磁悬浮列车动力学研究方法综述
磁悬浮列车工作原理探究
磁悬浮列车工作原理探究磁悬浮列车是一种利用磁力进行悬浮和推进的先进交通工具。
它的出现让人们对交通方式有了全新的认识和体验。
那么，磁悬浮列车是如何运作的呢？本文将对磁悬浮列车的工作原理进行探究。
1. 磁悬浮原理在磁悬浮列车中，利用了磁力的排斥和吸引性质来实现悬浮和推进。
磁悬浮列车的轨道与车体之间安装了磁铁，通过电磁力的作用，使列车悬浮在轨道上方，并在轨道上方运行。
2. 磁悬浮悬浮系统磁悬浮列车的悬浮系统包括车体悬浮和导向系统。
车体悬浮系统主要由负载线圈和磁浮体组成，通过悬浮控制系统生成电磁力，使车体悬浮在轨道上方。
导向系统由导向磁铁和导向轨道组成，用于控制列车在轨道上的平稳行驶。
3. 磁悬浮推进系统磁悬浮列车的推进系统通过线圈和磁铁的排斥和吸引作用来实现。
轨道上设置有相应的电流线圈，当电流通过线圈时，在线圈周围会产生磁场。
车体上的磁铁与轨道上的线圈之间的相互作用力可以推动列车在轨道上移动。
4. 磁悬浮控制系统磁悬浮列车的控制系统是整个系统的关键部分，它能够根据车体的运动状态来控制电流的大小，从而使列车在轨道上保持平稳的悬浮和运行状态。
控制系统通常由传感器、控制器和执行器组成，通过不断监测车体位置，自动调节电流大小，确保列车的平稳运行。
5. 磁悬浮列车的优势与传统列车相比，磁悬浮列车具有许多优势。
首先，磁悬浮列车能够实现高速运输，其速度可以达到每小时600公里以上。
其次，磁悬浮列车的悬浮和推进方式减少了能量损耗，提高了能源利用效率。
此外，磁悬浮列车的噪音和振动较小，给乘客带来更为舒适的乘坐体验。
6. 磁悬浮列车的应用前景磁悬浮列车作为一种新兴的交通工具，具有广阔的应用前景。
它可以作为城市快速交通工具，缓解交通压力，提高运输效率。
同时，磁悬浮列车也可以用于长距离高速铁路运输，连接不同城市，加强地区间的联系。
未来，随着磁悬浮技术的不断发展，磁悬浮列车有望在全球范围内得到更广泛的应用。
总结：通过对磁悬浮列车工作原理的探究，可以看出磁悬浮列车是通过磁力实现悬浮和推进的先进交通工具。
大学磁悬浮实验报告
大学磁悬浮实验报告实验报告大学磁悬浮实验报告一、实验目的本次实验的目的是研究磁悬浮原理以及悬浮高度与磁场大小的关系，进一步深化我们对磁场和力学的理解。
二、实验原理磁悬浮是利用了超导体和永久磁铁之间的相互作用力而实现的。
当超导体置于磁场中时，由于超导体本身特殊的电性质，从而可使磁场在超导体内不存在。
因此，超导体内的物体可以通过永久磁铁的磁场被悬浮起来。
根据悬浮高度与磁场大小的关系，我们可以通过调整磁铁磁场大小来控制物体的悬浮高度。
三、实验步骤1. 将永久磁铁放在台面上，保持水平。
2. 将超导体放在磁铁上方，调整超导体位置。
3. 均匀地撒上磁铁粉末，观察物体和磁铁之间的作用力，进一步调整物体的位置。
4. 测量物体悬浮的高度，记录数据。
5. 重复实验3-4步骤，分别记录不同磁铁大小下物体的悬浮高度。
四、实验结果经过多次实验，我们得出了如下的实验数据：磁铁大小（高度/cm）悬浮高度（cm）0 02 34 66 98 12从实验数据可以看出，物体的悬浮高度与磁铁大小成正比关系，而且比例系数大约为1.5。
五、实验结论通过本次实验，我们深入了解了磁悬浮的原理以及物体悬浮高度与磁场大小的相关性。
我们发现，通过调整磁铁大小可以控制物体的悬浮高度，这种现象可以应用于现实中，例如在磁悬浮列车和飞行器的设计中，将会发挥非常重要的作用。
六、实验感想本次实验让我深入了解了磁悬浮的原理，而且还体验了调整实验条件、记录数据和分析数据的整个过程。
在实验中，我深刻体会到了科学精神，也更加珍惜科学实验的机会，希望以后能再次参加这样有趣、实用的实验。
磁悬浮列车的原理及控制策略研究
磁悬浮列车的原理及控制策略研究磁悬浮列车，即磁力悬浮列车，是一种利用电磁力浮起列车并使其在轨道上运行的交通工具。
与传统的轮轨联动的列车相比，磁悬浮列车具有更高的运行速度、更小的能耗和更平稳的行驶体验。
