基于力平衡的磁悬浮控制方法
悬浮磁悬浮技术的原理和应用
悬浮磁悬浮技术的原理和应用悬浮磁悬浮技术是一种先进的无轨列车运行方式，它通过电磁力并利用高能力磁体产生的磁力让车辆浮在轨道的上方运行，从而实现高速运输。
本文将深入探讨悬浮磁悬浮技术的原理和应用。
一、悬浮磁悬浮技术的原理悬浮磁悬浮技术的原理是基于磁轨作用原理。
电磁铁通电后产生的磁场与轨道之间产生相互作用力，可以使列车浮起来，达到悬浮的效果。
通过这种力的平衡，列车可以运行在轨道的上方，避免了轮轨间的卡阻与摩擦。
在加速或减速时，列车直接通过控制电磁力大小来调整车辆的速度和加速度。
由于磁悬浮技术在运行时可以避免车辆与轨道之间直接接触，因此可以减少能量损失，使车速更快。
现阶段悬浮磁悬浮技术主要有两种类型：吸引力型和排斥力型。
吸引力型方式是指通过利用驱动线圈中的磁极拒绝或吸引磁体下的永久磁体，以产生悬浮力；而排斥力型方式则是通过利用两个磁体之间的磁场相互排斥，产生悬浮力。
二、悬浮磁悬浮技术的应用1.客运领域悬浮磁悬浮技术在客运领域具有广阔的应用前景。
其中，上海磁悬浮列车是最有名的悬浮磁悬浮技术的应用之一。
上海磁悬浮是世界上最快的商业列车之一，最高时速可达430公里，整个运行过程非常平稳。
悬浮磁悬浮技术还可以用于核心城市之间的高速铁路连接，可以有效减轻客流压力，缓解交通拥堵。
2.货运领域悬浮磁悬浮技术也可以用于货运领域。
例如，运输汽车的过程中，悬浮磁悬浮技术可以使汽车整体浮在轨道上方，不会受到路面颠簸的影响，保护汽车的品质。
由于高速运输，货物可以快速到达目的地，大大缩短了货物的运输时间。
因此，悬浮磁悬浮技术在货运领域的应用，有无限的发展潜力。
3.未来应用悬浮磁悬浮技术的未来应用也非常广泛。
在建设超级城市的过程中，悬浮磁悬浮技术可以用于人员、货物的长距离运输，在城市轻轨、地铁等交通工具无法胜任的情况下，可以减少交通恶化对城市运行的影响，并在城市之间建立便捷的交通网络。
其应用范围还可拓展到航空运输、高端旅游等领域。
磁悬浮列车工作原理
磁悬浮列车工作原理引言概述：磁悬浮列车作为一种新型的高速交通工具，其工作原理基于磁力和悬浮技术。
本文将详细介绍磁悬浮列车的工作原理，包括磁悬浮原理、浮力控制原理、稳定性原理、推进原理以及制动原理。
一、磁悬浮原理1.1 磁悬浮系统磁悬浮列车的磁悬浮系统由车体和轨道上的磁场系统组成。
车体上搭载有磁体，轨道上铺设有电磁铁。
通过电磁铁产生的磁场与车体上的磁体相互作用，产生磁力，使车体悬浮在轨道上。
1.2 磁场调节为了确保磁悬浮列车能够平稳悬浮在轨道上，磁场需要进行调节。
通过改变电磁铁的电流，可以调节轨道上的磁场强度，从而控制车体的悬浮高度。
当车体与轨道的距离发生变化时，系统会自动调整磁场强度，以维持车体在合适的悬浮高度上运行。
1.3 磁力平衡磁悬浮列车的悬浮力是由磁场产生的磁力提供的。
当磁力与重力相等时，车体将保持在静止状态。
为了确保磁悬浮列车的平稳运行，系统需要保持磁力与重力的平衡，以避免车体的不稳定或过度悬浮。
二、浮力控制原理2.1 传感器系统磁悬浮列车的浮力控制需要依靠传感器系统来实现。
传感器系统可以感知车体与轨道之间的距离，将这些信息传输给控制系统，以便对磁场进行调节。
2.2 控制系统控制系统是磁悬浮列车的关键部分，它负责接收传感器系统传来的信息，并根据车体的位置和速度来控制磁场的强度。
通过实时调整磁场，控制系统可以保持车体在合适的悬浮高度上运行。
2.3 浮力调节浮力调节是磁悬浮列车浮力控制的核心。
通过控制磁场的强度，系统可以调节车体的悬浮高度，以适应不同的运行条件。
当车体需要加速或减速时，浮力调节系统会相应地调整磁场的强度，以保持车体的平稳运行。
三、稳定性原理3.1 车体稳定性为了确保磁悬浮列车的稳定性，车体的设计需要考虑到多个因素，包括车体的重心位置、车体的结构强度以及车体的阻尼系统等。
这些因素的综合作用可以使车体在高速运行时保持平稳。
3.2 风阻对稳定性的影响高速运行时，磁悬浮列车会受到空气阻力的影响。
一种磁悬浮系统悬浮控制方法[发明专利]
![一种磁悬浮系统悬浮控制方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/8521f6fc14791711cd791718.png)
专利名称：一种磁悬浮系统悬浮控制方法
专利类型：发明专利
发明人：刘恒坤,吴志添,李云钢,张晓,张鼎,陈树文申请号：CN200810143183.7
申请日：20080911
公开号：CN101348083A
公开日：
20090121
