Dynamic Stiffness Analysis and Experimental Verification of Axial Magnetic Bearing Based on Air Gap Flux Variation in Magnetically Suspended Molecular Pump

Current and displacement stiffness are important parameters of axial magnetic bearing(AMB)and are usually considered as constants for the control system.However,in actual dynamic work situations,time-varying force leads to time-varying currents and air gap with a specific frequency,which makes the stiffness of appear decrease and even worsens control performance for the whole system.In this paper,an AMB dynamic stiffness model considering the flux variation across the air gap due to frequency is established to obtain the accurate dynamic stiffness.The dynamic stiffness characteristics are analyzed by means of the dynamic equivalent magnetic circuit method.The analytical results show that the amplitude of current and displacement stiffness decreases with frequency increasing.Moreover,compared with the stiffness model without considering the variation of flux density across the air gap,the improved dynamic stiffness results are closer to the actual results.Through the dynamic stiffness measurement method of AMB,experiments of AMB in magnetically suspended molecular pump(MSMP)are carried out and the experimental results are consistent with theoretical analysis results.This paper proposes the dynamic stiffness model of axial magnetic bearing considering the variation of flux density across the air gap,which improves the accuracy of the AMB stiffness analysis.

Novel Implicit Lorentz Force-Type Magnetic Bearing for High-Precision Agile Maneuver of Magnetically Suspended Gyrowheel

The lorentz force-type magnetic bearing(LFTMB)with good linearity is suitable for the high-precision deflection control of the magnetically suspended gyrowheel(MSGW). Two kinds of novel implicit LFTMBs are proposed in allusion to the poor magnetic flux density uniformity of the existing explicit LFTMB. The improvement of uniformity is realized under the paramagnetic contribution of magnetic ring. Their structures are introduced,the mathematical models are established based on the equivalent magnetic circuit method and the magnetic fields are analyzed by the finite element method based on the design parameters. Simulation results indicate that the magnetic flux density uniformity of implicit LFTMBs is superior to the traditional explicit LFTMB. Furthermore,the implicit trapezoid LFTMB with double magnetic circuits is better than that of those with single magnetic circuit,in terms of the magnetic flux density uniformity and the magnetic flux density. The magnetic flux density of implicit trapezoid double magnetic circuits LFTMB is verified by the experiment. The error between the experimental results and the simulation results is within 5%,which shows that the implicit trapezoid double magnetic circuits LFTMB is promising to meet the high-precision agile maneuver requirement of the magnetically suspended gyrowheel.

Earth-observation satellite attitude control using passive and active hybrid magnetically suspended flywheels

The control strategy is presented using passive and active hybrid magnetically suspended flywheels（P＆A MSFWs）,which can help meet the requirements of high precision and high stability for earth-observation satellites.Compared with the conventional flywheel,P＆A MSFW has more rotation degrees of freedom（DOFs）since the rotor is suspended by magnetic bearings,and thus requires more efficient controllers.A modified sliding mode control law（SMC）to our novel nonlinear and coupled system is presented,which is interrupted by inertia matrix uncertainties and external disturbances.SMC law via Lyapunov method is improved,and a fuzzy control scheme is used to attenuate the chatting and control attitude accuracy and maintain the robustness of SMC.Simulation results are provided to illustrate the efficiency of our model by using our control law.

基础激励下磁悬浮转子振动响应研究

应用于移动载体上的磁悬浮转子会受到基础运动的激励作用产生振动,甚至会造成转、定子碰摩与系统失稳。为了探究基础激励下磁悬浮转子的振动响应,进行了数值仿真和试验验证。考虑磁悬浮轴承的闭环控制,建立了基础激励下的磁悬浮转子动力学模型,基础激励对转子的作用以附加广义力形式引入转子运动微分方程。通过数值仿真分析了基础简谐激励幅值和频率、基础冲击激励加速度与脉宽、磁悬浮轴承控制参数对转子振动响应的影响。进行了基础激励试验,试验结果与仿真结果吻合,验证了基础激励下磁悬浮转子模型的准确性。结果表明,转子简谐响应幅值与基础简谐激励频率的平方和激励幅值成正比,转子冲击响应峰值与基础冲击激励的加速度成正比,适当增大磁悬浮轴承控制器的比例系数和微分系数可以抑制基础激励引起的转子振动。

