电磁永磁混合型EMS磁悬浮非线性控制算法研究

针对电磁永磁混合磁悬浮这一种特殊非线性系统,深刻分析被控对象特性后,指出普通状态反馈控制方法的不足,根据系统的特性提出一种非线性反馈控制方法,并通过反馈线性化理论证明其合理性。为进一步改善控制效果,提出重构速度信号,延长大速度信号的作用时间,在满足系统正常响应速度的情况下,增加电磁铁向上运动的阻尼,抑制电磁铁向上方向的超调,从而避免磁铁撞击甚至吸死轨道。最后通过实验验证算法的有效性。

电磁永磁混合结构排斥力的特性

在永磁体上加上螺线管的这种结构称为电磁永磁混合结构,这种结构可以调节部分磁场强度,从而调节所受力的大小。本文对混合结构与单体永磁体之间产生的排斥力分别进行了等效计算法和数值计算法计算,并进行了比较,结果表明等效计算法虽简单、易理解,但它是基于磁路的计算,因此计算误差太大。而数值计算法中的有限单元法虽繁锁,但它是其于有限元件分析,精确可靠。并利用ANSYS分别对混合式和纯电磁铁进行有限元分析,通过对比证明了混合悬浮系统在排斥力方面的优越性。

电磁永磁混合悬浮的零功率控制

基于电磁永磁混合悬浮系统局部线性化设计零功率悬浮控制器,将电流积分项视为外环独立控制。其电流反馈采用最速电流环的思想,使线圈电流能快速跟踪控制电压变化,减少电感滞后作用。根据不同负载质量对应的最优控制参数及其实现零功率悬浮时对应的间隙,设计变负载质量条件下PD环参数的自适应机制。

Fuzzy-PID控制算法在永磁电磁混合悬浮系统中的应用

永磁电磁混合磁悬浮平台控制系统是典型的非线性迟滞系统,单纯采用经典PID控制或Fuzzy控制难以满足系统的快速性、稳定性、鲁棒性等要求.虽然可以采用PID控制算法结合分段调节PID控制参数的所谓非线性PID来进行控制,但是这种整定方法由于采用了分段控制,在每个分段内PID参数不再变化,在受到较大扰动时控制作用可能会不及时,从而导致吸死现象的发生.针对以上问题,提出采用Fuzzy控制和PID控制相结合的Fuzzy-PID控制算法,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、偏差变化率对PID参数进行自校正.仿真结果表明,系统具有较好的动静态性能,满足混合磁悬浮系统的要求.

EMS磁悬浮列车的零电流型永磁电磁混合磁铁设计技术研究

针对EMS磁悬浮列车的零电流型永磁电磁混合磁铁,研究其永磁体和电磁线圈结构参数的设计方法。永磁体安装在磁轭部位,其截面积不受磁极面积的限制,研究得出永磁体的厚度与其截面积的约束关系,并给出永磁重量最小化的设计方法。根据最大平衡安匝数要求,研究得出相对于纯电磁铁,混合磁铁的电磁线圈匝数可减半。由于混合磁铁的可控性能低于纯电磁铁,基于可控性要求,给出修正永磁体的结构参数的方法。最后给出一个实例,将1 t负载悬浮在8 mm间隙内,所需永磁体仅为6.4 kg。

永磁电磁混合型磁浮球的改进滑模控制方法

针对未知扰动引起永磁电磁混合悬浮系统控制性能下降问题,提出一种基于扩张状态观测器的改进滑模控制方法 .首先,分析并搭建了永磁电磁混合悬浮型磁浮球控制实验台和系统理论模型;其次,引入了扩张状态观测器对系统扰动进行估计与控制补偿,采用积分滑模面和改进指数趋近律设计了改进滑模控制方法,削弱了滑模控制输出抖振,改善了磁浮球的动、静态性能,并分析了有无扩张状态观测器对扰动估计与补偿时的系统的稳定性和误差收敛大致范围;最后,通过半实物联合仿真技术对所提基于扩张状态观测器的改进滑模控制方法、改进滑模控制方法、传统滑模控制方法和比例-积分-微分控制方法进行对比实验.理论分析和实验结果表明:所提基于扩张状态观测器的改进滑模控制方法具有更强的稳定性和抗扰性,对外部磁场摄动具有更强的鲁棒性,在给定信号范围变化及突变时也具有更强的适应性.所提控制方法进一步提高了永磁电磁混合悬浮系统的控制性能,对于永磁电磁混合悬浮型磁浮球这一类非线性系统的控制也具有较好的参考价值.

