采用改进PID控制的磁悬浮带式输送机控制系统研究

针对磁悬浮系统非线性、开环不稳定性等问题,在常规PID控制器基础上,提出了一种通过粒子群算法(PSO)和卡尔曼滤波器(KF)对PID控制进行优化的算法。采用PSO优化PID控制器,对PID控制器的各项参数赋值,通过KF对磁悬浮系统的干扰与噪声进行滤波,把结果反馈至输入端进行控制。在Matlab中完成系统的仿真及实验,并跟未经过改进PID控制器进行了比较。实验结果表明:通过运用PSO及KF优化改进后的PID进行控制时,悬浮气隙精度较高,比未改进的提高了29%,增强了系统的稳定性,能够满足磁悬浮控制的要求。

永磁悬浮带式输送机侧向力与跑偏仿真分析

在合理假设的基础上,对一种永磁悬浮带式输送机的磁悬浮支撑系统所受的侧向力数学模型进行仿真分析,仿真结果表明磁性输送带所受的侧向力与偏移量呈单调递增关系,输送带若发生偏移,则会引起侧向力的增加,从而引起输送带的进一步跑偏。而传统物理防跑偏措施并不适用于悬浮非接触式支撑方式。为了有效地解决永磁悬浮带式输送机的磁性输送带跑偏问题,设计了一种自动调偏装置并提出了相应的控制策略,通过调整永磁磁场与输送带的横向相对位置来改变侧向力大小,从而控制永磁悬浮带式输送机的跑偏,进一步的仿真验证了其可行性。

永磁悬浮带式输送机侧向力与跑偏问题

针对永磁悬浮带式输送机侧向稳定性问题,对平型、V型及槽型三种悬浮支撑结构进行研究。建立了三种悬浮系统的三维简化模型。基于FEM(finite element method)对悬浮力和侧向力进行有限元解析。结果表明,槽型结构承载能力和侧向防跑偏综合性能最好。将不同气隙情况下槽型结构侧向受力等效为磁力弹簧,拟合得到磁力弹簧动态载荷和刚度表达式,完成非线性弹簧一阻尼振动系统仿真。槽型结构悬浮系统在非平衡位置开始运动,在平衡位置附近振动,振幅逐渐减小,最终达到侧向平衡。结果表明,槽型永磁悬浮装置具有侧向自动回正调整功能。为永磁悬浮带式输送机结构设计及参数选择提供了参考。

永磁悬浮带式输送机悬浮力特性分析

建立了带式输送机永磁悬浮系统三维简化模型,基于FEM方法对不同永磁体厚度和不同气隙条件下的悬浮力进行有限元解析。提出将悬浮系统等效为磁力弹簧,二次拟合得到磁力弹簧动态载荷表达式并验证了方法的可靠性。给出了磁力弹簧动态刚度工作曲线,为永磁悬浮带式输送机结构设计及参数选择提供了参考。

磁悬浮带式输送机电磁结构优化

常规磁悬浮带式输送机采用永磁体和电磁铁组合的电磁结构,在磁悬浮支承力需求较高的工况条件下具有易发热、电流损耗大等问题。为解决该问题,提出了一种基于Halbach阵列的电磁结构。以电磁结构磁感应强度最大为目标函数,以电磁结构尺寸和磁感应强度分布范围为约束条件,建立了电磁结构优化数学模型。针对教与学优化(TLBO)算法用于求解电磁结构优化数学模型时容易陷入局部最优的问题,提出了一种改进的TLBO算法,该算法通过筛选引入新种群及改进教学阶段和互学阶段的学习方式,增强种群的多样性和搜索能力。测试结果表明,改进的TLBO算法的准确性和稳定性均优于标准TLBO算法。采用改进的TLBO算法对磁悬浮带式输送机电磁结构优化数学模型进行求解,得到最优电磁结构参数:Halbach阵列中单个永磁体高7 mm、宽9 mm,永磁体块数为7。实验结果表明,相同尺寸条件下,基于Halbach阵列的电磁结构最大磁感应强度相对基于永磁体的电磁结构提高了47.69%。

随机载荷作用下输送机永磁支撑装置的自适应特性

为了保证低阻力永磁带式输送机的正常稳定运行,对随机载荷作用下输送机悬浮支撑装置的自适应特性进行仿真研究。在合理假设的基础上建立了悬浮支撑装置的纵向随机振动模型;经过三维实体造型,自适应控制系统建模,外部随机载荷的定义及边界条件的施加等环节,完成跨平台多软件联合仿真环境下的悬浮支撑装置虚拟样机,并进行仿真模拟。仿真结果表明,在随机载荷的作用下,输送带运行状态失稳;随着输送带悬浮气隙的变化,磁悬浮力进一步调整,从而能再次达到系统平衡,与试验结果相符。永磁悬浮带式输送机悬浮支撑装置具有自适应动态调整功能。