磁悬浮平面电机
磁悬浮车辆结构动力学建模与仿真
第27卷,第1期 中国铁道科学Vol127No11 2006年1月 CHINARAILWAYSCIENCEJanuary,2006
文章编号:100124632(2006)0120104205
磁悬浮车辆结构动力学建模与仿真
缪炳荣,肖守讷,罗世辉,金鼎昌,雷 成
(西南交通大学牵引动力国家重点实验室机车车辆研究所,四川成都 610031)
摘 要:为了准确获得磁悬浮车辆结构的动力学特性,结合上海磁悬浮示范线车辆,对磁悬浮车辆结构建模和仿真方法展开研究。通过分析整体结构受力载荷工况,给出夹层和车体结构的受力公式。采用参数化和子结构建模技术,利用多体系统软件SIMPACK建立磁悬浮车辆首车动力学模型。为简化整个磁悬浮车辆系统多体模型和提高计算效率,将车辆受到的作用力和部分刚体简化为力元或力矩。仿真结果表明,多体动力学建模可以作为磁悬浮车辆结构设计方案优劣的有效评估工具,有益于磁悬浮结构国产化设计和开发。
关键词:磁悬浮车辆;多体动力学;建模;仿真 中图分类号:U26719;U270111 文献标识码:A
收稿日期:2005201220 基金项目:教育部创新团队研究计划项目(IRT0452) 作者简介:缪炳荣(1970—),男,江苏泰县人,博士研究生。 磁悬浮车辆是一种轻量化、低噪、低维护和高可靠的地面高速载运工具,各国学者对磁悬浮的研究取得许多研究成果[1—6]。对于磁悬浮技术的研究,常用原理主要有:日本电动悬浮方式(EDS)
和德国电磁悬浮方式(EMS)。上海磁悬浮示范线的磁悬浮系统主要采用德国TR08电磁悬浮技术,基本组成包括车辆、导轨以及命令控制中心。而车辆结构又包括3个主要部分:车厢、夹层结构和磁铁走行机构[2]。车辆结构设计还要求考虑较低的重心高度、足够的强度和刚度等,主要结构部件的连接方式也由过去焊接钢结构车体发展到焊铆混合结构,且以铆接为主的连接形式。而结构在进行轻量化设计的同时,也要求能具备高可靠度和足够的安全性,这两者之间常常出现矛盾。因此,如何准确分析和研究磁悬浮车辆结构在运行中的动力学特性,以及有效建模与仿真是磁悬浮车辆国产化技术研究领域中的前沿课题之一。
下推式动态磁悬浮装置
下推式动态磁悬浮装置
摘要:改进了一种下推式动态磁悬浮装置。该装置以Arduino开发板为控制元件,直流电机驱动板驱动两组线圈完成控制,首次将电位器加入装置中,从而使悬浮浮子的稳定性有非常大的提高,抗外界干扰能力也大大增强,适合实验表演和物理玩具,也期待应用。
关键词:磁悬浮 下推式 PID控制
1 引言
如今,磁悬浮技术以其独特的优越性在世界范围内快速发展,运用于经济建设的各个领域。进行磁悬浮技术的研究可以实现物理学、自动控制等多个学科领域的交叉渗透,现实意义非常重要。磁悬浮系统实质上来说,是一个不稳定的、非线性系统,因此该装置的稳定控制,一直都受到广泛的关注和研究。为实现稳定的磁悬浮,使用控制的方法有很多,但大多比较复杂,且成本较高,难以用于实际应用。
目前,已经有了一定应用的磁悬浮装置多采用上拉式的设计,即用通电线圈提供向上的磁力,霍尔元件作为传感器,用于控制线圈磁力,使浮子受到磁力与重力平衡,达到悬浮的目的。但是上拉式的控制方式中,浮子的浮力完全由线圈提供,系统的功耗相对较大,装置的体积也较大。而且这样的系统控制方式比较简单,但是由于只提供了一个方向的约束,又是开环控制,稳定范围较窄,这些都限制了其应用的范围。 针对以上问题,本文设计的下推式动态磁悬浮装置采用改进型PID控制,算法简易高效,能够有效改善系统的动态品质,整个装置立体性强,集成度高,体积较小便于携带,更重要的是稳定性非常好。
2 原理
2.1 装置原理
根据悬浮的实现形式,磁悬浮现象可以分为静态磁悬浮与动态磁悬浮。1842年,数学家山姆·恩绍(Samuel Earnshaw)用数学方法证明,单靠宏观的静态古典电磁力,磁悬浮是不可能实现的,即恩绍大定理。在该定理的条件下,物件处于不平衡稳定,引力、静电场及静磁场等会使物件变得很不稳定。但是,如果利用物质的抗磁性,则能够实现永磁悬浮系统中浮子的稳定悬浮。目前,该静态磁悬浮现象的研究与应用主要集中在超导体与磁材的磁悬浮上。但由于受超导体块材制作程序和使用环境的制约,这项技术与实际应用还具有一定距离。