随着科技的进步和交通需求的增加，磁悬浮列车作为一种新兴的高速交通方式，受到了广泛的关注和研究。
一、磁悬浮列车的原理磁悬浮列车的原理是利用电磁感应和磁力的作用，使列车在轨道上浮起并运行。
具体而言，磁悬浮列车由列车车体、磁悬浮导向系统和牵引系统组成。
1. 列车车体磁悬浮列车车体通常采用轻型材料制造，如铝合金等。
车体具有良好的气动外形，减少空气阻力，提高运行速度。
同时，车体上还安装有各种传感器和控制设备，用于监测和控制列车的运行状态。
2. 磁悬浮导向系统磁悬浮导向系统是磁悬浮列车的关键部件，它通过电磁感应产生的磁力将列车浮起并保持在轨道上运行。
磁悬浮导向系统通常由轨道上的磁铁和列车车体下方的电磁线圈组成。
当电磁线圈通电时，产生的磁场与轨道上的磁铁相互作用，产生电磁力将列车浮起。
通过控制电磁线圈的电流和磁场分布，可以调节磁悬浮力的大小和方向，实现准确的导向效果。
3. 牵引系统磁悬浮列车的牵引系统通常采用线性电机技术。
牵引系统由轨道上的线圈和列车车体下方的磁铁组成。
当线圈通电时，产生的磁场与磁铁相互作用，产生牵引力推动列车前进。
线性电机的牵引效率高、响应速度快，可以实现高速、平稳的列车运行。
二、磁悬浮列车的控制策略磁悬浮列车的控制策略至关重要，它直接影响列车的运行安全和舒适性。
目前，主要的磁悬浮列车控制策略包括悬浮控制、导向控制和牵引控制。
1. 悬浮控制悬浮控制是磁悬浮列车控制的核心部分，主要用于调节磁悬浮力以使列车浮起并保持在轨道上运行。
悬浮控制的目标是实现良好的悬浮性能，包括悬浮高度的稳定性、悬浮力的均衡性和对外界扰动的抑制能力。
常用的悬浮控制方法包括模糊控制、自适应控制和PID控制等。
2. 导向控制导向控制是磁悬浮列车控制中的另一个重要方面，主要用于实现准确的轨道导向效果。
磁悬浮列车原理解析
磁悬浮列车原理解析磁悬浮列车（Maglev Train）是一种运用磁悬浮技术实现悬浮运行的列车。
与传统的轨道交通工具不同，磁悬浮列车不需要通过物理接触来提供支撑与推进力，而是依靠磁场的相互作用来实现列车的悬浮与运行。
一、磁悬浮技术概述磁悬浮技术，源于磁力学的基本原理，通过磁场的相互作用实现对物体的悬浮与推进。
磁悬浮列车主要依赖两种磁场：一是用于悬浮的吸引型磁场，二是用于推进的恒定型磁场。
二、磁悬浮列车的悬浮系统磁悬浮列车的悬浮系统主要包括悬浮磁体、悬浮轨道以及控制系统三个部分。
悬浮磁体通过产生一种与轨道相互作用的磁场，实现列车的悬浮效果。
悬浮轨道则提供与列车悬浮磁体相互协作的磁场，发挥支撑作用并保持列车的稳定悬浮。
控制系统则用于监测、调整和控制磁场参数，确保列车的平稳运行。
三、磁悬浮列车的推进系统磁悬浮列车的推进系统主要由磁悬浮电机和推进导轨组成。
磁悬浮电机是磁悬浮列车的关键部件，通过不断地改变磁场以产生力矩，推动列车前进。
推进导轨则负责提供额外的推进力和引导列车在轨道上运行。
四、磁悬浮列车的优势与应用磁悬浮列车相较于传统的轨道交通工具，具有诸多优势。
首先，相比于传统列车，磁悬浮列车的运行速度更高，甚至达到了音速以上。
其次，由于不需要物理接触，摩擦力和能量损失大大降低，运行更加平稳，噪音也较小。
此外，磁悬浮列车的环保性能出众，没有尾气排放，对环境污染较小。
磁悬浮列车广泛应用于大城市间的高速交通线路，并且在国际上也有不少示范线路。
五、磁悬浮列车的发展前景磁悬浮列车作为一种先进的交通工具，具有广阔的发展前景。
随着技术的进一步突破与应用的推广，磁悬浮列车有望成为未来城市交通的主要形式之一。
许多国家都已经开始了磁悬浮列车的研究与发展，并有意在未来建设更多的磁悬浮交通线路。
六、总结磁悬浮列车通过磁场的相互作用实现悬浮与运行，不仅具有高速、平稳、环保等诸多优势，而且有广泛应用和发展前景。
可以预见，在未来，磁悬浮列车将在世界范围内得到进一步发展与推广，为人们的生活和出行带来更为便捷与舒适的体验。
磁悬浮列车的原理及其应用
磁悬浮列车的原理及其应用随着世界科技的不断发展，交通工具的发展也越来越快。
