可控永磁悬浮系统不同永磁体厚度动态特性的研究

论文摘要

传统的EMS(Electromagnetic Suspension)磁悬浮系统的悬浮磁极在结构上简单可靠而且技术上已经相当成熟,但是这种悬浮磁极还有一些需要改进的地方,主要是悬浮磁极在稳定悬浮时流过悬浮磁极的电流较大,使得悬浮磁极的功耗也很大。而可控永磁悬浮系统可借助永磁体来产生大部分的悬浮力,从而可以大大减少悬浮系统的功耗,显著降低悬浮电源的容量,并且悬浮气隙可以适当增加,使得整个系统更加安全,轨道梁的造价也将显著下降。随着永磁体磁性能的提高和制造工艺的进一步完善,采用可控永磁悬浮技术成为解决传统EMS磁悬浮系统悬浮功耗问题的非常具有竞争力的方案。本文主要对可控永磁悬浮系统不同永磁体厚度的动态特性进行了研究,并研制出一套可以实现单个可控永磁悬浮系统悬浮的实验装置,对不同永磁体厚度的悬浮系统动态特性进行了实验验证。本文首先在一定条件下,对比了可控永磁悬浮系统的时间常数和纯电磁悬浮系统的时间常数。由于漏磁场的存在,可控永磁悬浮系统的时间常数要小于纯电磁悬浮系统的时间常数,所以可控永磁悬浮系统的动态特性要优于纯电磁悬浮系统的动态特性。可控永磁悬浮磁极的特性曲线是一个非常重要的参考曲线,悬浮斩波器参数的选定、悬浮控制系统的设计和传感器工作范围都要根据这些曲线来确定。本文着重分析了不同永磁体厚度可控永磁悬浮系统的特性曲线。采用状态反馈控制器,得出不同永磁体厚度的可控永磁悬浮系统动态特性的对比。同一种控制器且控制参数相同时,都可以使得不同永磁体厚度的可控永磁悬浮系统实现稳定悬浮,永磁体厚度越大,动态特性稍微要好一些;然而对于某一个可控永磁悬浮系统的某种工况下,永磁体的厚度存在一个最佳值,这个最佳值就是永磁体产生的磁力非常接近悬浮系统重力的永磁体厚度。可控永磁悬浮技术可以显著降低悬浮磁极的功耗,优化EMS型磁悬浮系统的结构,从而降低系统造价,是很有前景的一项科技技术。

论文目录

第一章绪论

1.1 磁悬浮列车的发展概况

1.1.1 背景介绍

1.1.2 磁悬浮列车的分类

1.1.3 国外磁悬浮铁路的发展概况

1.1.4 磁悬浮技术在中国的发展概况

1.1.5 中国发展磁悬浮列车的重要意义

1.2 可控永磁悬浮方式的优点和研究状况

1.2.1 可控永磁悬浮方式的优点

1.2.2 可控永磁悬浮方式的研究状况

1.3 论文的主要工作和创新点

1.4 论文内容的安排

1.5 本章小结

第二章可控永磁悬浮模型的结构及其参数

2.1 系统的结构

2.1.1 悬浮铁心和定子铁心

2.1.2 模型托架

2.2 系统参数

2.3 本章小结

第三章可控永磁悬浮系统的工作原理

3.1 悬浮系统的电气时间常数

3.1.1 可控永磁悬浮系统的电气时间常数

3.1.2 纯电磁悬浮系统的电气时间常数

3.1.3 两种悬浮系统电气时间常数的对比

3.2 可控永磁悬浮系统的悬浮原理

3.3 可控永磁悬浮磁极的特性曲线

3.4 可控永磁悬浮磁极的仿真模型

3.5 可控永磁悬浮磁极的线性化方程

3.6 本章小结

第四章可控永磁悬浮系统的控制与仿真

4.1 悬浮系统控制策略的特点及研究状况

4.2 状态反馈控制

4.2.1 状态反馈控制器设计的理论基础

4.2.2 可控永磁悬浮系统的状态反馈

4.3 线性系统动态特性的性能指标

4.3.1 典型输入信号

4.3.2 动态过程

4.3.3 动态性能

4.4 可控永磁悬浮系统的动态响应

4.4.1 高阶系统的时域分析

4.4.2 系统的极点配置

4.4.3 状态反馈控制系统的仿真

4.5 本章小结

第五章悬浮系统的硬件和软件实现

5.1 悬浮控制及悬浮斩波器

5.2 TMS320LF2407A 开发系统

5.2.1 LF2407 DSP 基于控制领域的应用

5.2.2 LF2407 DSP 提高开发效率

5.2.3 LF2407 DSP 的特点和资源

5.3 悬浮控制器

5.3.1 传感器

5.3.2 前级处理电路

5.3.3 A/D 转换电路

5.3.4 D/A 转换电路

5.4 系统软件设计

5.4.1 监控程序

5.4.2 状态反馈控制程序

5.4.3 故障保护程序

5.5 本章小结

第六章可控永磁悬浮实验

6.1 可控永磁悬浮系统的磁场测量

6.2 实验结果分析

6.2.1 永磁体厚度为0.005m

6.2.2 永磁体厚度为0.007m

6.2.3 两种悬浮系统动态特性的对比

6.3 本章小结

第七章全文总结及课题展望

致谢

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附录1

附录2

附录3

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