磁悬浮实验讲义
实验6-5 电磁感应与磁悬浮力
实验目的、意义和要求
电磁学之所以迅速发展为物理学中的一个重要学科，在于它的强大生命力，在于它在经济生活中有丰富的回报率。电磁感应原理不但在传统的电机工程、变压器效应、无线通讯等领域中独领风骚，在现代医学、现代交通、信息产业等领域中也有许多应用。
本实验就是要通过一些电磁感应现象的揭示，悟出其中的原理和奥妙，并研究它的现象和磁力对各种材料的影响，探讨其在现实生活中的应用和发展，这对电磁感应从理论到实际的联系，对电磁感应的成因，性质、效应和规律的理解，都有很大的收益。
黄铜的电导率和磁导率分别为
1.5107(S/m) 和 04107(H/m)
趋腹深度(穿透深度)为
(cm) 1072.21041029.22105.122579700
实验前应回答的问题
1.什么是电磁感应？其产生的电流、电动势和电磁场如何定义？
解答通过闭合回路所包围面积的磁通量发生变化时，回路中产生电流的现象叫电磁感应。由电磁感应产生的电动势称感生电动势，由电磁感应产生的电流称感生电流。电磁场是一种物理场，是相互依存的电场和磁场的总称。电流随时间变化而引起磁场，磁场随时间变化产生电场，二者互为因果，形成电磁场。
2.楞次定律说明了什么？此实验中电能可能转化为何种能量？
解答是确定感生电流方向的定律，即感生电流的方向，总是使其产生的磁场阻碍原来磁场的变化。在此实验中电能有可能转化为热能和机械能等。
3.什么叫磁力？它和安培定律有什么关系？
解答磁力也称为安培力它表述通电导线在磁场中受力的情况，其公式为F＝BILsina。a为磁场方向与电流方向的夹角B为磁感应强度，I为导线中的电流，L为导线长度。作用力F的方向可用左手定则确定。此公式也可称为安培定律。
4.说明磁场强度及其对电流的关系？
解答磁场强度是描写磁介质中磁场的一个辅助量。磁介质中的磁场不仅与磁介质中的磁化电流有关，更和场源的电流有关，磁场强度定义为。（M为磁场强度） 。
【国家自然科学基金】_平面电机_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802
序号科研热词推荐指数序号科研热词1并联机器人21平面电机2鲁棒控制12逆变器3高深宽比13电流控制4静态电压稳定域14执行器5随机优化15平面线圈6逼近算法16仿真7透镜调焦17齿轮8轴向磁化18高深宽比9转子故障19风机转子10轨迹跟踪110隔板弹性转动与伸缩11超声电机111运动规划12谐波分析112轴向磁化13螺纹驱动113轴向刚性、侧压柔性加载14螺母型114转动微动15绳牵引115试验装置16空间机器人116解耦电磁力17神经网络117表面火焰18电机设计118自重构机器人19滑模控制119结构设计20洛仑兹力120空间矢量脉宽调制21正确率指标121磁场分析22欠驱动122直线电机23模组123直流/直流变换24模糊小脑模型124直接驱动系统25有限元法125电子变极26无脚双足机器人126状态轨迹27无源性控制127燃烧特性28故障诊断128煤气化29拟人执行器129深刻蚀30感应电机130液压自动平衡31恒张力131液压与体变控制32总线伺服电机132海尔贝克33微重力133水煤浆34形状记忆合金134气隙磁密35开关磁阻电机135气体浓度分布36平面线圈136模式力37平面电机137有限元分析38平面弯曲138新型真三轴仪39平面内应交139微电铸40多自由度超声波电机140微电机41多自由度致动器141微燃烧器42压电致动器142微动磨损43动态行走143微动44力/位控制144平面电动机45割集空间145平面开关磁阻电机46分片线性神经网络146平衡头47内嵌式电机147工件台48位置控制148实验49优化设计149大深宽比50仿真150多相感应电机51三角形剖分151多相交流传动52pq变换152多控制自由度2008年2009年53halbach 阵列153多孔壁面54多喷嘴对置式气化炉55增益平衡矩阵56可视化57变速箱58双环pid59动力学60力常数61内部模型62伺服控制器63优化平面64仪器仪表技术65三维66三向独立加载67nd-fe-b68halbach
外文翻译---磁浮系统——高速磁悬浮列车系统