磁振热联合悬吊式核心稳定训练对非特异性下腰痛患者腰部功能的影响

目的探究磁振热联合悬吊式核心稳定训练对非特异性下腰痛患者腰部功能的影响。方法选取2022年5月~2023年2月纳入的70例非特异性下腰痛患者,按照随机数字法分为对照组(n=35)和研究组(n=35),其中对照组患者采用悬吊式核心稳定训练进行治疗,研究组患者采用磁振热联合悬吊式核心稳定训练进行治疗。评估两组患者疼痛水平、腰部功能、焦虑抑郁情况。结果治疗前,两组患者的视觉模拟疼痛(VAS)量表评分差异无统计学意义(P>0.05),治疗结束时与治疗后6个月,研究组患者的VAS评分均明显低于对照组(P<0.05);治疗前,两组患者罗兰-莫里斯残疾问卷(RMDQ)、Oswestry功能障碍指数(ODI)评分差异无统计学意义(P>0.05),治疗结束时、治疗后6个月,研究组患者的RMDQ、ODI评分均明显低于对照组(P<0.05);治疗前,两组患者的抑郁自评量表(SDS)、焦虑自评量表(SAS)评分差异无统计学意义(P>0.05),治疗结束时,研究组患者SAS、SDS评分均低于对照组(P<0.05)。结论磁振热联合悬吊式核心稳定训练对非特异性下腰痛患者治疗效果较好,可有效减轻患者腰部疼痛度,改善患者腰部功能,降低患者焦虑抑郁程度。

基于自适应陷波与重复控制的主动磁悬浮轴承系统谐波振动抑制

由转子质量不平衡和传感器跳动引起的谐波振动是磁悬浮转子系统中的主要扰动。为了抑制这些干扰,提出了一种基于重复控制和可变相位自适应陷波反馈的谐波振动抑制的复合控制方法。首先通过建立磁悬浮转子系统模型,分析了不同干扰振动力的产生机理。然后,设计了插入式重复控制器,抑制传感器跳动引起的谐波振动,利用自适应陷波滤波器在线提取同频信号自适应补偿不平衡,通过改变不同频率下的相位角来保持系统的稳定性,并对同频位移刚度进行补偿,使系统在较宽的速度范围内自抑制谐波振动。最后,通过仿真和实验对提出的控制方法进行了验证。实验结果表明,一次、三次和五次谐波振动分别减少94.4%,90.4%和85.9%,采用所提出的复合控制方法可以有效抑制谐波振动。验证了所提控制方法的有效性。

响应面法优化磁加载混凝处理疏浚余水实验研究

文章采用引江济淮工程疏浚泥浆抛泥区中的疏浚余水展开实验,探究9种混凝剂对疏浚余水的处理效果,使用响应面法优化磁加载混凝处理疏浚余水的工艺条件,分析该过程中有色溶解性有机物和氮磷质量浓度的变化规律。混凝剂筛选实验结果显示,以疏浚余水悬浮物(suspended solids,SS)去除率为评价指标时优选混凝剂为硫酸铝。响应面实验结果表明:硫酸铝投加量、搅拌G值、磁粉投加量对疏浚余水SS去除率的影响程度逐渐减弱,实验条件下最优工艺条件为磁粉、硫酸铝的投加量分别为260、40 mg/L,搅拌G值80 s^(-1);疏浚余水的有色溶解性有机物以黄腐酸类和腐殖酸类物质为主,磁加载硫酸铝混凝对两类物质有较大幅度的选择性去除;磁加载硫酸铝混凝可实现对高质量浓度疏浚余水(SS质量浓度1 405 mg/L)的SS、Cr元素化学需氧量(chemical oxygen demand,COD_(Cr))、氨氮、总磷达标排放,磁粉的投加显著提高了混凝去除SS的效率。该研究可为疏浚余水高效处理工艺的开发和应用提供参考。

磁悬浮控制敏感陀螺转子系统在线动平衡方法

为改善磁悬浮控制敏感陀螺(MSCSG)转子质量分布,减小转子偏转系统动不平衡振动,提出基于电流响应的磁悬浮转子在线动平衡方法。分析了磁轴承-转子系统的工作原理;确定了质量分布不平衡条件下转子几何轴与惯性轴间的关系模型,对转子静不平衡和动不平衡进行了定量分析;在此基础上,提出利用洛伦兹力磁轴承(LFMB)线性特性的优势,采用二次修正法推导转子校正质量与控制电流间的关系式,对转子不平衡质量进行在线校正,进而改善转子质量分布,从根源上减小转子系统不平衡振动。在线动平衡实验结果表明:所提方法可将转子系统动不平衡振动峰值降低67.7%,验证了方法的有效性。

Application and exploration of suspended magnetic moxibustion cup for obesity

The suspended magnetic moxibustion cupping therapy, as a specific moxibustion method which collects moxibustion, cupping, infrared and magnetic therapy into one, and integrates with the warming and heating effect of moxibustion, sucking effect of cups, and effect of infrared light energy and magnetic energy, is a particularly unique method for weight loss. This article introduces the basic situation and mechanism of suspended magnetic cupping therapy for weight loss. For pathogenesis of deficiency, phlegm, stagnation and cold in obesity, Shuang Long Xi Zhu （two dragons playing a ball） moxibustion, abdominal Jiu Gong （nine palaces） moxibustion, San Yang Kai Tai （auspicious beginning） moxibustion and Chang Long （long dragon） moxibustion were given respectively. This therapy has inspired the clinical idea of Chinese medicine for obesity.

