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基于磁通反馈的悬浮控制研究

基于磁通反馈的悬浮控制研究

作者：孙秋明国防科学技术大学

学位级别：硕士

悬浮控制是磁浮列车的关键技术。目前采用的基于电流反馈的悬浮控制算法,参数稳定范围小、超调量大,且无法将闭环系统带宽设计得较低。而基于磁通反馈的悬浮控制能很好地解决这些问题。本文围绕着磁通反馈在悬浮控制系统中的应用展开研... 详细信息

悬浮控制是磁浮列车的关键技术。目前采用的基于电流反馈的悬浮控制算法,参数稳定范围小、超调量大,且无法将闭环系统带宽设计得较低。而基于磁通反馈的悬浮控制能很好地解决这些问题。本文围绕着磁通反馈在悬浮控制系统中的应用展开研究,涵盖了电磁场分析、被控对象建模、控制器设计、参数整定、仿真、磁场测量以及实验等问题。本文首先分析了电磁力与悬浮气隙磁场之间的关系,并利用计算结果得出了悬浮力与气隙磁通密度的拟合公式。在对单铁的建模中,从气隙磁通密度的角度出发,得到了以磁通密度为状态变量的单铁线性模型,并采用磁场分析得出的拟合公式修正了模型参数。其次,参照电流环控制的串级思想,设计出了基于磁通反馈的悬浮控制算法,该算法也采用双环控制,内环为磁通环,外环为位置环;外环采用PID控制器,输出为期望磁通密度,内环采用比例或比例积分控制器,输出为电磁铁控制电压。为了便于对采用电流反馈与采用磁通反馈的悬浮控制算法的性能进行比较,设计了基于遗传算法的PID参数优化方法。在相同的闭环系统带宽要求下,对两种控制下的PID参数进行优化。然后在建立的悬浮控制系统的非线性仿真模型上,比较了两种控制算法在优化参数下的动态性能。为实现磁通反馈控制,分析了悬浮磁场对磁通密度测量的要求,利用三维磁场分析软件对磁场测量元件的安装方式与安装位置进行了分析,选择了两种磁场测量方法:霍尔效应法与电磁感应法,并分别设计了测量及信号放大、滤波电路,实现了悬浮磁场的测量。最后,进行了单铁及转向架的悬浮实验,比较了两种控制算法的实际效果,实验验证了磁通反馈参数稳定范围大、动态性能好的控制效果。

关键词：悬浮控制磁通反馈 PID控制器磁场测量

基于磁通反馈的混合悬浮控制与防吸死方法研究

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基于磁通反馈的混合悬浮控制与防吸死方法研究

作者：冷鹏国防科技大学

学位级别：硕士

为了解决传统EMS悬浮系统的缺点,并顺应国家对轨道交通节能提速的发展战略,国防科技大学积极开展了速度200km/h的永磁电磁混合悬浮型中速磁浮列车的研制工作,并于2018年成功研制出第五代新型磁浮试验样车。混合悬浮中速磁浮列车采用永... 详细信息

为了解决传统EMS悬浮系统的缺点,并顺应国家对轨道交通节能提速的发展战略,国防科技大学积极开展了速度200km/h的永磁电磁混合悬浮型中速磁浮列车的研制工作,并于2018年成功研制出第五代新型磁浮试验样车。混合悬浮中速磁浮列车采用永磁电磁混合悬浮方案,与传统电磁型磁悬浮方案相比,前者能够有效减小系统的悬浮功耗;但是随着永磁体的加入,对于悬浮系统而言,控制难度增大、吸死后果更严重的问题也随之而来。本文以国防科技大学研制的永磁电磁型混合中速磁浮列车为研究对象,开展了磁通反馈控制方法与防吸死技术的研究。(1)首先建立了永磁电磁型混合悬浮系统的单点控制开环数学模型,以电流和磁通密度作为状态变量之一分别建立对应的线性模型;并对建立的线性模型的稳定性、能控性、能观性等进行分析。随后针对永磁电磁混合单点悬浮系统设计了基于电流反馈的单点混合控制方法,仿真研究证明控制方法能够满足性能要求。(2)其次,本文讨论了磁通密度的获取方法,分别介绍了传感器测量方法与虚拟磁通观测技术,其中传感器测量主要分析了基于霍尔效应原理和基于电磁感应原理的测量方法;同时,研究了基于电流型和电压型的虚拟磁通观测器,设计了基于磁通反馈的混合悬浮控制方法。通过仿真和试验对比,相对于电流反馈的混合控制方法,基于磁通反馈的方法在系统超调、稳态过程都具有明显优势。(3)探究混合悬浮双点模型的控制方法。针对混合悬浮双点模型两点相互耦合的问题,提出了基于反馈线性化的解耦控制方法,通过解耦控制可以将两个相互耦合的系统转化为两个独立的子系统,该方法能够减小两点的相互影响,提高系统的控制性能。(4)最后,针对永磁电磁型混合悬浮系统的吸死情况进行研究,阐述了产生吸死情况的原因,并提出了不同吸死工况下的解决方法。根据分析情况,对于鲜有研究的外力干扰导致间隙突变造成的吸死情况,本文设计了基于干扰观测器的磁通反馈防吸死控制,并对设计的干扰观测器进行稳定性分析,实验结果表明采用基于干扰观测器的控制方案能够有效降低干扰对系统的影响,提高了系统的抗干扰能力,降低了吸死情况发生的概率。本文中,对于永磁电磁型混合悬浮系统,建立了基于磁通反馈的混合悬浮控制方法,同时设计了基于干扰观测器的防吸死控制方法。本文研究成果已经应用到了混合悬浮转向架的试验和160型磁浮列车的悬浮控制系统之中,对混合悬浮中速磁浮列车的进一步研发和工程化具有一定的参考价值。