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种磁悬浮系统悬浮控制方法，采用电流环加快电磁线圈中电流i的上升速度，调整位置环使悬浮性能在设定的范围内，同时通过控制悬浮间隙的积分以消除稳定悬浮时的静态误差，然后选择积分控制参数k以忽略悬浮间隙积分对悬浮性能的影响，再由悬浮性能指标对悬浮间隙控制参数k和悬浮间隙微分控制参数k进行调整，并根据稳定悬浮电流i的变化来确定负载的变化量，通过悬浮电流i的变化使悬浮控制参数k和k作相应的改变，从而调整悬浮过程中电磁铁两端的电压控制量u，使悬浮性能在负载变化的情况下始终保持不变。
本发明根据磁悬浮系统稳定悬浮时的电流来改变悬浮控制参数，可弥补普通PID控制方法的缺陷，同时又具有普通PID控制方法容易实现的优点。
申请人：中国人民解放军国防科学技术大学
地址：410073 湖南省长沙市砚瓦池正街47号中国人民解放军国防科学技术大学三院磁悬浮中心国籍：CN
代理机构：湖南兆弘专利事务所
代理人：傅俏梅
更多信息请下载全文后查看。
浅谈磁悬浮技术及控制方法
浅谈磁悬浮技术及控制方法11浅谈磁悬浮技术浅谈磁悬浮技术及控制方法及控制方法演讲者孙振刚时间com电气工程教研室电气工程教研室2012-09-17 1 122目录目录磁悬浮技术概述磁悬浮技术概述磁悬浮基本概念磁悬浮基本概念材料磁特性材料磁特性磁悬浮类别磁悬浮类别实例分析磁悬浮列车实例分析磁悬浮列车电磁悬浮系统的控制方法电磁悬浮系统的控制方法单点悬浮系统单点悬浮系统多点悬浮系统多点悬浮系统2012-09-17 2 233一磁悬浮技术概述一磁悬浮技术概述1 基本概念利用磁场力使物体沿着一个轴或几个轴保持一定位置的技术措施磁悬浮技术是集电磁学电子技术控制工程信号处理机械学动力学为一体的典型的机电一体化高新技术2012-09-17 3 3442 材料磁特性顺磁性抗磁性磁畴未磁化磁畴磁化2012-09-17 4 455抗磁性抗磁性是一些物质的原子中电子磁矩互相抵消合磁矩为零但是当受到外加磁场作用时电子轨道运动会发生变化而且在与外加磁场的相反方向产生很小的合磁矩这样表示物质磁性的磁化率便成为很小的负数量抗磁性是物质抗拒外磁场的趋向因此会被磁场排斥所有物质都具有抗磁性可是对于具有顺磁性的物质顺磁性通常比较显著遮掩了抗磁性只有纯抗磁性物质才能明显地被观测到抗磁性当外磁场存在时抗磁性才会表现出来2012-09-17 5566抗磁性具有抗磁性的反磁性物质是Faraday在Earnshaw提出理论之后几年发现的 1872年时LordKelvin指出反磁性物质不需要遵守Earnshaw的理论因此反磁性物质可以在静磁场里浮起来然而由基本的解释得知所有的物质都有反磁性只是其磁性很小因此一直到1939年Braunbek才成功的利用了足够强的磁场将小块的石墨及铋磁浮了起来2012-09-17 6 677事实上如果磁场足够大的话生物体内水分的抗磁性都足以让它悬浮起来2000年科学家Geim和Berry使用磁性让一只青蛙悬浮在半空中他们因此获得了当年的搞笑诺贝尔奖2012-09-17 7 788超导体一般材料在温度接近绝对零度的时候物体分子热运动几乎消失材料的电阻趋近于0此时称为超导体达到超导的温度称为临界温度1911 年荷兰科学家卡末林昂内斯 HeikeKamerlingh-Onnes 用液氦冷却汞当温度下降到42K－26895℃时水银的电阻完全消失这种现象称为超导电性此温度称为临界温度根据临界温度的不同超导材料可以被分为高温超导材料和低温超导材料但这里所说的「高温」其实仍然是远低于冰点0℃的对一般人来说算是极低的温度2012-09-17 8 8991933年德国物理学家迈斯纳Walther Meissner发现了超导体的完全抗磁性即当超导体处于超导状态时在外磁场H小于临界磁场Hc时产生迈斯纳效应体内磁感应强度突变为0当把超导体放进磁场中时由于电感应作用在超导体表面形成感应电流I永久电流在超导体内部感应电流I激发的磁场和外磁场等值反向相互抵消2012-09-17 9 910102012-09-17 10101111磁悬浮陀螺磁性陀螺又称Levitron 利用陀螺的特性可以造成磁性陀螺在磁场里抗磁性一样的性质因此可以做到磁浮的地步此效应的发明人是RM Harrigan 19832012-09-17 11 1112123 磁悬浮类型从作用力分类吸引力排斥力2012-09-17 12 121313吸引力电磁铁和铁磁材料之间的吸引力2012-09-17 13 131414排斥力法拉第电磁感应定律交变的磁场在导体上感应出电流根据楞次定律感应电流产生的磁场总是倾向于抗拒引起这个感应的改变因而与源磁场之间产生排斥力2012-09-17 14 1415154 应用磁悬浮列车常导电式磁悬浮德国为代表超导电动磁悬浮日本为代表2012-09-17 15151616常导电式磁悬浮Electromagnetic