新型磁悬浮飞轮储能实验装置的设计及应用

飞轮储能装置是一种在电能和机械能之间进行能量转换的装置,它通过飞轮高速旋转的形式来储存能量。普通机械轴承由于摩擦阻力,飞轮储存的能量有很大一部分耗散在此处。设计的新型磁悬浮轴承可以有效降低摩擦阻力,从而提高飞轮储能效率。对飞轮系统的搭建及部分机械系统进行了完整的设计,并完成了样机产品的测试。此装置可以应用到机械类和电类专业本科生的工程实践教学中,以PBL项目驱动的教学方式,使学生深入理解产品设计原理、制造技术、装配调试方法等。

基于FBG和EMD的悬挂式永磁磁浮轨道厢梁应力检测技术研究

提出一种基于经验模态分解方法(EMD)的悬挂式永磁磁浮轨道厢梁光纤布拉格光栅(FBG)应力检测技术,用于检测过车时轨道厢梁应力,检测应力是否在安全范围内,保证行车安全性和平稳性。考虑到强磁场以及电磁干扰影响,采用轨上无电的FBG光栅传感应力检测方案,在上/下导向轮行径位置处分别布置一个测试点。FBG测试点受低频挠曲应力和高频导向轮应力双重作用,采用EMD方法分离两种应力,实验结果表明过车应力测试结果符合预期,可以有效确保轨道厢梁健康以及车辆的行驶安全。

Regulation and Control of Electromagnetic Field in Radio-Frequency Circuits and Systems

Since the first demonstrations of radio-frequency(RF)circuits,the physics of the electromagnetic(EM)field and its regulation and control with codesigned circuits,have become essential competencies of RF circuit designers.Leveraging advanced regulation or control methods,numerous high-performance circuits have been developed at RF and millimeter-wave(mm-wave)frequencies.Three main methods of electromagnetic regulation have been widely utilized,namely,the separation of electric and magnetic coupling paths,the manipulation of electromagnetic energy through the coupling of multiple tanks or multiple resonators,and the regulation of electromagnetic fields in air cavities or meta-substrates.The separated coupling paths of electric and magnetic fields provide guidance for designing a high-performance filter topology with a quasielliptical response through additional zeros.The manipulation of the EM field through electrical and magnetic intercouplings of multitanks or multiresonators,such as are used in oscillators,power amplifiers(PAs),etc.,results in remarkable power efficiency,size reduction,and wide bandwidth.The regulation of electromagnetism through an air cavity,patterned substrate,or metasubstrate reduces dielectric losses and size,especially when using a substrate integrated suspended line(SISL)platform.Many excellent circuits have been reported based on SISL with low loss,high integration,and self-packaging.Here,we present state-of-the-art cases that demonstrate the benefits of EM field regulation and control.

磁悬浮飞轮不平衡振动控制方法与试验研究

针对磁悬浮飞轮不平衡振动会造成飞轮系统的同频扰动,影响卫星姿态控制精度与卫星载荷精度的问题,提出一种开环轴承力补偿的磁悬浮飞轮不平衡振动控制方法。将抑制轴承力中的同频量作为控制目标,通过建立含有不平衡量的磁悬浮飞轮系统动力学模型,分析刚性转子不平衡量的特性,在自适应陷波器基础上,加入位移刚度力补偿机构、开闭环控制和位移刚度力补偿控制两个作用开关,在整个转速范围内对轴承力中的同频量进行抑制。本方法特别适合磁悬浮飞轮输出姿态控制力矩时频繁穿越临界转速的特点,尤其适合磁悬浮反作用飞轮的应用。仿真分析和试验结果表明,本方法在整个转速范围内对飞轮转子的不平衡振动起到很好的抑制效果。

空间大口径望远镜稳像系统发展现状及趋势

介绍了目前国际上已发射及正在论证的大型空间望远镜的稳像控制系统,主要包括自由飞行模式的HUBBLE、JWST、ATLAST-8m和ATLAST-9.2m,载体搭载模式的SOFIA和OPTIIX。详细论述了这些空间望远镜稳像系统的组成、工作原理、主要元件、性能指标和控制算法,并对基于磁悬浮技术的无扰动载荷设计概念和机械臂直接驱动空间相机的设计思想进行了介绍。分析表明,基于机械臂和磁悬浮技术的精密稳像及主动振动抑制系统是未来的发展趋势。