永磁电磁混合磁悬浮列车吸死防护技术研究

相对传统的电磁型磁悬浮(EMS)列车,永磁电磁混合型磁悬浮(PEMS)列车可以降低功耗、减少发热,还可以实现大气隙悬浮,但存在吸死的可能是目前阻碍其向工程应用发展的最大障碍,提出一种新型永磁电磁混合磁铁结构,使得系统具备冗余性,并通过理论和仿真分析新结构的合理性和有效性,能很好地完成悬浮和吸死防护任务,分析了相应的控制器改造的可行性。

磁浮列车永磁电磁混合悬浮导向系统特性分析

针对中速磁浮列车悬浮系统节能降耗的需求,提出了一种永磁电磁混合悬浮导向系统。根据永磁电磁混合悬浮导向系统的工作原理,确定了其结构组成,完成了悬浮力特性、自导向特性分析,以及气隙控制方式和防吸死控制策略研究;在建立系统数学模型和仿真模型的基础上,对系统方案进行仿真验证,并对混合悬浮电磁铁的悬浮损耗、温升、悬浮控制器性能、悬浮系统在平直道和曲线段的悬浮导向能力和承载力等进行测试。试验结果表明,永磁电磁混合悬浮导向系统具有承载能力强、悬浮电流小,发热量少等优点,系统的自适应能力满足中速磁浮列车运行的要求,可为中速磁浮列车的推广应用奠定基础。

考虑多约束条件的磁浮列车节能型永磁电磁磁铁优化设计

为降低悬浮能耗,在不改变中低速磁浮列车F型轨道结构和车辆结构前提下,提出一种适合工程应用要求的全尺寸永磁电磁混合磁铁的结构优化设计方法。给出一种永磁体安装于铁心一侧、永磁体极面积可调整的混合悬浮磁铁方案。根据混合磁铁电磁力的非线性模型,分析承载能力与永磁体的厚度、极面积、最大磁能积以及电磁线圈安匝数的约束关系,提出基于有约束的非线性规划策略的混合磁铁的结构优化设计方法。单转向架试验表明,该新型混合磁铁与常规电磁铁的悬浮能力相当,悬浮功耗显著降低。

永磁电磁型低速磁悬浮车轨耦合振动抑制新方法

针对永磁电磁混合磁浮列车静浮实验中遇到的车轨耦合振动问题,首先建立考虑轨道弹性的系统数学模型,分析产生振动的原因,提出了通过设置非线性饱和环节、动态调整饱和阈值来抑制车轨耦合振动的新方法。系统在平衡点附近时通过调整饱和阈值来改变控制输出的幅值特性,逐步消除引起共振的能量,从而达到抑制振动的目的,系统在偏离平衡点时,快速释放饱和环节,进而提升控制器的调节能力和抗干扰能力。

基于漏磁补偿的混合电磁铁磁力修正研究

电磁永磁混合磁铁的悬浮磁力具有强非线性特点,与磁铁结构密切相关,而现有混合磁铁磁力解析计算公式忽略了磁路漏磁等因素影响,在实际计算中存在较大误差.针对这一问题,建立了两种常用混合磁铁结构的磁路模型,分析了边缘磁通分布、磁路漏磁对磁铁工作磁路的影响,推导了两种混合磁铁的磁路方程及相关磁阻,提出了一种新的混合磁铁磁力修正计算方法,最终通过有限元分析对两种结构的混合磁铁磁力进行了验证.研究结果表明:由于悬浮气隙较大,电磁永磁混合磁铁在电磁力计算中漏磁影响不能忽略;采用本文磁力修正公式计算,两种混合结构电磁力误差分别降低为3.8%和8.3%.