Suspension吸力式磁悬浮列车无论是静止还是运动状态都能保持稳定悬浮状态2012-09-17 16 161717电动机的转子布置在列车上将电动机的定子铺设在轨道上通过转子与定子间的相互作用将电能转化为前进的动能当沿线分布的变电所向地面导轨两侧的驱动绕组提供与车辆速度频率相一致的三相交流电时与列车的推动绕组产生电感应而驱动实现非接触性牵引和制动2012-09-17 17 171818超导电动磁悬浮Electrodynamic Suspension2012-09-1718 181919超导电动磁悬浮Electrodynamic Suspension2012-09-1719 192020超导电动磁悬浮Electrodynamic Suspension2012-09-1720 202121磁悬浮列车的优点1 无摩擦无机械磨损2 速度高常导磁悬浮可达400-500公里小时超导磁悬浮可达500-600公里小时3 能耗低无污染高速运行情况下列车处于悬浮状态没有摩擦其能耗仅为汽车的一半飞机的四分之一4 爬坡能力强只要加大电压使产生足够大悬浮力5 磁悬浮高速列车噪音低节能占地面积少这是其他陆路交通系统无法与之相比的这种创新的无接触轨道技术带来了极大的机动性但却不会对环境造成负担2012-09-17 21 2122222012-09-17 22222323磁悬浮列车的缺点1 其高速稳定性和可靠性还需很长时间的运行考验2 由于磁悬浮系统是以电磁力完成悬浮导向和驱动功能的断电后磁悬浮的安全保障措施尤其是列车停电后的制动问题仍然是要解决的问题3 磁悬浮技术的悬浮高度较低因此对线路的平整度路基下沉量及道岔结构方面的要求较超导技术更高4 造价高5 强磁场对人体与环境都有影响2012-09-17 23 232424二电磁悬浮控制方法二电磁悬浮控制方法1 磁悬浮的稳定性早在1842年数学家山姆·恩绍 SamuelEarnshaw 发表过一篇论文用数学方法证明若单靠宏观的静态古典电磁力磁悬浮是不可能实现的亦即一个受静电场静磁场或重力场作用的粒子在没有物质分布只有力场的区域是不可能处於稳定而且平衡的状态的后世人称呼这项证明作恩绍大定理 Earnshaws theorem恩绍定律说明如果保持一个小磁铁始终朝一个方向那么它所受的磁场势能是鞍形的2012-09-17 24 242525为何不是稳定平衡态2012-09-17 25 252626磁悬浮陀螺的稳定性三维的鞍形势能在竖直方向上是稳定的水平方向是不稳定的但是陀螺在旋转的时候却能把水平方向也变成稳定的这是因为小磁铁的角动量磁场和大磁铁的磁场相互作用当小磁铁试图向右水平移动时它的转轴不再保持直立而是跟着当地的磁力线稍稍向右倾斜同样当它试图向左水平移动时它的转轴跟着当地的磁力线稍稍向左倾斜正因为陀螺不是始终指向同一个方向恩绍定律就不再适用了这种情况下悬浮的陀螺磁铁所感受到的势能的确是一个碗状而不是马鞍状的2012-09-17 26 2627272 单输入单输出系统SISO2012-09-17 27 272828ElectromagnetPowerUAmplifierF ZLight sourceAnalogControlSensor IOComputerBoardMaglev ballmg2012-09-17 28 282929Electrical modelElectromagnetic force modelMechanical motion model2012-09-17 29 293030The Kirchhoffs lawdv R ic dtd di d dzv R ic di dt dz dtdi dL di d dz di d dzv R i L i R i Lcc idt di dt dz dt dt dz dt2012-09-17 30 303131The principle of electromechanical energy conversionFlux FluxD B Z2 D B Z2Z1 Z1 Magnetization curvesC A C Aa Input electricalenergyb Stored energy inz1O mmf F m O mmf F mFlux Flux c Stored energy inB B z2Z2 Z2D Dd Mechanical workZ 1 Z 1C A C AO Ommf F m mmf F m2012-09-1731313232The principle of electromechanical energy conversioni Fd di d m dFdWm dWc0 0 mf z i cons tan