考虑剩磁作用的中低速磁浮电磁力分析

为了探究悬浮电磁铁剩磁对EMS(electro-magnetic suspension)中低速磁浮列车垂向电磁力的影响,首先,分析了悬浮电磁铁相对磁导率变化规律,并基于等效磁路法建立单电磁铁悬浮模型;其次,根据Jiles-Atherton磁滞理论研究了悬浮电磁铁的极限磁滞回线状态,分析了悬浮电磁铁剩磁的动态作用;最后,通过电磁力台架试验开展垂向电磁力对比验证,并提出了最大化利用电磁效率的措施.研究结果表明:在线圈电流处于0~20 A时,悬浮电磁铁剩磁近似等于常量,垂向电磁力的主要影响因素是线圈电流;在线圈电流处于20~40 A时,悬浮电磁铁达到磁饱和状态,且由于处于极限磁滞状态使得悬浮电磁铁具有最大剩磁作用,最大差值约为1 kN,随着线圈电流进一步增加,悬浮电磁铁相对磁导率的降低使得剩磁作用逐渐减弱.

基于模型参考自适应的自学习悬浮控制策略

针对电磁悬浮列车悬浮控制器因轨道不平顺所引发的未知非线性力和传递函数不确定问题,提出一种基于模型参考自适应的自学习控制方案,控制算法中可调参数根据系统状态、误差和时间调整,使悬浮间隙稳定在恒定数值;学习率根据目标间隙误差大小动态调节,避免可调参数调节过慢,同时保证在稳定悬浮时间隙波动更小;通过李雅普诺夫稳定性判据证明了模型参考自适应控制系统的稳定性;通过MATLAB/Simulink对所提出的控制方案进行仿真.研究结果表明:自学习模型参考自适应控制算法间隙的均方根误差为0.12,设定合适的可调参数初始值并对其限幅能够提升控制器的鲁棒性;在单悬浮架测试时,控制器获取到加速度信号,所提出算法的上升时间和调节时间分别为1.21 s和2.04 s,该方法学习率可动态调节,提升了控制器的适应能力.

基于Halbach阵列的永磁被动阻尼方案研究

采用Halbach永磁体阵列的电动悬浮(PEDS)系统凭借其结构简单、稳定可靠及成本低等优势,在磁浮支撑领域具有很高的应用价值。本文以永磁电动系统为研究对象,针对其临界稳定特性,提出了一种侧面布置Halbach永磁阵列结构,利用磁阻力实现永磁电动悬浮系统垂向阻尼被动控制的阻尼方法。介绍了PEDS的悬浮原理,应用Ansoft软件进行了永磁电动系统的电磁仿真;搭建了带有阻尼模块的悬浮架模型;建立了悬浮系统的动力学模型,仿真阻尼方法的作用效果。仿真结果证明了该永磁被动阻尼方法作为电动悬浮系统阻尼方案的可行性,并对阻尼模块结构对振动抑制效果的影响进行了初步探究,为实际工程应用提供参考依据。

基于试验数据的中低速磁浮列车电磁铁结构参数分析

为提高中低速磁浮列车的承载能力,基于等效磁路法建立了全尺寸悬浮电磁铁磁路模型,推导了包含悬浮电磁铁结构参数的垂向电磁力表达式;基于影响因素分析方法,对比研究了线圈匝数、电磁铁宽度、极板长度等结构参数对悬浮电磁铁垂向电磁力的影响;通过单电磁铁试验台对比了不同悬浮间隙和线圈电流下,线圈匝数分别为320和410时悬浮电磁铁垂向电磁力和浮重比的变化规律,验证了优化线圈匝数对提升中低速磁浮列车悬浮性能的可行性。研究结果表明:相比电磁铁宽度和极板长度,线圈匝数是影响磁浮列车悬浮性能的主要因素,但在10~30 A的小电流范围和大悬浮间隙(>10 mm)的范围内,改变线圈匝数对悬浮电磁铁垂向电磁力的提升效果较弱;当悬浮间隙为8 mm,线圈电流为30~50 A时,410匝悬浮电磁铁相对320匝悬浮电磁铁对悬浮电磁铁垂向电磁力的提升效果明显,平均垂向电磁力提升约2.94 kN,提升比例约为27.8%,平均浮重比提升约2.83,提升比例约为15.33%;随着线圈电流进一步增加,悬浮间隙进一步减小,平均垂向电磁力提升约3.38 kN,提升比例约为25.5%,平均浮重比提升约3.06,提升比例约为13.22%,说明当悬浮间隙为8 mm,线圈电流为30~50 A时,410匝悬浮电磁铁对中低速磁浮列车悬浮性能的提升效果最佳,而410匝悬浮电磁铁垂向电磁力的方差和标准差比320匝悬浮电磁铁的大,说明增加线圈匝数会使得悬浮电磁铁垂向电磁力对参数的变化更敏感。