磁悬浮式驱动织针原理及试验方法探讨

在分析针织提花机传统选针原理和磁悬浮技术的基础上,提出一种新的磁悬浮式驱动织针模式,该模型以电磁-永磁混合驱动为基础,对电磁驱动织针进行编织原理研究与试验方法探讨。验证了磁悬浮式驱动织针模式下选针方式的可行性;同时对试验数据进行分析,验证悬浮驱动理论模型的正确性。将单织针控制原理扩展延伸到多织针控制,并对多织针悬浮驱动模式的控制策略进行探讨,为实现磁悬浮式驱动织针实用化奠定基础。

电力活塞式电动机混合驱动系统性能分析

针对电动汽车电动化底盘电力活塞式电动机电磁驱动系统存在的电磁力对电流大小过度依赖的问题,提出一种采用永磁电磁混合方式构成电力活塞式电动机混合驱动系统驱动活塞做功的方案,设计了电磁永磁混合驱动系统结构。基于磁路分析法建立了传统电磁驱动系统和电磁永磁混合驱动系统的等效磁路模型,并建立了两种驱动系统的仿真模型,在同等条件下对两种驱动系统进行了研究分析,结果表明:同等条件下,电磁永磁混合驱动系统产生的电磁力是传统电磁驱动系统的17.3倍;在同等工作要求下,电磁永磁混合驱动系统的电流消耗为传统电磁驱动系统的25.2%,有效降低了电动汽车电动化底盘电磁永磁混合驱动系统的能耗,验证了所提方案的可行性和有效性。

磁悬浮式织针轴向悬浮控制及运动轨迹研究

针对传统针织提花机原理,提出一种电磁-永磁混合驱动织针模型。通过该模型与传统织针运动轨迹比较,建立磁悬浮式驱动织针运动控制方案,在此基础上,重点探讨织针运动轨迹位置实时检测,实现提花三功位编织动作;建立电磁-永磁混合驱动下磁感强度对织针轴向磁力模型,分析电磁-永磁混合驱动时织针运动频率与结构之间关系,揭示影响悬浮式织针运动频率的因素,从而对织针轴向位移进行实时监测。结果表明,磁悬浮式驱动织针方式不仅能优化编织原理,同时能大幅度提高编织效率。

EMS和PEMS磁浮系统斩波器研究

结合纯电磁型磁悬浮和永磁电磁混合型磁悬浮的原理,研究各自斩波器主电路,通过理论分析,研究斩波器单个控制周期以及相对长时间的工作过程,指出PWM(Pulse Modulator Module)占空比对相对长时间内电流变化速度的影响,并推导出稳态电流与PWM占空比的关系式;分析如何选择控制周期的合理值,使斩波器工作在良好状态,最后指出只要采用合适的控制方法,永磁电磁混合型磁悬浮的斩波器也适用于纯电磁型磁悬浮。

悬浮式驱动织针系统的高效编织模式研究

基于课题组前期开展的悬浮式驱动织针理论及织针动态特性研究以及悬浮式驱动系统,为了大幅度提高编织效率,降低针织机能耗,深入研究悬浮式织针的运动机理,分析织针的最高工作频率及高效工作模式,以实现传统机械编织工艺的彻底取代。从运动模型和工作频率上分析悬浮式织针3功位工作,测量悬浮式织针的工作频率,给出各种电磁激励下织针运动的机械频率,测试最高激励频率下织针的机械运动,计算针织提花圆机的悬浮编织效率。结果表明,在电磁-永磁混合驱动模型下,悬浮织针3功位高速编织,编织效率可达18.500Hz,比传统机械编织工艺提高一倍以上,完全可以取代传统顶针机械编织工艺。