高温超导与常导混合EMS悬浮车控制系统研究与设计

论文摘要

磁悬浮列车作为一种新型地面交通工具,已经在实践中得到了成功的应用。传统的EMS型磁悬浮系统在结构上简单可靠,而且在技术上已经相当成熟,但是由于悬浮力全部由电磁铁来提供,因而电流和功耗都很大,而且影响悬浮气隙的进一步增大。为解决这些问题,国内外开始研究混合悬浮系统,比如超导和常导混合悬浮系统,电磁和永磁混合悬浮系统等等。这些混合悬浮系统能够减少悬浮功耗,还可以在载重量不变的情况下适当增加悬浮气隙。本文是在211工程第三期项目基金的资助下,开展高温超导与常导混合EMS悬浮模型车的设计。本文以高温超导和常导构成的混合磁悬浮系统为对象进行研究,分析和探讨了四点悬浮的实现策略：机械解耦和电气解耦。首先对单磁铁高温超导混合磁悬浮系统的动态模型进行了分析,建立了对象的状态空间模型和传递函数模型。并在分析其能控性的基础上设计了PID控制器并进行了仿真。然后应用模糊控制理论设计了两种模糊控制器,并分别进行了仿真分析。在理论分析可行的前提下,设计了系统硬件平台,包括混合磁铁设计、四象限斩波器设计和基于DSP的控制电路设计。并编写了PID控制程序,混合悬浮系统中各软件功能模块设计包括：初始化模块、控制算法模块、ⅡR数字滤波模块、A/D数据采集模块、PWM输出控制模块等。悬浮实验结果表明,设计的混合磁悬浮系统是合理的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 磁浮列车原理
• 1.1.1 电磁吸力型EMS悬浮的悬浮原理
• 1.1.2 电动斥力型EDS悬浮的悬浮原理
• 1.2 高温超导与常导混合EMS磁浮技术研究
• 1.2.1 EMS型混合悬浮技术方案的提出
• 1.2.2 高温超导与常导线圈组成的混合悬浮系统
• 1.3 本论文主要工作
• 第二章 高温超导EMS混合悬浮模型车的结构设计
• 2.1 四点悬浮的混合模型耦合解决方案
• 2.1.1 机械解耦
• 2.1.2 算法解耦
• 2.2 试验台的基本结构
• 2.3 混合悬浮系统线圈设计
• 2.3.1 系统基本参数
• 2.3.2 超导与常导线圈设计
• 2.3.3 杜瓦罐的设计
• 第三章 悬浮控制系统原理与建模
• 3.1 高温超导的特性及在悬浮系统中的应用
• 3.1.1 超导的基本特性
• 3.1.2 高温超导体的应用
• 3.2 单点悬浮原理
• 第四章 超导与常导混合EMS悬浮系统控制与仿真
• 4.1 控制参数
• 4.2 电流环控制
• 4.3 系统PID控制设计
• 4.3.1 PID控制简述
• 4.3.2 定气隙PID控制参数设定
• 4.3.3 用极点配置PID参数
• 4.3.4 PID控制仿真
• 4.4 铁芯临界饱和的PID控制仿真
• 4.5 模糊控制研究及仿真
• 4.5.1 传统基本模糊控制
• 4.5.2 模糊自适应PID控制
• 4.6 控制仿真比较
• 第五章 系统的硬件与软件设计
• 5.1 实验系统的整体描述
• 5.2 斩波器电路设计
• 5.2.1 工作原理
• 5.2.2 四象限斩波器中各个参数的确定
• 5.2.3 IGBT驱动电路
• 5.3 主控板电路
• 5.3.1 DSP芯片的简介
• 5.3.2 事件管理器
• 5.3.3 信号调理电路
• 5.3.4 基于CPLD的逻辑互锁电路
• 5.3.5 DSP的外围电路
• 5.4 超导线圈用电源
• 5.5 数字PID控制器的设计
• 5.6 主要程序设计
• 5.6.1 主程序设计
• 5.6.2 中断子程序的设计
• 5.6.3 数字PID控制算法设计
• 第六章 悬浮系统调试与实验
• 6.1 软件部分的调试
• 6.2 硬件部分的调试
• 6.2.1 实验用传感器
• 6.2.2 电路板的调试
• 6.2.3 超导线圈临界电流测试
• 6.3 混合系统定气隙悬浮实验
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文情况