磁悬浮平台系统的机电耦合动力学模型及稳定性分析

给出了系统完整的机电耦合动力学模型。利用拉格朗日方程建立了系统的力学模型,考虑了平台各个电磁力之间的耦合以及传感器组的几何中心与平台质心不重合带来的耦合效应;基于PID控制理论建立了平台控制系统的微分方程,分析了传感器与控制磁极非共点安装产生的耦合影响。最后,基于系统的机电耦合动力学模型,进行了平台运动稳定性分析,得到了平台实现稳定悬浮时控制参数的选择范围,垂直方向:0.3<Kp<141.5,0<Kd<0.052,水平方向:0.3<Kp<77.4,0.001<Kd<0.038。实验结果表明,控制参数选择范围准确,稳定悬浮时平台具有良好的动、静态性能。

磁悬浮飞轮用嵌环式永磁偏置径向磁轴承

为满足航天用扁平转子磁悬浮飞轮对低功耗磁轴承的需求,提出一类同极性嵌环式永磁偏置径向磁轴承(Radial permanent-magnet-biased magnetic bearing,RPMB),旋转损耗低,工作气隙径向内外双环、轴向同层分布,径向磁力为平面汇交力系,具有磁极轴向短、可灵活设计的独特优势。根据全主动、主被动两类磁悬浮飞轮的不同需求,采用磁路分析与有限元仿真的方法,对磁极对齐型、磁极交错型、磁极偏置型三种嵌环式RPMB进行了有针对性的分析与设计,所设计的全主动磁悬浮飞轮,具有轴向长度短、质量小、精度高的优点;所设计的两轴主动磁悬浮飞轮,经优化设计,具有高被动刚度、高电流刚度、电流刚度高稳定性的优点。

磁悬浮主轴轴承间的耦合研究

分析了磁悬浮主轴轴承间的耦合现象 ,给出了磁悬浮主轴轴承间的耦合力矩的分布图。并且探讨了影响耦合力矩的几个参数对耦合强度的作用 ,并给出了其影响曲线。

一种新型磁悬浮飞轮用永磁偏置径向磁轴承

针对现有径向磁轴承结构电励磁磁路耦合的特点,分析了一种新型磁悬浮飞轮用永磁偏置径向磁轴承结构及其工作原理。采用等效磁路法对磁轴承的永磁磁路和电励磁磁路进行计算,得出了磁轴承的数学模型,并给出磁轴承主要参数的设计方法。最后,通过有限元法对该磁轴承进行仿真分析,从磁场分布以及x方向通电流时对力Fy的影响两方面验证了该结构电励磁回路在x、y方向间的解耦性,其中Fy<3%Fx。理论研究和仿真分析表明:这种径向磁轴承结构有效地避免了磁通在两个径向自由度间的耦合,从而能够扩大系统线性工作范围和稳定裕度,提高磁轴承系统的控制性能。

主被动磁悬浮高速转子系统的自动平衡控制

针对主被动磁悬浮转子高速旋转时质量不平衡和被动磁轴承磁中心的偏移导致的同频振动力问题,提出了一种基于位移陷波加前馈补偿的自动平衡控制方法。首先,在转子为零位移控制状态下提取控制电流的同频成分,计算获得与被动磁轴承磁中心偏移相关的参变量;然后,在额定转速下设计通用陷波器以消除同频电流,前馈补偿主动磁轴承、被动磁轴承位移负刚度力和被动磁轴承磁中心偏移力,使主被动磁轴承的同频输出力为零,实现了转子绕惯性中心旋转。对提出的方法进行了仿真和实验验证并与仅补偿质量不平衡的算法进行了对比。仿真结果显示:提出的方法的同频磁轴承力减小到了只进行质量不平衡补偿算法的6%;实验结果显示:同频振动加速度减小到只进行质量不平衡补偿算法的23.3%。仿真和实验验证了该方法的有效性,表明该方法对同频振动抑制效果显著,实现了转子的自动平衡控制。

磁悬浮刚性转子系统振动机理分析与动力学建模

磁悬浮惯性执行机构采用磁轴承支承,可通过主动控制实现极微振动,但磁悬浮惯性执行机构仍存在频谱分量丰富的振动.首先在转子动静不平衡和Sensor Runout振动机理分析的基础上,重点分析了Magnet Runout产生振动机理;然后,建立包含多振动源的系统动力学建模,并将整个动力学模型分解为平动和转动子系统,分析表明转子动静不平衡、Sensor Runout和Magnet Runout是通过不同的途径产生振动,不仅产生同频振动还包含倍频振动;最后,提出磁悬浮刚性转子系统主动振动控制的要求,为以后的主动振动控制研究奠定基础.