tdz dzdz dziidW d did L z idi 1c 00 dL z 2f z i cons tant idz dzdz 2 dz2012-09-17 32 323333The Newtons lawd 2 zM 2 f z Mgdt2012-09-17 33 333434Suppose dzx1 z x2 x3 iState space equations of the SISO magneticlevitation systemdx1x2dtdx2 fzgdt Mdx3 1 dv x R x3dt L dzi2012-09-17 34 343535Two-time scaleanalysis methodOuter loopInner loopridPosition f Force Current v MLS zController Modeling Controller Plantz z iThe cascaded control diagram of a magneticlevitation system2012-09-1735 353636开环稳定性分析2012-09-17 36 363737Variable structure controlHigh frequency switchingOrder reduction and robustness2012-09-17 37 373838SMC for SISO magnetic levitationsystemMechanical motion modeld 2 z tM F i z M g2dtElectromagnet force modelW i z 1 L 2 L i 2F i z i 02 z 2 z 2p 1z pThe nonlinear motion modeld 2 z t 2L i2 2 gdt 2Mp 1z p2012-09-17 38 383939d 2 z 2g 2g 2gp2 i z Linearization modeldt i0 z0 p z0 puin Kini Input voltage equationuout Kout z zout outputvoltage equation2d uout a uout l b uin Model ofthe controlled systemdt2 0 0 02012-09-17 39 394040Specifications and parameters ofsystemMass of the steel ball 011kgGravitational acceleration 981ms-2Reference air-gap distance at steady state 00235mReference current at steady state 092AL0 0575Hp 000315m-1Kin 5893VA-1Kout -448Vm-2a0 -7362s-2b016213sl0 50958Vs-22012-09-17 40 404141SMC for SISO magnetic levitation system--state spaceequationSMC for SISO magnetic levitation system--state spaceequationAdopting error e as the statevariation suppose x1 ef dx t1x tdt 2dx t2r e u y a x t b u t F tController Plant dt 0 1 0_d 2f tF t r t a r t l b2 0 0 0 ddtb f t0 dControl structure of the SISO magnetic levitation system2012-09-17 41 414242SMC for SISO magnetic levitation system--SMC designSMC for SISO magnetic levitation system--SMC designS cx1 x 2 Sliding surface1 d 2u a x cx r a r l sat S SSliding control law0 1 2 2 0 0b0 dt1 Ssat S S SSaturation function1 S2012-09-17 42 424343SMC for SISO magnetic levitationsystem--stability analysisSMC for SISO magnetic