附录A 外文原文
附录B译文
磁浮系统——高速磁悬浮列车系统
霍斯特·福克纳大学教授工程学博士德国布伦瑞克技术大学。霍斯特·福克纳，出生于1939年，获得了格拉茨大学土木工程学位，从1964年到1987年，和咨询工程师，莱茵哈特和安德烈一起工作。从1987年开始，他成为德国伦瑞克技术大学的全职教授。
沃尔克·亨克工程学博士德国布伦瑞克技术大学。沃尔克·亨克，出生于1947年，获得了德国布伦瑞克技术大学的土木工程学位。他在有关建筑材料，混凝土结构和布伦瑞克技术大学的防火的机构担任高级讲师。
摘要
一个准备投入商业运行的时速达到300km/h到500km/h的高速磁浮系统具有新的无接触电磁悬浮和长定子三相推进的特点。在埃姆斯兰试验设施中，从1987年开始，已经实施了适宜性的研究。为实际运行线路设计的导轨结构将在以下的文章中谈及。
关键词：磁悬浮列车；长定子直线电机；轨道梁；钢导轨；预应力混凝土导轨；高速转换。
1、前言 世界上唯一全面测试超过275000公里的埃姆斯兰磁悬浮列车和在1993年6月，磁悬浮乘客运输列车达到450km/h的时速记录是运输系统中令人映像深刻的技术成就。1991年管理局（德国联邦铁路局）的中央办公室确立了高速磁悬浮体系的科技运用的完善。这是计划过程中至关重要的里程碑。不幸的是原先计划在汉堡和柏林之间运行的第一条运行路线将不再实施。第一条磁悬浮专线建立在中国上海。项目所说的埃姆斯兰试验设施现代化将会继续运用在试验设施，为了优化导轨的技术和经济方面以及导轨监控。
2、系统和技术
关于铁路列车，支撑和指导，加速和刹车是由车轮和轨道这两个部件之间的直接接触所造成的。使用长定子直线电机的无接触电磁悬浮的支持，指导和推进是基于电磁悬浮的原理。可以想象长定子直线电机作为电子发动机沿着轨道割开并推出。直线电机代替磁旋转磁场，而产生一种电磁悬浮磁场环绕在导轨周围。一个高速可靠的电子控制体系确保了列车一直浮动在导轨10毫米的适当距离。通过转换磁场，运输工具可以无接触制动。和一般交通体系的传统的牵引原则相比，牵引体系的先前部分，及所谓的定子的绕组双面装置在导轨上。图1是埃姆斯兰试验设施中的磁悬浮列车和导轨。图2是支撑，推进和指导体系。
磁悬浮列车的工作原理及技术经济特性
磁悬浮列车的工作原理及技术经济特性
摘要：直线电机已末尾在磁悬浮铁路、城市轨道交通中运用。引见了直线电机的分类、3种典型的磁悬浮铁路和直线电机驱动的轮轨交通，对上述交通方式的技术经济特征停止了对比，总结了上述交通方式的适用范围。
关键词：直线电机；磁悬浮；城市轨道交通；适用范围
The Modes and features of the Transit Systems Driven by Linear Motor
WEI Qingchao1, FENG Yawei1, SHI Hong1,2
(1. School of Civil Engineering and Architecture, Beijing Jiaotong University
2. Beijing Urban Engineering Design & Research Institute.)
Abstract: Linear motor has been successfully used in Meglev transit system and rapid
rail transit system for years. The transit systems driven by linear motor are
classified as Maglev system and wheel-rail system. The typical Maglev system
includes Japanese MLX system, German TransRapid system and Japanese HSST system.
The technical and economic features of these systems are compared and the suitable
application fields of these systems are summarized in the paper.
