EMS型磁浮列车悬浮静磁场电磁环境仿真研究

为量化评估常导电磁悬浮(EMS)型磁浮列车的电磁环境风险,在确定位于磁浮列车悬浮架两侧的直线电机转子励磁线圈为辐射源的基础上,采用有限元软件COMSOL Multiphysics,建立长定子轨道和EMS型磁浮列车三维结构模型,对直线电机的悬浮电磁特性以及它在周围空间和磁浮列车车厢内产生的静磁场进行仿真计算,并将车厢内的磁通密度计算结果与静磁场暴露限值标准进行对比。结果表明:长定子直线电机在励磁电流为25 A时,悬浮间隙中心线处磁通密度最大模值约为0.9 T,悬浮电磁力约为19.7 kN·m^(-1);磁浮列车夹层位置处磁通密度最大模值在9.39~53.6 uT范围内,车厢内磁通密度最大模值约为6.93 uT;悬浮励磁线圈在车厢内产生的磁通密度最大值远低于国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)对一般公众推荐的400 mT静磁暴露限值,且满足标准EN 45502-2-1—2003和GB 16174.2—2015中小于1 mT的静磁场暴露控制限值。

混合EMS型磁浮列车的悬浮磁铁设计与分析

研究适用于EMS型磁浮列车的全尺寸电磁永磁混合悬浮磁铁的设计问题。通过比较永久磁铁的不同安装位置的影响,给出混合磁铁的结构方案。根据混合磁铁吸力公式,得出只有在永久磁铁矫顽力大于一定值时利用混合磁铁才能减小悬浮能耗。分析了混合磁铁的设计要求,研究满载起浮、稳态悬浮、空载吸死三种典型情况下对电磁线圈窗口高度的约束,得出混合磁铁的优化设计参数。最后利用Ansoft有限元磁场分析软件对钕铁硼永磁材料的拼装影响进行分析,给出校正后的悬浮磁铁设计结果。

EMS型磁浮列车悬浮控制系统对爬坡能力的约束分析

分析EMS型磁浮列车的悬浮控制系统对爬坡能力的约束。首先基于系统开环传递函数和通用的悬浮控制器模型,通过将其单实极点配置为闭环非主导极点,将爬坡能力与控制系统的频带和阻尼等参数对应起来;然后以圆曲线型缓和曲线为例,分析得出坡道段的最大跟踪误差与行车速度的关系;最后结合允许误差,给出最小竖曲线与最大爬坡速度半径的关系。研究结果对实际工程具有一定的指导意义。

EMS型磁浮列车悬浮力分析

悬浮系统是磁浮列车的重要组成部分 ,其性能将直接影响车辆的性能。悬浮力是线路桥梁设计和车辆线路动力学分析的基础。根据EMS型磁浮列车的特点 ,给出了悬浮系统的教学模型 ,分析了悬浮力的大小及其动态特性。

EMS型磁浮列车模块的基于逆系统的解耦控制

针对EMS型中低速磁浮列车的模块内部两个悬浮端点之间的耦合问题,本文采用基于逆系统的解耦方法,把悬浮模块系统解耦为两个独立的单输入单输出线性系统,并用线性系统理论的状态反馈方法为这两个线性系统配置极点,使它们按照预期的性能指标稳定。最后对整个控制系统进行了仿真研究和实验研究。仿真和实验结果表明,本文设计的解耦控制器能很好的抑制模块内部的耦合,能提高模块的悬浮控制性能。

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。

考虑间隙反馈控制时滞的磁浮车辆稳定性研究

常导磁吸型(EMS)磁悬浮列车在悬浮控制中的每个环节,时滞是不可避免的,当时滞超过一定程度后,系统有可能失稳.本文针对EMS磁浮列车控制环节的临界时滞与车辆参数(如运行速度、反馈控制增益、导轨参数和悬挂参数)的关系开展研究.建立了磁浮车辆/导轨耦合动力学模型,车辆包含1节车辆和4个磁浮架,考虑车辆的10个自由度,每个磁浮架上包含4个悬浮电磁铁.导轨模拟为一系列简支Bernoulli-Euler梁,采用模态叠加法对导轨振动方程进行求解.采用传统线性电磁力模型实现车辆和轨道的耦合.采用比例–微分控制算法对电磁铁电流进行反馈控制,实现车辆稳定悬浮,并假设时滞均发生在控制环节,且只考虑间隙反馈控制环节的时滞.采用四阶龙格库塔法对耦合系统动力学方程进行求解,编写了数值仿真程序,计算得到车辆导轨耦合系统在考虑间隙反馈控制时滞时的响应.将系统运动发散时的时滞大小视为临界时滞,开展了参数规律影响分析.通过分析,给出了提高时滞条件下车辆稳定性的方法,包括增大导轨的弯曲刚度和阻尼比,减小间隙反馈控制增益并增大速度反馈控制增益,以及增大二系悬挂阻尼.

基于Maxwell的高温超导EMS型悬浮电磁铁仿真分析与优化

悬浮电磁铁作为EMS型磁浮列车的重要部件,用于提供列车悬浮所需的电磁力,其电磁特性对磁浮列车的性能有重要影响。本文给出了一个与长沙磁浮快线实际应用的电磁铁尺寸相近的算例,用Ansys的Maxwell 2D模块,仿真超导线圈替代铝线圈后悬浮性能的变化情况,并在此基础上对高温超导电磁铁进行优化。结果表明,将U型铁芯底部厚度由58 mm变为53、48及43 mm后,悬浮力变化较小,但可有效降低车体自重;磁极宽度分别加宽5、10及15 mm后,电磁铁的磁饱和情况得到改善,且一定范围内宽度越大,效果越明显。由此可得,在一定范围内合理减小U型铁芯底部厚度及加大磁极宽度,可提升电磁铁的悬浮性能。