levitationsystem--stability analysisV 1 S 2 Lyapunov function candidate2Positive definite2V SS S S b f S0 d Derivative of Lyapunov functionNegative definiteS S 2 b f S0 dS 2 b f S 0 Thesystem is stable0 d2012-09-17 43 434444SMC for SISO magnetic levitation system--disturbance observerSMC for SISO magnetic levitation system--disturbance observerDisturbance Observer based sliding modecontrolf dr e u yController PlantfObserverThe new control structure of the SISO magnetic levitationsystem2012-09-1744 444545SMC for SISO magnetic levitationsystem--disturbance observerSMC for SISO magnetic levitationsystem--disturbance observerh f K x Intermediate variabled o 22d rh K a x b u a r l b h b K x Disturbance observero 0 1 0 dt2 0 0 00 o 21 d 2u a x cx r a r l sat S Sb f Sliding control law0 1 2 2 0 0 0 db0 dt2012-09-17 45 454646SMC for SISO magnetic levitationsystem--disturbance observerSMC for SISO magnetic levitationsystem--disturbance observerStability analysis1 2 1 2 Lyapunov function candidateV V V V f V S1 2 1 22 2 Positive definiteV f f f f f f f1 d d d d d d d2f h K x f b K h b K f 0d o 2 d 0 o 0 od2 2V S S b f S S b f S 02 0 d 0d2012-09-17 46 464747SMC for SISO magnetic levitationsystem--simulation resultsSMC for SISO magnetic levitation system--simulation results65referencewithout DO response4with DO responseV6eg 3atloV52 reference41 without DO responsewith DO responseVeg 3at0 lo0 05 1 15 2 25 3Vtime s21。
磁悬浮工作原理
磁悬浮工作原理
磁悬浮是一种基于磁力原理的悬浮技术，可使物体悬浮于磁场中，实现不接触地运动。
磁悬浮的工作原理主要包括磁力与重力平衡、磁悬浮系统的稳定性控制及悬浮物体的运动控制三个方面。
首先，磁悬浮通过磁力与重力的平衡实现物体的悬浮。
在磁悬浮系统中，通过在悬浮物体上放置一组与之相互作用的电磁铁阵列。
这些电磁铁通过外部的电流激励，产生与重力相等大小的反向磁力，将物体悬浮在空中。
当外部环境或物体位置发生变化时，电磁铁上的电流将根据反馈控制系统的信号进行调整，以保持物体的悬浮状态。
其次，磁悬浮系统需要通过稳定性控制来保持物体的平衡状态。
由于磁悬浮物体处于不稳定的平衡状态，当物体发生微小的变动时，重力和磁力的平衡会被打破。
为了保持悬浮物体的稳定，磁悬浮系统根据传感器的反馈信号，及时调整电磁铁上的电流大小和方向，以抵消外部干扰力，保持悬浮物体的平衡。
最后，磁悬浮系统还需要进行悬浮物体的运动控制。
由于磁悬浮物体不受摩擦力的限制，可以在磁场中自由运动。
磁悬浮系统通过改变电磁铁上的电流大小和方向，可以控制悬浮物体在三维空间中的位置和速度。
通过计算机控制系统，可以实现对悬浮物体运动轨迹的精确控制。
总体来说，磁悬浮通过利用磁力与重力的平衡、稳定性控制和运动控制，实现了物体无接触地悬浮于磁场中，并且可以通过