在这些交通工具中，磁悬浮列车是一种非常独特的交通工具。
磁悬浮列车的原理利用了磁力学的基本原理，而它的应用也在市场上越来越广泛。
第一部分：磁悬浮列车的原理磁悬浮列车的基本原理是利用相同磁性的极性互斥的特性来使列车浮起，利用反相磁性的极性互斥的特性来使列车运动。
磁悬浮列车利用了电磁力和电动机的原理，通过电场产生电磁场，利用电动机将电能转换为机械能，使列车在磁场的作用下运动。
磁悬浮列车的主要部件包括：磁浮系统、牵引系统、导引系统、控制系统和人机交互系统。
其中，磁浮系统是磁悬浮列车的核心部分，它由定子和浮子组成。
定子上有一系列的电磁线圈，浮子中心有一个通过超导材料制成的电磁线圈，当电流通过这些电磁线圈时，它们会互相排斥产生磁场，使得浮子悬浮在定子上。
当列车运动时，导引系统会引导列车前进，牵引系统会施加力使列车前进。
第二部分：磁悬浮列车的应用随着经济的发展和城市化的进程，交通拥堵和环保问题越来越受到大家的关注。
因此，磁悬浮列车作为一种无污染、高效、高速的交通工具，具有广阔的市场前景。
在公共交通领域，磁悬浮列车可以替代地铁、轻轨等传统交通工具。
它具有更高的速度和更大的运能，并且不受道路条件的限制，可以沿着既定路线进行无缝对接的运营。
在旅游领域，磁悬浮列车可以作为旅游景点的一种新亮点，吸引更多游客。
在国防领域，磁悬浮列车的高速度和无声无息的特点使得它成为了一种理想的作战工具。
第三部分：磁悬浮列车的发展前景磁悬浮列车发展前景广阔，未来发展方向主要体现在以下方面：1.技术创新磁悬浮列车技术创新是未来发展的主要方向。
技术的提高使得列车速度和运能不断提高，安全性和舒适性也得到了保障。
未来，磁悬浮列车将会在自动驾驶、人机交互等方面得到不断改进，成为更加智能化的交通工具。
2.市场逐渐扩大近年来，磁悬浮列车市场逐渐扩大。
中国磁悬浮列车的发展速度很快，已经建成了上海磁悬浮列车。
磁悬浮列车的原理与应用
磁悬浮列车是一种基于磁力原理运行的高速交通工具，它可以在轨道上悬浮运行，无需与轨道接触，因此具有较低的空气阻力、较高的运行速度和较平稳的运行状态。
这使得磁悬浮列车成为了现代交通领域的一项重要技术突破。
磁悬浮列车的原理核心是磁力悬浮和线性感应电动机技术。
磁力悬浮是通过磁力作用使列车产生浮力，解除对轨道的依赖，从而使列车悬浮运行。
这一悬浮方式可以减少机械摩擦，减小能量损耗，提高运行效率。
磁力悬浮的实现依靠超导磁体，利用超导材料的特殊性质，在低温下形成强大的磁场，与轨道磁铁产生斥力，实现列车的浮起。
而线性感应电动机技术则是用于推动列车进行运行的关键。
它是一种通过电磁感应产生运动力的电动机，与传统的旋转电动机不同之处在于线性感应电动机可以直接将电能转换成直线运动。
磁悬浮列车的线性感应电动机通常采用永磁同步电机或传统的电动机通过齿轮传动来提供动力。
线性感应电动机的优势在于传动效率高、加速度大、噪音低，可以实现更高的速度和更快的加速度。
磁悬浮列车具有许多优点，使其在交通领域得到了广泛应用。
首先，磁悬浮列车的运行速度非常高，可以达到数百公里每小时的速度，大大缩短了旅行时间。
其次，磁悬浮列车的悬浮运行可以减少摩擦，减小能量损耗，提高能源利用率。
此外，磁悬浮列车的运行平稳，乘坐舒适，不会像传统火车那样摇晃。
最重要的是，磁悬浮列车还能减少对环境的污染，因为它不会产生尾气和噪音污染。
然而，磁悬浮列车也存在一些挑战和限制。
首先，磁悬浮列车的建设成本相对较高，需要大量投资用于轨道建设、设备购置和维护等方面。
其次，由于磁悬浮列车对轨道的要求非常高，只能在特定的轨道上运营，这限制了其应用范围。
最后，磁悬浮列车的安全性问题也需要被重视，包括列车与轨道的稳定性、电力供应的可靠性等。
总的来说，磁悬浮列车的原理与应用是一门高科技，它的发展对交通领域来说具有重要的意义。
磁悬浮列车在高速、高效、环保等方面具有明显的优势，对于改善城市交通拥堵和提高交通运输效率具有重要的推动作用。
磁悬浮列车的工作原理
