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基于Halbach结构的永磁电动与电磁混合悬浮技术研究

作　者: 贺光
导　师: 龙志强
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 永磁电动悬浮混合悬浮控制 Halbach结构永磁体轨道阻尼动态性能
分类号: U266.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

永磁电动悬浮系统以其悬浮能耗小、结构简单等优点,在交通及航天、军事领域具有广阔的前景,但永磁电动悬浮系统是临界稳定的,存在阻尼不足缺点,在受到干扰时容易产生振荡。因此,本文研究了一种永磁电动与电磁混合悬浮系统,在进行永磁电动悬浮优化的基础上,引入电磁主动控制来弥补其阻尼的不足。主要的工作如下:1.以弹目交会试验为应用背景,提出一种基于永磁电动与电磁混合悬浮的实验小车的方案,分别对其车体结构、轨道、悬浮系统和导向系统进行了原理设计。2.为提高永磁体的利用率,以尽可能少的永磁材料产生更强的磁感应强度为目标,对直线型Halbach结构的永磁体阵列的几何结构进行了优化设计,并分析了线圈轨道和导体板轨道的优缺点,在此基础上,设计了实验小车的磁体和轨道的参数。3.建立永磁电动与电磁混合悬浮系统的线性化模型,并对其稳定性进行了分析。讨论了混合悬浮系统中的永磁排斥力与电磁力的分配方案。在此基础上设计了两种控制器并进行了仿真分析。4.搭建了永磁电动与电磁混合悬浮系统实验平台并进行了实验研究。首先,设计并制造了两种不同结构参数的永磁体阵列,并根据测得的浮阻力进行了比较分析。然后,通过混合悬浮系统的动态性能实验,验证了引入电磁主动控制对改善永磁电动悬浮系统阻尼特性的可行性。本文是对永磁电动与电磁混合悬浮系统的探索性研究,通过理论与实验的研究方法,验证了其合理性。

全文目录

摘要  10-11
ABSTRACT  11-12
第一章绪论  12-24
  1.1 课题研究背景与意义  12-13
  1.2 EDS 型磁悬浮技术研究现状  13-21
    1.2.1 EDS 型磁悬浮技术的发展及现状  13-20
    1.2.2 EDS 型悬浮系统稳定性研究现状  20-21
  1.3 本文内容及安排  21-24
第二章永磁电动与电磁混合悬浮实验小车的方案设计  24-30
  2.1 方案的提出  24-25
  2.2 实验小车的原理结构  25-29
    2.2.1 车体结构及轨道  25-27
    2.2.2 实验小车的悬浮及导向系统结构  27-29
  2.3 本章小结  29-30
第三章永磁体优化设计及导体感应轨结构分析  30-48
  3.1 Halbach 结构永磁体的优化  30-40
    3.1.1 Halbach 磁体阵列空间磁场有限元分析  30-32
    3.1.2 Halbach 磁体阵列几何结构优化  32-40
  3.2 导体感应轨结构分析  40-46
    3.2.1 离散型轨道  40-44
    3.2.2 连续型轨道  44-46
  3.3 永磁电动与电磁混合悬浮实验小车磁体与轨道设计  46-47
  3.4 本章小结  47-48
第四章永磁电动与电磁混合悬浮系统建模  48-59
  4.1 永磁电动与电磁混合悬浮系统  48-49
  4.2 永磁电动悬浮系统阻尼特性分析  49-54
    4.2.1 永磁电动悬浮系统线性化模型  49-51
    4.2.2 永磁电动悬浮系统抗干扰能力分析  51-54
  4.3 永磁电动与电磁混合悬浮系统模型  54-58
    4.3.1 混合悬浮系统线性化模型  54-56
    4.3.2 混合悬浮系统稳定性分析  56-58
  4.4 本章小结  58-59
第五章永磁电动与电磁混合悬浮系统控制器设计  59-84
  5.1 混合悬浮系统悬浮力及可控性分析  59-67
    5.1.1 混合悬浮系统悬浮力分析  59-60
    5.1.2 无电磁主动控制作用的混合悬浮系统性能仿真分析  60-65
    5.1.3 混合悬浮系统可控性分析  65-67
  5.2 混合悬浮系统的速度反馈控制器设计  67-73
    5.2.1 混合悬浮系统速度反馈控制律设计  67-68
    5.2.2 相对速度反馈控制系统仿真分析  68-71
    5.2.3 绝对速度反馈控制系统仿真分析  71-73
  5.3 混合悬浮系统间隙和速度反馈控制器设计  73-80
    5.3.1 混合悬浮系统间隙和速度反馈控制器  73-74
    5.3.2 采用相对速度反馈的控制系统仿真分析  74-76
    5.3.3 采用绝对速度反馈的控制系统仿真分析  76-80
  5.4 基于切换的混合悬浮系统控制器设计  80-83
  5.5 本章小结  83-84
第六章永磁电动与电磁混合悬浮实验装置设计与试验  84-100
  6.1 混合悬浮系统实验装置设计与实现  84-89
    6.1.1 实验装置的要求与方案设计  84-85
    6.1.2 实验装置的结构与主要组成部分的设计  85-89
  6.2 混合悬浮系统实验结果与分析  89-99
    6.2.1 两种永磁体结构的浮阻力的测量与比较分析  90-93
    6.2.2 混合悬浮控制系统的实验验证  93-99
  6.3 本章小结  99-100
第七章全文总结  100-102
致谢  102-103
参考文献  103-109
作者在学期间取得的学术成果  109-110
附录A 实验数据  110-116

基于Halbach结构的永磁电动与电磁混合悬浮技术研究

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