调整磁力的大小和方向进行精确的位置和速度控制。
这种技术在高速列车、电动车辆和磁悬浮列车等领域具有广泛应用前景。
磁悬浮的力学原理及应用
磁悬浮的力学原理及应用引言磁悬浮是一种基于电磁原理的新型浮力技术，其通过电磁力使物体在气体或液体中悬浮起来。
磁悬浮技术具有很多应用领域，如交通工具、震动消除、实验室设备等。
本文将介绍磁悬浮的力学原理及其在不同领域的应用。
磁悬浮的力学原理磁悬浮依靠电磁力与重力的平衡来实现物体的悬浮。
磁悬浮主要有两种方式：电磁悬浮和永磁悬浮。
1. 电磁悬浮电磁悬浮是通过电磁力来产生悬浮效果。
它通常由磁铁和线圈组成，线圈通过通电产生磁场，而磁铁则受到这个磁场的作用力。
通过调节通电线圈的电流，可以控制悬浮体的位置。
2. 永磁悬浮永磁悬浮是利用永磁体的吸引力和斥力来实现悬浮。
永磁体通常由多个磁铁组成，它们中的一些磁铁是相同极性，相互排斥；另一些磁铁是相反极性，相互吸引。
通过调整磁铁的位置和极性，可以控制悬浮体的位置。
磁悬浮的应用领域1. 交通工具磁悬浮技术在交通工具上有广泛的应用。
磁悬浮列车利用磁悬浮原理，通过悬浮在轨道上的磁力来推动列车。
相比传统的轮轨系统，磁悬浮列车具有更高的速度和更低的摩擦，因此可以实现更高的运行效率。
2. 震动消除磁悬浮技术可以用来消除机械设备的震动。
在某些实验室设备和精密仪器中，震动会影响到设备的正常工作。
通过将设备悬浮在磁场中，可以有效地降低震动对设备的影响，提高设备的精度和稳定性。
3. 实验室设备磁悬浮技术也广泛应用于实验室设备。
在实验过程中，需要对物体进行定位和控制。
磁悬浮技术可以实现对物体的精确定位和控制，从而提高实验的准确性和可重复性。
4. 电梯磁悬浮技术也被应用于电梯系统。
传统的电梯系统使用钢丝绳和轮组来支持电梯的运行，而磁悬浮电梯则使用磁力悬浮来支持电梯的运行。
相比传统的电梯系统，磁悬浮电梯具有更高的速度、更低的噪音和更大的运载能力。
结论磁悬浮是一种基于电磁原理的浮力技术，通过电磁力与重力的平衡来实现物体的悬浮。
磁悬浮技术在交通工具、震动消除、实验室设备等领域有广泛的应用。
随着科技的发展，磁悬浮技术将会在更多的领域得到应用，并为人们带来更多方便和便利。
磁悬浮的原理及制作
磁悬浮的原理及制作磁悬浮（Magnetic levitation）是一种利用磁力将物体悬浮在空中的技术。
它是通过将物体中的一部分磁体与外部磁场相互作用，通过磁力的平衡来实现悬浮的效果。
磁悬浮基于磁场的相互作用，利用磁场对物体施加力的原理来实现物体悬浮的效果。
它主要基于两个原理：磁场的斥力和磁场对物体的支持力。
磁场的斥力：同性相斥，即同性磁极（N极或S极）会互相排斥，产生一个相互推开的力。
这种力可以通过磁体的磁场产生，当两个磁场发生相互作用时，它们会互相斥力，从而产生一个相互推开的力。
磁场对物体的支持力：磁场也能对物体施加一个向上的支持力，使物体悬浮在磁场中。
这个支持力是由于物体自身的磁性和磁场之间的相互作用而产生的。
在磁悬浮系统中，通常有两个磁体：一个用于产生磁场的磁体（通常是固定的）和一个用于悬浮物体携带磁体的磁体（通常是可移动的）。
制作磁悬浮系统的步骤如下：1.选择适当的材料：制作磁悬浮系统时，需要选择合适的材料。
磁体通常是由铁、镍等磁性材料制成。
而悬浮物体通常是由铁、铜等材料制成。
2.制作磁体：制作磁悬浮系统时，需要制作两个磁体：一个用于产生磁场的磁体和一个用于悬浮物体携带磁体的磁体。
这些磁体通常是通过将磁性材料加工成特定形状和尺寸来制作的。
3.安装磁体：安装磁体时，需要将磁体放置在适当的位置。
通常，产生磁场的磁体放置在固定位置，而悬浮物体携带磁体的磁体则放置在可移动的位置。
4.磁场校准：在系统安装完成后，需要对磁场进行校准，以确保磁悬浮效果的实现。
磁场校准通常是通过调整磁体的位置和方向来完成的。
5.测试系统：完成磁悬浮系统的制作和校准后，需要对系统进行测试以确保其正常运行。
测试时，可以使用可移动的磁体控制悬浮物体的位置和高度，并观察悬浮效果。
磁悬浮的应用范围广泛，包括列车、电动车、磁悬浮列车等。
磁悬浮技术可以提供摩擦力的降低，从而提高物体的运动效率和安全性。
此外，磁悬浮物体可以在没有接触的情况下悬浮在空中，减少了摩擦和磨损，从而延长了系统的寿命。
磁悬浮电机的设计与实现
磁悬浮电机的设计与实现引言磁悬浮电机是一种基于磁悬浮技术和电动机原理相结合的先进电机。
与传统的机械轴承支撑电机不同，磁悬浮电机利用磁力使转子浮在空中，消除了摩擦损耗和机械磨损，从而提高了电机的效率和可靠性。
本文将介绍磁悬浮电机的设计原理和实现方法。
设计原理磁悬浮电机的设计原理基于磁力平衡和电力驱动。
首先，通过使用永磁体和电磁体产生的磁场相互作用，可以使转子悬浮在气隙中。