磁悬浮列车的工作原理磁悬浮列车，作为一种高速交通工具，凭借其惊人的速度和平稳的行驶，受到了越来越多人的关注和喜爱。
与传统的轮轨列车不同，磁悬浮列车运用了磁力和浮力的原理来实现悬浮和推进的功能，从而实现了超高速的运行。
本文将着重讨论磁悬浮列车的工作原理。
一、磁力悬浮原理磁悬浮列车的悬浮系统采用了磁力悬浮技术，通过磁场的作用使列车在离轨道一定距离的位置悬浮起来，从而减少与轨道的接触面积，达到减小摩擦和阻力的效果。
在磁悬浮列车上，铁轨中央设置了一对导向磁轨，它们带有电磁线圈。
列车底部的悬浮装置上也存在着一对磁轨，同样带有电磁线圈。
当悬浮装置的电磁线圈通电时，产生的磁场与铁轨上的磁场相互作用，形成一种推斥力，使列车悬浮在离地面一定距离的位置。
二、磁力推进原理除了悬浮系统，磁悬浮列车还依靠磁力推进系统实现高速行驶。
磁力推进系统采用了线圈电流的改变和轨道上的磁场相互作用，从而将列车推进或减速。
在轨道上，有一系列的电磁线圈被置于列车运行的区段，这些线圈通有电流。
当列车经过这些电磁线圈时，列车底部的电磁线圈与轨道上的线圈产生相互作用，形成推动力。
通过调整电流的方向和大小，可以改变推进力的大小和方向，从而实现列车的前进、减速和停止。
三、先进技术的应用除了磁力悬浮和磁力推进原理，现代磁悬浮列车还应用了一些先进的技术来提升其性能。
1. 超导技术超导技术是磁悬浮列车实现高速运行的重要手段之一。
超导磁体使用超导材料，通过低温冷却，使其电阻变为零，从而减小能耗和磁体的体积。
这样的超导磁体可以产生更强的磁场，提升悬浮力和推进力。
2. 自动控制系统磁悬浮列车的自动控制系统能够实时监测列车的位置、速度和加速度等参数，并根据需求进行调整，使列车稳定运行。
自动控制系统还能够监测轨道的状态，如温度、位移等，以保障列车的安全性。
3. 空气动力学设计磁悬浮列车的车身外形设计采用了先进的空气动力学理论，通过减小空气阻力，降低能耗和噪音，并提高列车的行驶稳定性。
磁悬浮列车的工作原理及运行机制
磁悬浮列车的工作原理及运行机制磁悬浮列车是当代高速交通工具中的一种创新的技术成果。
它利用磁力的吸引和排斥作用来实现列车的悬浮和推进，具有较高的运行速度和良好的平稳性。
本文将详细介绍磁悬浮列车的工作原理及运行机制。
一、磁悬浮列车的工作原理磁悬浮列车的工作原理基于磁力的相互作用。
其核心部件是线圈和磁性轨道。
磁性轨道上分布着许多线圈，而车辆的底部装有磁性体。
当线圈通电时，产生的磁场和车辆底部的磁性体相互作用，产生吸引力使列车悬浮。
具体来说，磁悬浮列车采用了电磁悬浮（Electromagnetic Suspension）和线性电机（Linear Motor）的技术。
电磁悬浮通过调节线圈的电流大小来控制磁力的大小，实现列车的悬浮。
而线性电机则利用磁力推动列车前进。
二、磁悬浮列车的运行机制磁悬浮列车的运行机制主要包括引导系统、推进系统和控制系统。
引导系统用于引导列车沿轨道前进，推进系统用于提供列车的推进力，控制系统用于实现列车的自动控制。
引导系统采用了空气动力学形状设计，可以减小风阻，提高高速行驶的稳定性。
同时，引导系统还配有传感器和电动调节器，可以根据轨道的形状和条件调整列车的位置和角度，确保列车的平稳行驶。
推进系统采用了线性电机技术。
磁悬浮列车的轨道上布置了许多线圈，当线圈通电时，产生的磁场与车辆底部的磁性体相互作用，推动列车前进。
由于磁悬浮列车不接触轨道，因此摩擦力很小，推进效率较高。
控制系统是磁悬浮列车的核心。
它通过传感器实时监测列车的位置、速度、加速度等数据，并根据预设的运行参数进行计算和控制。
例如，当列车偏离轨道时，控制系统会及时做出调整，保证列车在安全的轨道上行驶。
三、磁悬浮列车的优势与应用磁悬浮列车相较于传统的轨道交通方式，具有以下几个显著的优势：1. 高速：磁悬浮列车的设计速度可达到每小时500公里甚至更高，大大缩短了长距离出行的时间。
2. 平稳：由于不接触轨道，磁悬浮列车行驶过程中减少了颠簸和震动，乘坐更加平稳舒适。
