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磁悬浮支承-飞轮系统稳定运行关键技术综述

西南交通大学学报 2022年第3期57卷 627-639页

作者：张维煜张林东于焰均江苏大学电气信息工程学院江苏镇江212013

作为飞轮电池(飞轮储能系统)中的核心部件,磁悬浮支承-飞轮系统能否稳定运行直接影响整个飞轮电池系统的运行品质.为促进我国新能源技术发展,加快“双碳”目标实现,在大量前沿研究成果的基础上,系统分析并总结了影响系统运行品质的复杂... 详细信息

作为飞轮电池(飞轮储能系统)中的核心部件,磁悬浮支承-飞轮系统能否稳定运行直接影响整个飞轮电池系统的运行品质.为促进我国新能源技术发展,加快“双碳”目标实现,在大量前沿研究成果的基础上,系统分析并总结了影响系统运行品质的复杂振动行为,归纳出模态自激振动与强迫响应振动是导致飞轮转子系统失稳的主要因素;基于两类不稳定因素,介绍了拓扑结构、动力学建模、控制策略、辅助保护等与系统稳定运行相关的关键技术的研究现状;提出了拓扑轴系高集成化、系统材料合理配比、辅助控制容错能力及备用轴承高可靠性这几个方面是今后研究的重点领域,旨在为实现磁悬浮支承-飞轮系统的高稳定运行提供解决思路.

关键词：磁悬浮飞轮转子系统稳定性关键技术

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磁悬浮球的自适应径向基函数控制方法研究

铁道科学与工程学报 2023年第4期20卷 1171-1179页

作者：欧阳清华樊宽刚雷爽江西理工大学电气工程与自动化学院江西赣州341000 江西省磁悬浮技术重点实验室江西赣州341000

磁悬浮是集众多学科为一体的高新技术,具有无摩擦、清洁环保和安全可靠等优点。而悬浮控制作为磁悬浮技术的核心引起了人们的关注。以单点磁悬浮球作为研究对象,由于磁悬浮球系统具有高度非线性、随机不确定性和时滞性等特点,采用其他... 详细信息

磁悬浮是集众多学科为一体的高新技术,具有无摩擦、清洁环保和安全可靠等优点。而悬浮控制作为磁悬浮技术的核心引起了人们的关注。以单点磁悬浮球作为研究对象,由于磁悬浮球系统具有高度非线性、随机不确定性和时滞性等特点,采用其他传统控制算法往往会引起系统超调量过大和响应速度过慢等问题。针对此类问题,提出一种不依赖于精确数学模型的自适应径向基函数(A-RBF)控制算法,以此实现磁悬浮球的稳定悬浮和获取系统满意的动态性能。首先建立磁悬浮球的非线性数学模型;其次通过非线性坐标变换得到磁悬浮球的线性数学映射模型;然后设计出A-RBF算法中相应的控制律和自适应律,并利用Lyapunov函数验证该算法的稳定性;最后通过不同的评判指标进行SMC和A-RBF算法的比较验证。仿真结果表明:由于A-RBF算法未忽略磁悬浮球系统中的高阶项,因此它不仅具有较快的响应速度和较小的超调量等优点,而且还具有适应系统参数变化范围大的能力。当依次输入正弦和方波信号作为输入时,A-RBF算法的跟踪效果最佳,其次为SMC。实验结果表明:当外部扰动存在时,A-RBF算法不仅实现了磁悬浮球的稳定悬浮,而且其误差仅在0.2 mm之内,并且在正弦跟随下的误差仅在0.15 mm之内,再次证明了A-RBF算法具有良好的适用性。

关键词：磁悬浮 A-RBF算法非线性变换动态性能

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磁悬浮无轴离心泵叶轮转子动力学特性

浙江大学学报（工学版） 2023年第8期57卷 1680-1688页

作者：陈晓丹吴澳赵睿杰徐恩翔江苏大学流体机械工程技术研究中心江苏镇江212013

为了实现磁悬浮无轴离心泵在高速工况下的稳定悬浮,探究离心泵水力激振力对叶轮转子悬浮特性的影响.对于电机系统,采用虚位移方法构建电机处于转子偏心状态下的悬浮力数学模型并采用有限元法(FEM)进行验证;对于离心泵系统,应用计算流体... 详细信息

为了实现磁悬浮无轴离心泵在高速工况下的稳定悬浮,探究离心泵水力激振力对叶轮转子悬浮特性的影响.对于电机系统,采用虚位移方法构建电机处于转子偏心状态下的悬浮力数学模型并采用有限元法(FEM)进行验证;对于离心泵系统,应用计算流体力学(CFD)方法进行离心泵内部流场数值模拟,重点探究叶轮处于不同轴向、径向悬停位置下的水力激振力特性,同时探究叶轮在不同转速工况下的运行特性;结合现代控制理论中的矢量控制策略,在Matlab/Simulink环境下实现磁悬浮无轴离心泵叶轮转子的动态稳定悬浮.研究结果表明:在体积流量14 m3/h和扬程20 m的工况下,当电机在转速0~6000 r/min运行时,叶轮转子径向偏移小于250μm,远小于转子和定子间气隙4 mm,可见所建立的磁悬浮无轴离心泵系统能实现高可靠性的悬浮运行.

