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磁悬浮人工心脏泵及其在体外循环系统上的试验研究

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西南交通大学学报 2023年第4期58卷 820-826,862页

作者：刘淑琴边忠国李瑞建刘凯林本涛赵思鹏宗清会山东大学电气工程学院山东济南250061 山东大学齐鲁医院山东济南250012 山东管理学院智能工程学院山东济南250357

体外循环生命支持系统(extracorporeal membrane oxygenation,ECMO)可替代人的心、肺工作,为挽救生命创造机会,在这次抗击新冠疫情中屡建奇功,被称为“救命神器”.针对作为ECMO动力源的磁悬浮人工心脏泵,本文对其磁悬浮系统和无接触高... 详细信息

体外循环生命支持系统(extracorporeal membrane oxygenation,ECMO)可替代人的心、肺工作,为挽救生命创造机会,在这次抗击新冠疫情中屡建奇功,被称为“救命神器”.针对作为ECMO动力源的磁悬浮人工心脏泵,本文对其磁悬浮系统和无接触高效率磁耦合驱动装置进行了研究;在多入多出智能控制系统控制下实现了磁悬浮人工心脏泵变速稳定运行,并开展了磁悬浮人工心脏泵的压力、流量和转速实验;用所研制的磁悬浮人工心脏泵进行了3 d的动物实验后自主撤机.研究结果表明:体外循环磁悬浮离心血泵表现出良好的稳定运行特性,保持转速不变,在流量变化较大时,进出口压力差变化不大;体外循环磁悬浮离心血泵在转速为5000 r/min时,进出口压力差可以达到750 mmHg,具有较宽的工况范围;持续进行了15 d可靠性试验后,各项测试参数符合特性曲线规律;试验期间,羊生命体征持续存在,撤机后羊的生命体征平稳,验证了所研发的磁悬浮人工心脏泵在ECMO系统上应用的有效性和安全性.

关键词：磁悬浮人工心脏泵磁耦合 ECMO

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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

倾斜翼垂直起降(VTOL)飞机的磁悬浮推进器

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国际航空 2024年第4期 76-76页

作者：李彩玲(编译) 不详

美国初创公司磁悬浮航空公司(MagLev Aero)和创见航空公司(Transcend Air)正在合作,将磁悬浮航空公司的无摩擦电动推进器技术应用于创见航空公司计划中的Vy421倾斜翼高速垂直起降飞机。磁悬浮航空公司正在开发无轴承电动推进器,名为“... 详细信息

美国初创公司磁悬浮航空公司(MagLev Aero)和创见航空公司(Transcend Air)正在合作,将磁悬浮航空公司的无摩擦电动推进器技术应用于创见航空公司计划中的Vy421倾斜翼高速垂直起降飞机。磁悬浮航空公司正在开发无轴承电动推进器,名为“超驱动”,可替代飞机尾部的小型电动涵道风扇阵列,在垂直飞行中提供俯仰控制。两家公司正在进行数值分析和模拟,目标是在2025年初进行缩比演示。

关键词：初创公司航空公司磁悬浮垂直起降推进器无轴承

计及悬浮系统影响的高速磁浮直线同步电机建模方法

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西南交通大学学报 2024年

作者：康劲松丁浩倪菲汪凤翔同济大学铁道与城市轨道交通研究院同济大学磁浮技术铁路行业重点实验室同济大学电子与信息工程学院同济大学国家磁浮交通工程技术研究中心中国科学院海西研究院电机驱动与功率电子国家地方联合工程研究中心

为提高高速磁浮直线同步电机模型精度，基于电磁铁模块磁共能重构，提出一种计及悬浮系统影响的分布参数建模方法。首先，建立高速磁浮列车电磁铁模块的有限元模型，利用有限元数值分析获取电磁铁模块在不同工况下的磁共能数据，通过对... 详细信息

为提高高速磁浮直线同步电机模型精度，基于电磁铁模块磁共能重构，提出一种计及悬浮系统影响的分布参数建模方法。首先，建立高速磁浮列车电磁铁模块的有限元模型，利用有限元数值分析获取电磁铁模块在不同工况下的磁共能数据，通过对磁共能进行傅里叶级数展开及多项式拟合构建磁共能的解析模型；其次，根据磁共能解析模型推导电磁铁模块的磁链、电压和推力方程；然后，根据列车编组数量和电磁铁模块数量分别建立左右两侧直线同步电机的数学模型，并通过运动学方程计算高速磁浮列车位置和速度；最后，通过硬件在环仿真系统进行试验验证。试验结果表明：本文所提建模方法与传统建模方法相比，推力波动幅值增加超过6.8%；并且所提方法可以准确表征悬浮系统对牵引控制的影响，当励磁电流谐波幅值增加0.5A，1A和2A时，推力波动幅值分别最大增加54.3%，26.2%和83.7%；当励磁电流谐波频率为5Hz，10Hz和20Hz时，推力的谐波频率最大达到5.14%，21.75%和14.17%。

关键词：磁悬浮直线电机牵引控制悬浮系统建模方法

基于模糊PID控制的准零刚度磁悬浮隔振平台的设计与实现

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西南交通大学学报 2023年第4期58卷 886-895页

作者：翟明达张博李晓龙龙志强国防科技大学智能科学学院湖南长沙410000

为有效降低系统固有频率,获得外部振动在多频段的强衰减,以永磁电磁混合作动器为负刚度结构提出并设计了一种准零刚度的磁悬浮隔振平台,实现了基于模糊PID(proportional integral differential)算法的振动主动控制系统.首先,通过特性分... 详细信息

为有效降低系统固有频率,获得外部振动在多频段的强衰减,以永磁电磁混合作动器为负刚度结构提出并设计了一种准零刚度的磁悬浮隔振平台,实现了基于模糊PID(proportional integral differential)算法的振动主动控制系统.首先,通过特性分析与参数计算,基于准零刚度理论完成了准零刚度磁悬浮隔振平台的方案设计;其次,建立磁悬浮隔振系统模型,提出基于模糊PID算法的振动主动控制策略,可主动调节系统的等效刚度和阻尼;最后,基于Speedgoat实时目标机开发振动主动控制系统,搭建隔振测试平台,并开展了隔振性能测试.研究结果表明:本文设计的准零刚度磁悬浮隔振平台通过采用模糊PID的控制策略能够主动调节PID参数,动态调整系统的等效刚度和阻尼;外部振动频率在20~100 Hz频率段内,振动衰减率大于80%;外部振动频率在100~500 Hz频率段内,振动衰减率大于90%.

关键词：隔振准零刚度磁悬浮永磁电磁混合作动器模糊PID

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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

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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