高速列车磁悬浮技术的研究与应用
高速列车磁悬浮技术的研究与应用近年来，高速列车成为了城市发展的一个重要标志，也是人们追求快速出行的必备工具。
在高速铁路建设中，磁悬浮技术逐渐得到应用，并成为了发展重点。
下面，本文从历史背景、技术原理以及发展前景三个方面，对高速列车磁悬浮技术进行阐述。
一、历史背景高速列车磁悬浮历史可以追溯到20世纪60年代初，当时美国的磁悬浮技术已经成熟，并开始应用于城市轨道交通领域。
但由于技术难度大、投入巨大等问题影响，磁悬浮技术的研究和应用在60年代至90年代几乎停滞不前。
1997年，上海开始投资建设磁悬浮列车，中国磁悬浮技术得以重新崛起。
随着技术的进步和改善，2002年，上海成功研制出了时速430公里的世界上最快的商业化磁悬浮列车——磁浮列车。
此后，中国开始加快高速铁路的发展速度，磁悬浮技术也逐渐得到完善和推广，至今，中国已成为全球磁悬浮列车的技术和资产的拥有国家。
二、技术原理磁悬浮列车是一种磁悬浮式铁路交通方式，是利用高强度电磁场驱动列车行驶的交通工具。
其技术原理是利用列车和轨道间的磁力排斥和吸引，使列车悬浮在轨道上行驶。
具体来说，磁悬浮列车的轨道上铺设有一系列电磁铁，同时在列车底部也装有电磁铁。
通过对轨道上的电磁铁和列车底部的电磁铁电流的控制，可使车体既悬浮在轨道上，又向前滑行。
磁悬浮列车的行驶速度可以达到每小时600公里以上，能够替代飞机在500公里以内的航程，运营成本低，环保减排，占用土地面积小等优势，逐渐成为人们出行的首选方式。
三、发展前景随着技术的不断改善和全球高铁的发展趋势，磁悬浮列车将有望在未来得到广泛应用。
目前，中国已在上海、长沙、青岛等城市建设了磁悬浮列车，而自主研发的长兴岛磁浮列车不仅速度快，同时在环保降噪方面也具备卓越的表现。
在未来，磁悬浮列车将成为城际快速轨道交通的重要组成部分，有望在世界范围内推广。
随着更多国家和地区参与到高速铁路建设中来，磁悬浮技术的发展势头将会越来越强劲，未来必将成为高速铁路建设的重要趋势，为乘客提供更加高效、快捷、安全、舒适的出行方式。
从物理学视角探讨磁悬浮列车技术
从物理学视角探讨磁悬浮列车技术磁悬浮列车是一种利用磁力悬浮和感应驱动的新型交通工具，它可以高速行驶且没有摩擦阻力，因此被认为是未来城市快速交通的重要组成部分。
在磁悬浮技术的应用中，物理原理是无法避免的，下面从物理学的视角来探讨磁悬浮列车的技术。
磁力悬浮技术的基本原理在磁悬浮列车中，列车是由磁力悬浮装置和电磁推进装置组成的。
磁力悬浮装置由列车车体上的轴承和轨道上的磁铁构成，通过相互作用从而实现悬浮。
电磁推进装置则是通过电磁感应原理，将列车车体产生的电动力转化为电能并传递到轨道上的线圈中产生磁场，从而推动列车行驶。
这两个装置共同保证了磁悬浮列车的悬浮和推进。
在这个过程中，物理原理起到了关键的作用。
通过轨道上的电磁感应铁芯，电能可以被转化为动能，并传递到列车车体上，从而推动车体向前运动。
而在列车行驶的过程中，车体与轨道之间的相互作用则可以通过轴承上的超导线圈和轨道上的磁体之间的相互作用来实现。
因此，磁悬浮列车能够实现高速行驶的重要原因在于，在车体与轨道之间没有任何摩擦阻力，而这也得益于磁力悬浮装置的作用。
如何提高磁悬浮列车的安全性？尽管磁悬浮列李具有高速行驶和无摩擦阻力等多方面的优势，但是其安全性仍然是一个需要解决的问题。
在实验中，由于磁悬浮列车的速度非常快，轨道之间的转弯也十分急促，因此一旦出现问题，脱轨或撞毁的风险就会变得很大。
那么，如何提高磁悬浮列车的安全性？通过物理学原理，我们可以设计出一些措施来提高磁悬浮列车的安全性。
例如，在制定轨道的时候，可以考虑增加起伏和曲线来减少列车的速度。
这样做可以帮助列车减速并减小转弯的半径，进而减轻车体所受到的侧向冲击。
此外，我们还可以考虑通过智能化系统来监控列车的状态，包括车体的振动、运动状态等，并在检测到异常情况时及时采取相应的措施，从而最大程度地增加列车的安全性。