关键词：混合悬浮系统磁通反馈干扰观测器防吸死

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基于磁通反馈的悬浮控制方法研究及实现

基于磁通反馈的悬浮控制方法研究及实现

作者：张文清国防科学技术大学

学位级别：硕士

磁悬浮控制是磁悬浮列车的关键技术。目前采用的基于电流反馈的悬浮控制方法,参数稳定范围小、超调量大、系统带宽较宽,在系统稳定性能、跟踪性能和抗干扰性能等方面有待进一步提高和改进。采用电流反馈控制方法的系统带宽较宽,容易受... 详细信息

磁悬浮控制是磁悬浮列车的关键技术。目前采用的基于电流反馈的悬浮控制方法,参数稳定范围小、超调量大、系统带宽较宽,在系统稳定性能、跟踪性能和抗干扰性能等方面有待进一步提高和改进。采用电流反馈控制方法的系统带宽较宽,容易受到高频信号的干扰,抗干扰能力较弱;同时,系统的低频增益较大又容易引起共振问题。为了克服电流反馈控制方法的这些缺点,考虑到悬浮力是关于磁通密度的单变量函数,本文选取磁通反馈的方法对悬浮系统进行控制。本文围绕着磁通反馈在悬浮控制系统中的应用展开研究,采用理论分析与实验验证相结合的方法,主要进行了以下工作: 首先,在对单铁悬浮物理模型进行分析基础之上,将磁通密度作为状态变量,建立了基于磁通的单铁悬浮系统的控制系统模型。然后对控制系统模型进行分析,对比了磁通反馈控制方法和电流反馈控制方法的特点。其次,从磁场测量的原理上分析各种获得磁通方法的特点,通过对磁场测量器件定量分析得到了磁场测量器件的传递函数并引入控制系统,分析各种磁通获得方式对控制系统的影响。再次,在基于磁通反馈的电磁悬浮控制的基础之上,进一步研究了基于磁通反馈方法的电磁永磁混合悬浮控制,建立了混合悬浮单铁的物理模型和数学模型。在模型基础之上讨论了永磁体参数对控制系统的影响,然后对比分析了磁通反馈控制方法和电流反馈控制方法的特点,利用极点配置的方法设计了基于磁通状态反馈控制器,仿真并实验验证了控制器的可行性。最后,搭建了基于磁通反馈控制系统平台,设计了简易的磁通传感器,进行了单铁和转向架的悬浮静态实验和干扰实验,实验验证了磁通反馈方法具有控制参数稳定范围大、超调较小,抗干扰能力强等优点。

关键词：磁悬浮控制磁通反馈磁场测量混合悬浮

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磁通反馈在磁悬浮列车悬浮控制中的应用

机车电传动 2006年第1期 39-42页

作者：孙秋明李杰国防科技大学机电工程与自动化学院湖南长沙410073

建立以磁场强度为状态变量的单悬浮电磁铁刚体模型,分析磁通反馈控制下系统的稳定性。设计磁通反馈与悬浮间隙的PD控制器,并根据磁悬浮列车特点,给出磁场测量方法。对悬浮间隙的PD控制器+磁通反馈的控制算法进行了仿真与单悬浮电磁铁试... 详细信息

建立以磁场强度为状态变量的单悬浮电磁铁刚体模型,分析磁通反馈控制下系统的稳定性。设计磁通反馈与悬浮间隙的PD控制器,并根据磁悬浮列车特点,给出磁场测量方法。对悬浮间隙的PD控制器+磁通反馈的控制算法进行了仿真与单悬浮电磁铁试验,验证了磁通反馈控制的有效性。