磁悬浮列车的原理
磁悬浮列车的原理及应用
传统的铁路列车都是依靠诸如蒸汽、燃油、电力等各种类型机车作为牵引动力，车轮和钢轨之间的相互作用作为运动导向，由车轮沿着钢轨滚动而前进的。而磁悬浮列车则是一种依靠电磁场特有的“同性相斥、异性相吸”的特性将车辆托起，使整个列车悬浮在线路上，利用电磁力进行导向，并利用直线电机将电能直接转换成推进力，来推动列车前进的交通工具。
磁悬浮列车的分类
（1） 按电磁铁种类 磁悬浮列车根据所采用的电磁铁种类可以分为常导和超导两大类
（2） 按悬浮方式 磁悬浮列车分为电磁吸引式悬浮（EMS）和永磁力悬浮（PRS）及感应斥力悬浮（EDS）。
EMS 该方式利用导磁材料与电磁铁之间的吸引力，绝大部分悬浮采用此方式。
PRS 这是一种最简单的方案，利用永久磁铁同极间的斥力，其缺点是横向位移的不稳定因素。
EDS 依靠励磁线圈和短路线圈的相对运动得到斥力，所以列车要有足够的速度才能悬浮起来，大约为100km/h，它不适用于低速。
磁悬浮列车的原理
常导磁吸式(EMS) 利用装在车辆两侧转向架上的常导电磁铁(悬浮电磁铁)和铺设在线路导轨上的磁铁，在磁场作用下产生的吸引力使车辆浮起。车辆和轨面之间的间隙与吸引力的大小成反比。为了保证这种悬浮的可靠性和列车运行的平稳，使直线电机有较高的功率，必须精确地控制电磁铁中的电流，使磁场保持稳定的强度和悬浮力，使车体与导轨之间保持大约 10mm的间隙。通常采用测量间隙用的气隙传感器来进行系统的反馈控制。这种悬浮方式不需要设置专用的着地支撑装置和辅助的着地车轮，对控制系统的要求也可以稍低一些。
常导式磁悬浮列车示意图
超导磁斥式
日本磁悬浮铁路ML系统使用低温超导技术。它用液氮作为冷冻液，当线圈绕组达到-269摄氏度的温度时车载线圈绕组即进入超导状态。为了提高磁悬浮车辆上超导材料的稳定性，日本使用铌钛合金作为线圈绕组材料。低温超导原理如图
日本超导磁悬浮系统的悬浮力来自于车辆两侧。在导轨两侧的侧壁上，排列着一组组的导向绕组。当车辆高速通过时，车辆上的超导磁场会在导轨侧壁的悬浮绕组中产生感应电流和感应磁场。控制每组悬浮绕组上侧的磁场极性与车辆超导磁场的极性相反从而产生引力，下侧极性与超导磁场极性相同同而产生斥力，使得车辆悬浮起来，见图
Hengstler最新AD34电机反馈编码器
… …一
率为５０ ｋＨｚ，取Ⅳ＝１０进行数字滤波。
４．４数据结构
ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２是一款３２位定点ＤＳＰ，虽然其编
译器支持浮点运算编译，但是其直接进行浮点运算
的效率非常低。ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２进行一次浮点乘法
运算需要７０个时钟周期，当ＤＳＰ的主频为１５０ ＭＨｚ
时，一次浮点乘法运算需要０．４６７ ｔｚｓ，电流控制周期
为２００ ｓ，每个电流控制周期ＤＳＰ要完成ＡＤ采样
校正、数字滤波和６相电流控制等算法，该运算速度
无法满足控制要求。
针对上述问题，系统采用ＴＩ公司为定点ＤＳＰ提
供的浮点运算库ＩＱｍａｔｈ．Ｈ进行数据运算¨…。ＩＱ—
ｍａｔｈ．Ｈ浮点运算库提供算术运算函数、开方函数和
三角函数等，大大提高了浮点运算的效率，以浮点乘
法运算为例，一次ＩＱ型浮点乘法运算只需６个时钟
周期，其速度是直接浮点乘法运算的１１倍。采用
ＩＱ型数据运算提高了运算速度，满足了平面电动机
三自由度运动控制的运算要求。
５实验
控制参数如表１所示，电机动子平台的初始位
置为Ｘ ＝０ ｍｍ、ｙｐ＝０ ｍｌｎ、０ ＝０，参考位置为Ｘ ＝
１０ ｍｍ、Ｙｐ ＝１０ ｍｍ、０ｚ。 ＝１０ ｍｒａｄ，进行平面电动机
三自由度同步定位实验，阶跃响应如图７所示。
表１控制参数
ＤＰ ＫＤＩ Ｐ ＫｘＤ ¨ ¨） ＨＰ Ｄ ０．Ｏ００ ５ Ｏ．０ｏｏ ７５ ５０ ４００ ５０ ４ＯＯ ２０ ４０
１ ｇ １ 微持电棚 ２０１０年第６期