磁悬浮列车技术在未来城市交通中的应用随着城市化进程的加快，未来城市的交通问题愈加突出。
而磁悬浮列车技术的出现为解决这一问题提供了新的思路。
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文章编号：1005-0523（2019）01-0025-08收稿日期：２０１8－04－12基金项目：国家自然科学基金资助项目（51565013）；江西省杰出青年人才资助计划项（20171BCB23058）；西南交通大学牵引动力国家重点实验室开放课题（TPL1407）作者简介：肖乾（1977—），男，教授，博士，研究方向为轮轨关系。
磁悬浮列车动力学研究方法综述肖乾，许旭，陈光圆（华东交通大学运载工具与装备教育部重点实验室，江西南昌330013）摘要：在轨道交通领域中，磁悬浮列车的行驶方式不同于平常列车，它不再受限于传统轮轨接触式的行驶方式，可借助电磁力克服重力，脱离地面，实现了列车与轨道之间无接触的导向和悬浮。作为当前最为先进的运输方式，磁悬浮列车无疑成为各国着力研究的重要科技领域，为了提高行驶的安全性和改善行驶的平顺性，国内外学者针对磁悬浮列车相关动力学问题开展了大量研究，在理论分析、数值仿真等方面取得了重要成果。针对已有的成果，阐述了磁悬浮列车在动力学建模、动力学特性研究和悬浮控制等方面的研究现状及成果，并且对进一步的研究提出了建议和展望。关键词：磁悬浮列车；动力学建模；动力学研究；悬浮控制中图分类号：U２９2文献标志码：A
第36卷第1期2019年2月华东交通大学学报JournalofEastChinaJiaotongUniversityVol.36No.1Feb.，2019
因为轨道的电磁力作用，磁悬浮列车悬浮在轮轨之上，行驶过程中不和轮轨发生接触，所以只受到空气阻力的影响。随着科技的发展，磁悬浮列车的最高时速可以达到500km以上，与高速轮轨列车相比而言，速度有了极大的提升，在长途旅行中更具优越性。磁悬浮列车在环保、安全和低能耗等方面也有明显优势：因为只存在空气阻力的影响，在相同工况下，与当今最领先的轮轨列车、汽车和飞机等运输方式相比，磁悬浮列车耗能最少；因为行驶时不与轨道产生摩擦接触，所以磁悬浮列车行驶时产生的振动较小，由此产生的噪音较低；由于电力驱动磁悬浮列车运行，因此存在的污染很小，对生态环境造成的破坏同样很小。磁悬浮列车要想实现高速行驶，需要对其进行长期的试验检验，以保证列车行驶的安全性和稳定性。磁悬浮列车在行驶时，对运行轨道、路线的平整度和路基下沉量都有很高的标准要求，以保证安全的轮轨悬浮间隙。为了提高磁悬浮列车行驶的安全性，改善列车行驶的平顺性，磁悬浮列车的相关动力学研究工作也表现得尤为重要，而动力学建模和仿真分析是其中尤为重要的技术手段。磁悬浮列车在带来科技便利的同时，仍然有很多的科技难题需要攻克和解决，因此对于磁悬浮列车而言，将传统的动力学问题研究拓展到与行驶相关的一切因素和领域，全面而深入地开展磁悬浮列车系统的动力学研究，已经逐步成为科研趋势。现今关于磁悬浮列车相关动力学的研究，虽然国内外学者取得了巨大的进展，但是这些方法仍存在各自的不足和缺陷，目前还难以使得系统安全高效地运行。鉴于上述存在的问题，本文基于国内外学者取得的科研成果，针对磁悬浮列车在动力学建模、动力学特性研究和悬浮控制等方面进行了相对完整的整理阐述，并且对进一步的研究提出了建议。
1磁悬浮列车的动力学建模方法研究
罗芳和张昆仑[１]计算和分析电磁铁电磁力时，未考虑气隙及附近磁场沿长度方向，将悬浮力、横向力及侧滚力矩分别与长度大致看成线性关系，且U型电磁铁为细长形，根据这些因素建立了简化的二维模型进华东交通大学学报2019年
图1磁悬浮列车悬浮电磁铁与轨道的二维模型图Fig.1Two-dimensionalmodeloflevitationelectromagnetandtrackofmaglevvehicle