关键词：无轴离心泵磁悬浮有限元法(FEM) 计算流体力学(CFD) 水力激振矢量控制

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磁悬浮列车非接触式供电技术研究进展

电源学报 2022年

作者：李宇逍周鹏博苏振华龚天勇罗俊马光同西南交通大学牵引动力国家重点实验室

磁悬浮非接触式供电是一种将磁悬浮与无线传能相结合的技术。利用地面线圈与车载次级线圈之间的电磁耦合，实现电能传输。无论是应用于超导电动悬浮的直线发电机供电系统还是应用于电磁悬浮的感应式功率传输系统，都实现了列车运行时的... 详细信息

磁悬浮非接触式供电是一种将磁悬浮与无线传能相结合的技术。利用地面线圈与车载次级线圈之间的电磁耦合，实现电能传输。无论是应用于超导电动悬浮的直线发电机供电系统还是应用于电磁悬浮的感应式功率传输系统，都实现了列车运行时的非接触式供电，避免了接触式供电磨损、噪音以及气候敏感性、运行速度受限等问题。非接触式供电适用于不同类型的磁悬浮系统，有利于磁悬浮技术进一步商业化的发展。本文将重点介绍磁悬浮非接触式供电的国内外发展状况及其进一步应用面临的挑战。

关键词：磁悬浮非接触式供电直线发电机感应式功率传输

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高温超导磁悬浮准静态的力弛豫特性

西南交通大学学报 2023年第4期58卷 845-852页

作者：刘晓宁柯志昊邓自刚西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室四川成都610031

为了研究顶部籽晶熔融织构法制备的钇钡铜氧超导块材在Halbach永磁轨道上的准静态悬浮力弛豫特性,定义了弛豫完整过程,划分为激励过程(含起始状态、中间过程、终止状态)、弛豫过程和稳态结果;在激励过程起始和终止状态相同时,通过搭建... 详细信息

为了研究顶部籽晶熔融织构法制备的钇钡铜氧超导块材在Halbach永磁轨道上的准静态悬浮力弛豫特性,定义了弛豫完整过程,划分为激励过程(含起始状态、中间过程、终止状态)、弛豫过程和稳态结果;在激励过程起始和终止状态相同时,通过搭建的悬浮力测试装置,研究了复杂中间过程对稳态结果的影响;基于磁化和Anderson-Kim模型建立了弛豫分析模型,对力弛豫规律进行分析和总结.研究结果表明:4种不同中间过程位移形式的稳态结果趋于一致,但位移过程中的最大悬浮力受到往返次数以及速度的影响,其中最大悬浮力点分布在随时间对数衰减的曲线周围;弛豫过程前终止状态的悬浮力与移动速度正相关,经过弛豫过程后的稳态结果趋于一致,而弛豫过程后以不同移动速度重复往返一次,移动速度对最大悬浮力的影响明显减弱(最大悬浮力差值由3.7 N降低为2.0 N);超导体在激励过程和弛豫过程中皆存在弛豫现象,而移动速度以及往返次数对最大悬浮力的影响结果是激励过程力弛豫的表现.

关键词：磁悬浮高温超导体弛豫过程悬浮力准静态

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磁悬浮列车磁轨耦合内共振分析

噪声与振动控制 2023年第1期43卷 173-178页

作者：苏红建刘灿昌栾军超张鑫越毛正杰田晓山东理工大学交通与车辆工程学院山东淄博255049

磁悬浮列车磁轨耦合共振能使车身剧烈振动,导致车辆平顺性变差。为研究内共振发生条件,建立单点磁轨模型,得到电磁铁和电磁铁电路间机电耦合动力学微分方程。根据多尺度法得到耦合系统频率满足2:1时的内共振幅频方程和内共振一次近似解... 详细信息

磁悬浮列车磁轨耦合共振能使车身剧烈振动,导致车辆平顺性变差。为研究内共振发生条件,建立单点磁轨模型,得到电磁铁和电磁铁电路间机电耦合动力学微分方程。根据多尺度法得到耦合系统频率满足2:1时的内共振幅频方程和内共振一次近似解。数值计算结果表明:电磁铁等效质量、电磁系数、电路总电荷量以及电磁铁线圈等效电阻等参数是影响电磁铁及电量振幅峰值的因素。通过分析磁轨之间的内共振参数特性,得出各参数对磁轨幅值的影响规律和内共振产生条件,可为磁浮列车悬浮系统稳定性设计提供理论计算方法。