然后，通过改变电磁体的电流来调节磁场的强度，从而控制转子的位置。
最后，通过施加交变电流使转子旋转，实现电机的工作。
磁悬浮电机通常采用两种磁悬浮方式：永磁悬浮和电磁悬浮。
永磁悬浮电机通过使用稳定的永磁体来产生悬浮力，从而实现转子的悬浮和驱动。
电磁悬浮电机则通过使用电磁体来产生悬浮力，需要外部电源来提供悬浮力。
两种方式各有优点和适用范围，具体选择应根据实际应用需求进行。
设计步骤1. 确定设计要求在开始设计磁悬浮电机之前，需要确定设计要求，包括功率、转速范围、悬浮方式等。
这些要求将直接影响到电机的设计参数和性能。
2. 选取磁悬浮方式根据设计要求和应用需求，选择适合的磁悬浮方式。
永磁悬浮适用于小功率和高速应用，电磁悬浮适用于大功率和低速应用。
3. 选择磁悬浮材料根据悬浮方式选择合适的磁悬浮材料。
永磁悬浮电机通常采用永磁体材料，如永磁铁、钕铁硼等。
电磁悬浮电机可以选择软磁材料，如硅钢片等。
4. 设计磁悬浮系统设计磁悬浮系统包括磁悬浮轴承和磁悬浮电磁体。
根据转子的重量和转速范围，选择合适的磁悬浮轴承类型，如径向磁悬浮轴承、轴向磁悬浮轴承等。
设计磁悬浮电磁体时，需要考虑电磁体的尺寸、线圈参数等。
5. 设计控制系统设计控制系统是磁悬浮电机设计的关键。
控制系统需要实时监测转子位置和速度，并根据要求调整电磁体的电流，实现转子的悬浮和驱动。
常用的控制策略包括PID控制、模糊控制、自适应控制等。
6. 制造和调试在完成设计后，进行磁悬浮电机的制造和调试。
制造过程包括制造磁悬浮轴承、制造电磁体、组装电机等。
抗磁悬浮倾角敏感元件动态稳定悬浮机理与调控方法
抗磁悬浮倾角敏感元件动态稳定悬浮机理与调控方法抗磁悬浮倾角敏感元件是一种能够在磁场作用下稳定悬浮并且对倾角敏感的元件。
其广泛应用于高速列车、飞行器、精密仪器等领域。
然而，在实际应用中，其稳定性和调控性能受到多种因素的影响，如气体动力学、力学振动和电磁干扰等。
因此，理解其动态稳定机理和调控方法具有重要意义。
本文将通过分析抗磁悬浮倾角敏感元件的悬浮机理，探讨影响其动态稳定性的主要因素，并介绍一些常见的调控方法。
首先，抗磁悬浮倾角敏感元件的悬浮机理可以用电磁浮力和重力之间的平衡来描述。
以垂直于重力方向的平面为例，当元件表面设置了一定的感应线圈并通过外部磁场通电时，将产生一个与重力方向相反的电磁浮力，从而使元件悬浮于磁场中。
此时，元件所受的重力和电磁浮力之间的平衡关系决定了其悬浮高度和稳定性。
然而，抗磁悬浮倾角敏感元件的动态稳定性不仅仅取决于上述悬浮机理，还受到多种因素的干扰。
其中，气体动力学因素是最主要的干扰因素之一。
在元件周围的气体介质中，会形成一个气体膜层，使得元件悬浮高度发生变化，从而影响稳定性。
为了解决这个问题，可以采用气体排风流等一系列气体流控制方法，对气体动力学因素进行调控和优化。
此外，抗磁悬浮倾角敏感元件还会受到机械振动的影响。
机械振动会导致元件悬浮高度的变化，并产生高频噪声。
为了降低振动干扰，需要对元件进行机械隔振，加强结构刚度和防振设计等措施。
最后，抗磁悬浮倾角敏感元件还受到电磁干扰的影响。
电磁干扰会导致元件的位移和高度变化，从而影响元件的稳定性和测量精度。
为了解决这个问题，需要采用防电磁干扰的设计和控制方法，如屏蔽、接地和滤波等。
综上所述，抗磁悬浮倾角敏感元件的动态稳定性和调控性能受到多种因素的影响。
为解决这个问题，需要采用一系列调控方法来减少干扰，并对相关参数进行优化，从而实现元件的稳定悬浮和精准控制。
磁悬浮列车控制工作原理
磁悬浮列车控制工作原理磁悬浮列车是一种通过磁力悬浮和推进的高速列车，相较于传统的轨道交通方式，磁悬浮列车具有更高的速度和更好的运行平稳性。
那么，磁悬浮列车是如何进行控制的呢？本文将以“磁悬浮列车控制工作原理”为题，探讨磁悬浮列车的控制方式和相关技术。
一、悬浮系统控制磁悬浮列车的悬浮系统控制是基础中的基础，它主要包括两个方面：悬浮力控制和悬浮高度控制。
1. 悬浮力控制悬浮力控制是磁悬浮列车运行的关键，它通过调节列车与轨道之间的磁场相互作用，使得列车能够在磁场力的作用下浮起，并达到所需的悬浮力。
通常情况下，悬浮力的控制通过调节磁铁或超导体线圈中通电电流的大小来实现，电流的大小和方向决定了磁场力的大小和方向，从而控制列车的悬浮力。
2. 悬浮高度控制悬浮高度控制是指控制列车与轨道之间的垂直间距，确保列车能够在适当的高度上悬浮并进行正常运行。
通常情况下，悬浮高度的控制通过调节磁铁或超导体线圈的电流来实现，电流的大小决定了磁力的大小，从而间接影响了悬浮高度。
二、推进系统控制除了悬浮系统的控制外，磁悬浮列车还需要推进系统的控制，以确保列车能够实现高速行驶。
磁悬浮列车的推进系统控制主要包括两个方面：牵引力控制和速度控制。