行计算，如图1所示，模拟仿真发现在磁悬浮列车的行驶过程中，导向稳定性会受到相对较大的影响。二维模型有其局限性，所以在计算分析电磁力时仍然需要深入而全面的研究，三维空间研究更为直观，且反映各方向的受力及变化更为具体。为了有效且准确地找到悬浮和导向稳定性的影响因素，鲍佳[２]先利用SIMPACK建立了简化悬浮系统的三维模型，克服了二维模型研究分析的局限性，然后考虑刚性车体、刚性轨道有激扰的模型，最后建立刚性车体、弹性轨道梁和悬浮导向控制系统的综合模型，由于悬浮、导向稳定性和车轨耦合振动的问题存在，所以在数学建模的基础上，分析了磁悬浮列车悬浮控制方法，将控制规律应用于该多体模型，但该模型仿真并未考虑外部因素的影响。为了使得磁悬浮列车的运行状况模拟仿真更加贴近现实，李人宪[３]等采用两方程紊流模型，模拟粘性、定常不可压缩紊态流场，建立了1∶20的三维模型，用来模拟磁悬浮列车的外部流场，并且为了节省时间和工作量，建立了具有相同的流线型外形的列车模型，发现车下空气隙的大小对气动升力的影响较大，即对悬浮稳定性影响较大，但研究分析工作量大，需要投入大量人力和物力。HowelJP[４]在研究磁悬浮列车对侧风响应时，同样注意到了外部环境的影响，因此通过可变宽度和速度的侧风阵列建立模型，分别针对平坦轨道的EDS方案和轨道高架的EMS系统，进行了对应的研究分析。邓永权[５]选择忽略角运动，且不考虑其带来的影响，将整个悬浮系统近似认为是单磁铁悬浮控制系统，在车轨耦合模型上考虑二次悬挂的影响，借助SIMPACK软件将梁模块和控制模块建立弹性梁模型和控制模型，并依此建立车轨耦合模型铅垂方向上的简化模型，并进行简化分析动力学问题，但研究仅局限于问题的局部，忽略了对系统整体动力学问题研究的完整认识。针对这个问题，LiL[６]利用有限元软件模拟仿真建立了磁悬浮列车的悬浮模型，对磁悬浮列车悬浮系统的固有振动频率进行了测试，分析了列车和钢轨的强度、模态及相互作用，通过调整二次悬挂的频率、阻尼控制系统的频率和阻尼轨道的频率等系统的基本参数，进行了更为细致全面的分析研究。磁悬浮列车转向架结构相对复杂，采用解析方法进行直接计算焊接结构效果不佳，而且如果直接依照图纸建立有限元模型，则会导致工作量规模更为庞大，为了有效研究磁悬浮列车转向架及其转向能力，杨磊和赵志苏[７]对原结构进行了适当的简化，忽略不重要区域的小孔及小尺寸结构，借用三维造型软件建立实体模型，再将该模型导入有限元软件中，并按照力学特性进行必要的处理，建立离散化的有限元模型，依照静力等效的原则对多个工作状态的载荷进行了分析计算，但此研究仅仅局限于研究带转向机构的磁悬浮列车。由于摆式悬架磁悬浮列车与带转向机构的磁悬浮列车不同，只靠几何方程和静力等效的方式得到列车的转向特性是不够全面完善的，结合动力的平衡方程进行研究是非常有必要的，因此赵志苏[８]建立了相应摆式悬架模型，对高速磁悬浮列车的转向特性进行了针对性的研究，发现求解得出的作用在摆杆上的力和它的位移，是解决转向特性问题的关键。为了更深入研究磁悬浮列车转向能力的影响因素，王汝宁[９]将高速磁悬浮列车的结构分为上、中、下3层，上层为车体，下层为走行部，中层为摆式结构的二次系，建立了对应的简化模型，并分别探究了导向电磁铁长度、摆杆的摆动范围与拉力和相邻转向架对搭接电磁铁的挤压与拉伸3个主要因素对转向能力的影响，提出了不改变列车摆式结构、车辆不搭接电磁铁和稍微缩短转向架与导向电磁铁长度的改进方案。国内外学者针对磁悬浮动力学建模问题取得了较多的研究成果，但在数值模型的计算精度方面还存在许多亟待解决的问题。因此，为了提高实验中转向架研究模型的模拟精度，WatanabeK[１０]以某列车车体1/12尺度模型为研究对象，用六轴平行连杆运动部件模拟建成，模拟仿真了转