关键词：磁悬浮列车建模磁通反馈 PD控制单悬浮电磁铁

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带干扰观测器的磁通反馈控制研究

福建电脑 2009年第12期25卷 1-2页

作者：张文清郑丽莉李杰国防科学技术大学磁悬浮技术工程研究中心湖南长沙410073

磁通反馈悬浮控制方法具有控制范围大,超调小等优点。本文建立了基于磁通反馈的混合悬浮控制模型,设计了干扰观测器,分析了模型摄动对控制系统的影响,对磁通-间隙双环控制结构进行了改进。仿真实验表明,带干扰观测器的磁通反馈控制器是... 详细信息

磁通反馈悬浮控制方法具有控制范围大,超调小等优点。本文建立了基于磁通反馈的混合悬浮控制模型,设计了干扰观测器,分析了模型摄动对控制系统的影响,对磁通-间隙双环控制结构进行了改进。仿真实验表明,带干扰观测器的磁通反馈控制器是可行的,有利于提高悬浮控制系统的稳定性和抗干扰能力。

关键词：混合悬浮磁通反馈干扰观测器模型摄动

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频率域感应式磁传感器信号调理电路研究

物探化探计算技术 2016年第2期38卷 198-205页

作者：赵毅陈晓东王刚张振宇赵富刚中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所廊坊065000

感应式磁传感器在地球物理电磁法勘探中已得到广泛应用,国内多家单位已开展感应式磁传感器的研制工作。这里首先介绍了感应式磁传感器的原理,然后对其信号调理电路(开环式和闭环式电路)进行了分析,综合二者的优点设计了信号调理电路,并... 详细信息

感应式磁传感器在地球物理电磁法勘探中已得到广泛应用,国内多家单位已开展感应式磁传感器的研制工作。这里首先介绍了感应式磁传感器的原理,然后对其信号调理电路(开环式和闭环式电路)进行了分析,综合二者的优点设计了信号调理电路,并研制出相应的磁传感器。最后通过野外对比试验,验证了所研制的磁传感器的有效性,该设计为感应式磁传感器地研制提供了很好地技术支撑。

关键词：感应式磁传感器信号调理电路幅频特性相位磁通反馈

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圆环试样静态磁性的数字测量系统

钢铁研究学报 1985年第2期 221-226页

作者：王焕文庞仲予冯克强姚雷冯淑琴

这是用于测量软磁材料直流磁滞回线和原始磁化曲线的新型仪器。磁通测量采用零预偏置V-F变换技术和数字积分原理。借助磁通反馈环节控制磁化电流扫描速度,使得产生的感应电压接近常数。打印机用数字形式给出磁场和磁感的测量结果。 V-F... 详细信息

这是用于测量软磁材料直流磁滞回线和原始磁化曲线的新型仪器。磁通测量采用零预偏置V-F变换技术和数字积分原理。借助磁通反馈环节控制磁化电流扫描速度,使得产生的感应电压接近常数。打印机用数字形式给出磁场和磁感的测量结果。 V-F变换是该仪器的主要单元,也是研制技术较困难的单元,本文着重分析它的结构、工艺和变换精度。

关键词：变换器磁化曲线仪器转换器磁化电流磁化电源软磁材料磁通反馈磁滞回线数字积分

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用于相控阵雷达移相单元的激励器的研制

现代电子 2002年第3期 41-44页

作者：胡善祥周雁翎戈海清华东电子工程研究所合肥230031

介绍了一种用于相控阵雷达移相单元相位控制的磁通反馈式铁氧体移相器激励器.它对铁氧体磁芯中建立的磁通进行监视.并利用反馈技术获得精密的相位控制。它可以自动补偿激励器、移相器中任何部分的变化。把元件的老化、电源的波动及其他... 详细信息

介绍了一种用于相控阵雷达移相单元相位控制的磁通反馈式铁氧体移相器激励器.它对铁氧体磁芯中建立的磁通进行监视.并利用反馈技术获得精密的相位控制。它可以自动补偿激励器、移相器中任何部分的变化。把元件的老化、电源的波动及其他参数变化的影响减至最小。

关键词：相控阵雷达移相单元移相器激励器磁通反馈铁氧体

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重庆运达焊接设备有限公司概况

现代焊接 2001年第2期 18-18页

运达是谁?是中国电焊机行业统计企业前50名中生产内燃弧焊机专业制造企业。创立于1993年,一个年青而充满活力的名字。运达能做什么?9个品种各具特色的内燃弧焊机,满足您野外、移动作业等各种工作场所。同时适应Ф6mm以下各国各型焊条(... 详细信息

运达是谁?是中国电焊机行业统计企业前50名中生产内燃弧焊机专业制造企业。创立于1993年,一个年青而充满活力的名字。运达能做什么?9个品种各具特色的内燃弧焊机,满足您野外、移动作业等各种工作场所。同时适应Ф6mm以下各国各型焊条(包括纤维素焊条)。运达技木的最大优势:独创同轴一体、中频电源、可靠耐用。独创磁通反馈自动补偿技术。

关键词：弧焊机中频电源电焊机行业统计纤维素焊条最大优势下向焊工作场所制造企业磁通反馈