Ｉｎｓ，超调量为２５％，调整时间约为５００ ｍｓ，稳态误差
为＋１０ Ｉ￣ｔｎ；０ 方向自由度的上升时间约为５０ ｍｓ，超
调量为６０％，调整时间约为５５０ ｍｓ，稳态误差为±
０．１ ｍｒａｄ。实验结果说明基于双ＤＳＰ的控制器能够
精确、有效地实现平面电动机的三自由度运动控制。
６结语
基于双ＤＳＰ的平面电动机控制器满足了同步
协控４组直线电动机的硬件要求，双ＤＳＰ之间通过
倍福xplanar工作原理
倍福xplanar工作原理
倍福xplanar是一种基于磁悬浮技术的运动控制系统，其工作原理涉及磁悬浮、线性驱动和控制系统三个方面。
首先，让我们从磁悬浮技术开始。倍福xplanar系统利用磁悬浮技术实现了零摩擦的悬浮和导向。具体来说，系统包含一系列磁悬浮单元，每个单元由一对磁体组成，一个是固定在底座上的，另一个则安装在被悬浮的工件上。这些磁悬浮单元通过控制磁场来实现对工件的悬浮和导向，从而消除了传统机械系统中由于摩擦而产生的磨损和能量损耗。
其次，倍福xplanar系统采用线性驱动技术来实现对工件的精确定位和高速移动。每个磁悬浮单元都配备了线性电机，这些电机可以在水平方向施加精确的推进力，从而使工件能够在平面上自由移动。通过对这些线性电机进行精确的控制，系统可以实现对工件的高速、高精度的定位和运动。
最后，控制系统是倍福xplanar系统的关键组成部分。控制系统通过实时监测磁悬浮单元的位置、速度和加速度等参数，利用反馈控制算法来调节磁场和线性电机的工作状态，从而实现对工件的精确悬浮、导向和移动。同时，控制系统还可以与其他设备或系统进行通信，实现对整个生产线的协调和集成。
综上所述，倍福xplanar系统的工作原理主要涉及磁悬浮技术、线性驱动技术和控制系统三个方面，通过这些技术的结合和协调，实现了对工件的零摩擦悬浮、精确定位和高速移动，为现代制造业带来了全新的生产方式和效率提升。
磁悬浮离心式鼓风机技术规范书
磁悬浮离心式鼓风机技术规范书
一、鼓风机主要组成
磁悬浮离心式鼓风机机组包括但不限于：叶轮及蜗壳、高速变频电机、变频器、悬浮轴承及其控制器、UPS电源、电机冷却辅助系统、冷却系统、风道（如有）、空气过滤系统、出口柔性接头、进风口消声器（如有）、出风口消声器、止回阀、电（气）动放空阀（安全阀）、就地控制柜、隔音罩等，以及其它有效保证安全运行所需的附件。鼓风机配套进风管道、出风管道、冷却管道、放空管道，及安装所需的地脚螺栓、紧固件等。
二、成套机组系统要求
1、鼓风机设备
鼓风机设备按照工艺需求的参数进行型号匹配，明确选型方案，对采购产品性能参数进行响应。
（1）安全联锁系统
必须对突然断电、工艺系统波动、大颗粒物进入、喘振、悬浮轴承跌落等突发情况有安全应对方案措施。
（2）环境适应性：鼓风机能适应污水处理现场工况，防气体腐蚀、防潮。
（3）鼓风机在正常工作范围内应运行无振动，无异响，无漏气现象。在供应商提供的性能曲线上任意一点运行，电机都不会过载。
（4）每台鼓风机可根据信号要求自动控制其流量变化，起动和停车时放空阀应自动打开以保证无负荷起动和停车及防止发生喘振。 （5）多台鼓风机必须能够并联运行，在并联运行条件下，每台鼓风机应能满足不同流量的调节需要。
2、鼓风机组
（1）每台鼓风机应配置独立的现场控制柜（含变频器）现场控制柜应室内安装，采购人为现场控制柜提供AC380V,50HZ的电源。
（2）现场控制柜内应具有短路及过载保护，并设热保护元件用于电机短路、过载保护；控制柜柜面上应配备人机界面，所有的参数设定、显示、控制等均应通过显示屏完成。操作界面要求使用简体中文。
（3）现场控制柜应带有显示屏。鼓风机运行情况应能够实时进行监测，显示数据应包括（不限于此）：风量、压力比、进口压力、出口压力、电机电流、电机电压、电机温度、变频器温度、进口压力、进口空气温度、运行时间。
（4）在鼓风机的运行过程中，如果控制系统检测到故障，风机会自动报警或停机，且控制柜上会显示故障信号。所有信号能远传。