关键词：振动与波磁悬浮磁轨内共振机电耦合多尺度法

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永磁悬浮平台的分散串级控制方法

西南交通大学学报 2022年第3期57卷 618-626页

作者：赵川孙凤裴文哲金俊杰徐方超张晓友沈阳工业大学机械工程学院辽宁沈阳110870 日本工业大学机械工学院日本埼玉345-8501

针对各悬浮单元磁力特性差异导致的倾斜问题,设计一种用于无接触传送的永磁悬浮平台,提出了具有气隙偏差积分反馈的分散式串级控制方法.首先,分析了悬浮平台的动力学模型与平衡条件,获得各悬浮单元气隙与平台三自由度之间的变换关系;其... 详细信息

针对各悬浮单元磁力特性差异导致的倾斜问题,设计一种用于无接触传送的永磁悬浮平台,提出了具有气隙偏差积分反馈的分散式串级控制方法.首先,分析了悬浮平台的动力学模型与平衡条件,获得各悬浮单元气隙与平台三自由度之间的变换关系;其次,根据悬浮单元系统特点设计了双闭环串级控制系统,外环是以气隙为被控对象的主调节回路,内环是以转角为被控对象的随动回路,并引入气隙偏差进行积分反馈;最后,通过悬浮实验进行验证.结果表明:引入积分反馈后,起浮后各磁悬浮单元气隙一致,向不同位置施加0.1 kg重物,各悬浮单元气隙同步增大0.12 mm;悬浮平台能够通过调节内环转角弥补磁力特性差异并实现偏载下水平悬浮,但系统的调节时间比无积分反馈的分散串级控制系统增加约1.4倍.

关键词：磁悬浮 PD控制串级控制系统积分反馈

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单自由度磁悬浮系统无模型自适应控制的研究

西南交通大学学报 2022年第3期57卷 549-557,581页

作者：钟志贤蔡忠侯祁雁英桂林理工大学机械与控制工程学院广西桂林541006

针对单自由度磁悬浮系统的非线性及难以建立精确数学模型的问题,将全格式无模型自适应控制(FFDL-MFAC)方法应用于单自由度磁悬浮系统,首先,采用无模型自适应控制算法、伪梯度估计算法、伪梯度重置算法和单自由度磁悬浮系统的动态化数据... 详细信息

针对单自由度磁悬浮系统的非线性及难以建立精确数学模型的问题,将全格式无模型自适应控制(FFDL-MFAC)方法应用于单自由度磁悬浮系统,首先,采用无模型自适应控制算法、伪梯度估计算法、伪梯度重置算法和单自由度磁悬浮系统的动态化数据模型,设计单自由度磁悬浮系统的控制器;然后,仿真分析MFAC控制参数对单自由度磁悬浮系统控制效果的影响及对阶跃响应信号、干扰信号和噪声信号的响应特性;最后,在磁悬浮球实验装置上进行实验验证.研究结果表明:全格式无模型自适应控制方法只需采集单自由度磁悬浮系统在工作状态下的I/O数据,无需建立单自由度磁悬浮系统精确数学模型,通过设定全格式无模型自适应控制器参数即可使控制器具备良好的自适应性和鲁棒性,实现高精度稳定悬浮控制;与PID相比,FFDL-MFAC将系统的超调量降低了0.005,稳定悬浮位移的误差均方根减小了0.260 7.

关键词：磁悬浮自适应算法无模型自适应控制伪梯度

不均匀气隙工况下轴向磁通永磁电动式磁悬浮电机的磁场与力特性分析

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电工技术学报 2023年第4期38卷 889-902页

作者：秦伟马育华张洁龙吕刚北京交通大学电气工程学院北京100044 北京市轨道交通电气工程技术研究中心北京100044 中国煤炭科工集团太原研究院有限公司太原030006

该文以轴向磁通永磁电动式磁悬浮电机为研究对象,针对其运行过程中存在的气隙不均匀工况,在直角坐标下建立求解该电机磁场和电磁特性的三维解析模型。首先,基于等效电流片模型,推导出轴向磁通Halbach永磁阵列的三维空间磁场分布函数。... 详细信息

该文以轴向磁通永磁电动式磁悬浮电机为研究对象,针对其运行过程中存在的气隙不均匀工况,在直角坐标下建立求解该电机磁场和电磁特性的三维解析模型。首先,基于等效电流片模型,推导出轴向磁通Halbach永磁阵列的三维空间磁场分布函数。对该磁场分布函数进行傅里叶级数转换,使Halbach转子三维磁场函数具有形式上连续统一的解析表达式。在此基础上,基于二阶矢量磁位,构建该电机的三维解析模型,推导出悬浮力、水平力和涡流损耗的解析表达式,并通过有限元法验证了解析计算模型的准确性。最后,通过小型样机实验,来验证理论计算的准确性。该文提出的解析模型适用于永磁电动式磁悬浮系统的任意气隙工况,可以作为该系统的一般设计方法。

关键词：轴向磁通不均匀气隙电磁特性磁悬浮解析计算 Halbach阵列