了所设计的微驱动器的可行性。

磁场同步跟随式电磁悬浮微驱动器的理论分析与建模

提出了一种基于磁场同步跟随的新型电磁悬浮式微驱动器,解决了悬浮驱动力与横向力相互耦合的问题,可实现高精度微运动。通过理论分析,建立了该驱动器的驱动力数学模型;采用矢量磁位法、傅里叶级数法和麦克斯韦张量法完成了该驱动器的特征参数辨识,并分析了永磁体材料、尺寸、导线阵列电流大小以及气隙高度对悬浮力大小的影响,由此得到悬浮力与气隙、电流的关系。实验结果证实了理论分析与建模的正确性以及该驱动器的实际可行性。

用电磁悬浮动力吸振器控制转子多频不平衡响应的方法

在转子上采用电磁悬浮动力吸振器 ,可以解决转子振动控制中的许多难题。它不必安装在轴承位置 ,因此可以兼顾转子的静、动态特性要求 ;不随转子旋转 ,激励控制方便 ,且不会因吸振器运动而派生出更大的离心力问题 ;因非接触又不随转子旋转 ,不会增加转子的转动惯量 ,原则上其质量可以有较大的选择余地 ;没有外传力或外传力很小。因此 ,电磁悬浮动力吸振器具有重大的工程应用价值。在给出转子 +电磁悬浮动力吸振器系统模型的基础上 ,采用输出调节器理论 ,设计了电磁悬浮动力吸振器控制系统。控制系统的主要目标是 :在指定的多个频率位置 ,将转子的不平衡响应减为零 ,而在其余较宽的频率范围内 ,尽量抑制不平衡响应的水平 ,使之处于非共振量级。仿真分析验证了所提出方法的有效性。

具有反馈控制的电磁悬浮体的动力稳定性

研究了悬挂式电磁悬浮体在铅垂方向运动的动力控制稳定性问题，给出了悬浮体动力控制系统抗外界干扰（位移或速度）的稳定控制参数范围和回复到目标状态的控制参数选择方式。最后给出了有关数值模拟结果。

未知传递函数情况下主动电磁悬浮系统支承特性在线测量

分析了主动电磁悬浮系统支承的等效刚度和阻尼的理论计算方法。从闭环系统的角度出发,提出了一种不依赖于系统传递函数的等效刚度和阻尼的在线测量方法。以PID控制为例进行对比实验,分析了控制参数、激振幅度和激振频率对主动电磁悬浮系统支承等效刚度和阻尼的影响。结果表明,所提出的测量方法能够实时在线地对主动电磁悬浮系统支承的等效刚度和阻尼进行准确识别。

真空电磁悬浮测定(TbDy)Fe_2合金高温热辐射系数

利用试样在悬浮状态时重力与悬浮力相等,从而得到悬浮感应器的高频电流,进而得到悬浮感应器输入试样的功率。利用悬浮试样在热平衡状态输入功率与能量耗散平衡,从而得到合金的高温热辐射系数。并且利用这种方法测得(TbDy)Fe_2合金在T=1455℃的热辐射系数为0.524。

电磁悬浮轴承刚度和阻尼设计

建立了电磁悬浮轴承的力学模型 ,对具有不平衡的转子的振动进行了控制分析。由于电磁悬浮轴承具有可控刚度和阻尼特性 ,因此可利用等效刚度和等效阻尼概念选择控制系统参数 ,简化设计过程。对一实例进行了具体分析 ,证实这种方法可行。分析结果还表明 ,若控制参数选择合理 。