26第1期肖乾，等：磁悬浮列车动力学研究方法综述向架运动以及二次悬挂装置工作的状态，结果减少了车辆的振动，有效且精确地探究了磁悬浮列车的转向能力。研究磁悬浮列车动力学振动响应时，针对列车车体起伏、侧移、俯仰、偏航、侧滚五种行驶状态，胡嘉琪[１１]分别建立了二级悬浮5自由度和多自由度两种磁悬浮列车-弹性轨道耦合控制系统动力学模型，利用数值方法对比分析了不同运行速度和不同初始干扰对系统稳定性的影响。考虑到磁悬浮列车存在结构体构型复杂和体积较大的问题。王旭[１２]利用CATIA建立模型时，不考虑次要结构的影响，依照列车几何模型的拓扑性质和材料分布的对称性的特殊性质，建立了面对称有限元模型，全部构件独立建模并通过“钉连接”方式连接成结构整体，采用弹性梁和刚性梁混合简化建模，通过动力学特征方程的求解和有限元软件的分析，结果得到该仿真模型的低阶模态频率和模态振型。但以上建模研究仅限于自身部件的影响，YauJD[１３]则考虑到磁悬浮列车行驶时迎风荷载的影响，利用软件建立了磁悬浮列车的悬浮模型，将一系列简单的梁模拟为导轨单元，具有相同的跨度和磁悬浮车辆作为一个刚性车体支撑的悬浮力，采用基于Ziegler-Nicholas（Z-N）方法的机载PID（比例-积分-导数）控制器来控制悬浮力，实现磁悬浮车辆-导轨系统的交互动力学，利用数字仿真技术，在时域/空间域内，利用数字仿真技术，对运行的磁悬浮车辆进行迎风荷载作用，有效地考虑了车辆速度的运动效应和随机气流速度场的空间相关性，同时考虑悬浮力的运动依赖性质和湍流气流的非保守特性，且采用迭代方法计算磁悬浮车辆-导轨耦合系统在风作用下的交互响应，全面准确地研究了气动效应对磁悬浮列车振动响应的作用。武建军和杨文伟[１４]对磁悬浮列车/非线性弹性轨道系统的动力学特性进行了研究，将车体近似看成两部分，一部分是由车厢构成的一级悬浮体，另一部分是由磁轮构成的二级悬浮体，仅考虑竖直方向自由度，并依此完成了动力学建模，采取数值方法分析了三车体磁悬浮列车系统和单车体系统对应的动力学行为，分别给出了轨道的动力响应，并将不同的动力响应结果进行了相互对比研究。为了简化磁悬浮列车模型的计算，ZhangL[１５]采用导轨刚性化的方法，建立了车-轨耦合的动力学模型，用特征根法分析研究了系统的稳定性和具有时滞和速度反馈信号的悬架系统的动力学特性，并给出了对车辆与导轨之间的动力响应和振动进行抑制的措施，虽然该动力学建模分析方法更为有效地分析了悬架系统的动力学特性，但是仿真模型的精度仍有待提高，以完善动力学特性的相关研究。在国内外学者的深入研究下，磁悬浮列车的动力学建模方法有了极大的发展，并且逐步形成一套系统而全面的研究方法。贺光[１６]将车体、悬浮模块等部件看作刚体，将空气弹簧、机械导向机构等看作质量为零的连接部件，而仅仅考虑其对力和力矩的传递作用，将列车系统的机械结构看成刚体部件和二次悬挂系统，分别建模：首先，分析磁悬浮列车的车体和悬浮模块的空间受力情况，通过建立刚体运动坐标系，推导了刚体平动加速度和绕质心转动的角速度和角加速度；在此基础上，利用牛顿-欧拉法给出悬浮模块、车体或者其他部件的运动方程；其次，分析了机械导向机构的作用模型，获得了磁悬浮列车导向力的传递关系，建立了机械导向机构对车体、悬浮模块和其余部件的约束方程；通过消除理想约束力，得到了关于独立变量的动力学方程；最后，将空气弹簧等效为弹簧-阻尼系统，给出了二系悬挂力的计算公式，将对刚体部件和二次悬挂系统建立的动力学方程联立，最终得到了中速磁悬浮列车机械结构的动力学模型，借助有限元仿真软件建立仿真模型，用于动力学特性研究。如图2所示，以该典型的磁悬浮列车模型为例，该模型由1个车体和6个悬浮架子系统组成。其中，悬浮架子系统有1个构架、2个悬浮电磁铁和2个导向电磁铁，每个电磁铁上有4个加速度传感器，电磁铁和构架之间有一系悬挂，车体和构架之间有二系悬挂，模型共计114个自由度。建立的磁悬浮列车模型里，吊杆、悬浮架、导向与制动电磁铁、牵引电磁铁、牵引销、车体和左与右摇枕等，由2个C形悬浮弓组成的。在磁浮车辆悬浮架建模的过程中，由中梁中间位置将1个悬浮架划分成2个刚体结构，2个刚体之间通过1个力元来连接，那么因为2个刚体之间存在的扭转运动,可以考虑完整悬浮架的扭转,力元能够产生对应的扭矩作用，那么最终可以根据有限元法求解出扭转刚度。依照图3的拓扑关系,完成了对应的磁悬浮车辆的整车模型的建立，见图2。