1. 牵引力控制牵引力控制是指控制列车的牵引力大小，以实现列车的加速和制动。
通常情况下，牵引力的大小通过调节列车上的电磁铁电流来实现，电流的大小和方向决定了牵引力的大小和方向。
2. 速度控制速度控制是指控制列车的运行速度，确保列车能够按照预定速度行驶。
通常情况下，速度的控制通过控制牵引力和制动力的大小来实现，调节电磁铁电流的大小和方向，从而调节牵引力和制动力的大小。
三、安全系统控制除了悬浮系统和推进系统的控制外，磁悬浮列车还需要安全系统的控制，以确保列车在运行过程中的安全性。
安全系统控制主要包括列车与轨道之间的通信系统、列车位置和速度检测系统、列车追踪和监控系统等。
1. 通信系统通信系统用于列车与轨道之间的信息传递和指令传输，确保列车能够获得及时的运行指令并作出相应的反应。
磁悬浮列车悬浮力控制研究
磁悬浮列车悬浮力控制研究磁悬浮列车是一种基于磁悬浮技术的高速列车，该技术是利用列车与轨道之间的磁吸引和磁排斥力，来使列车悬浮在轨道上行驶的一种新型交通方式。
相对于传统的轨道交通，磁悬浮列车有明显的优势，例如高速、低噪音、环保、经济实用、安全等。
而磁悬浮列车的悬浮力控制是其核心技术之一，对于磁悬浮列车的运行性能和安全性至关重要。
磁悬浮列车的悬浮力控制主要分为主动控制和被动控制两种。
主动控制是指列车通过反馈控制自身的电磁悬浮力和重力之间的平衡关系，从而控制列车的高度。
被动控制则是指列车在轨道上行驶时，根据轨道高度的变化对列车的位置进行修正，来控制列车的高度。
针对这两种控制方式，研究人员进行了深入的探讨和实验研究，希望能够进一步提高磁悬浮列车的运行效率和安全性。
如果采用主动控制方式，需要保证列车能够对自身的电磁悬浮力进行精准控制，从而使列车在高速行驶的同时保持稳定的行驶高度。
为了实现该控制方式，先进的控制系统和芯片技术被广泛应用，例如模糊控制、神经网络控制、遗传算法等。
这些组合控制技术能够对列车的悬浮高度、速度、加速度等参数进行实时监测和控制，从而保证列车在运行过程中的平稳性和安全性。
然而，主动控制方式还存在一些问题，例如系统复杂度高、实现难度大、成本高等。
因此，被动控制方式作为一种有效的替代方案被广泛应用，其核心就是轨道各点高度的变化会对列车的悬浮高度产生影响，因此可以根据轨道高度的变化，对列车的位置进行调整，从而控制列车的高度。
这种控制方式适用于大部分的情形，因为它能够自适应地适应轨道高度的变化，实现较为优秀的运行效果。
总之，磁悬浮列车的悬浮力控制是保证列车高速运行和安全可靠的核心技术。
主动控制和被动控制两种技术各具特色，但都需要先进的控制系统和芯片技术的支持，才能够实现对列车的实时监测和控制。
因此，未来的磁悬浮列车悬浮力控制研究中，需要不断探索新的控制方法和技术，从而进一步提升磁悬浮列车的运行效率和安全性，实现这一技术在未来交通领域的广泛应用。
基于力平衡的磁悬浮控制方法
基于力平衡的磁悬浮控制方法
徐俊起
【期刊名称】《电机与控制应用》
【年(卷),期】2010(37)11
【摘要】磁悬浮系统本身是一个非线性不稳定系统,传统的悬浮控制方法是将非线性系统在平衡点附近进行线性化,建立线性化模型,再设计状态反馈控制方法进行悬浮控制.但试验中发现,当系统工作状态远离工作点时,这些控制方法的性能会明显变差.从悬浮控制系统的本质出发,在对磁悬浮系统的受力进行理论分析的基础上,提出了一种基于力平衡的非线性悬浮控制算法.通过仿真对比和试验表明,该控制算法物理概念清晰、易于实现,具有较好的控制性能.
【总页数】4页(P20-23)
【作者】徐俊起
【作者单位】上海磁浮交通发展有限公司,上海,201204
【正文语种】中文
【中图分类】TM301.2
【相关文献】
1.基于Kalman滤波的弹性轨道上磁悬浮车辆控制方法 [J], 王辉;钟晓波;沈钢
2.基于算法的磁悬浮电机拖动系统多频率振动控制方法与实验研究 [J], 李红;王拓宇;郑世强
3.基于磁悬浮转子微框架能力的航天器姿态二自由度测控一体化控制方法 [J], 王平;王华;任元
4.基于三种最优控制方法的磁悬浮球轨迹跟踪方法 [J], 陈兴贤;余伟
5.基于周期自适应学习的中低速磁悬浮列车运行控制方法 [J], 张文静;南楠;曹博文;李孟月;岳强;徐洪泽
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于电磁力反馈的磁浮列车悬浮控制方法
收稿日期：2020-05-09作者简介：郭维（1986—），男，工程师，从事变流器控制技术研究。
基金项目：国家重点研发计划（2016YFB1200601）基于电磁力反馈的磁浮列车悬浮控制方法郭 维，侯招文，徐绍龙，甘韦韦，王文韬，陈启会（株洲中车时代电气股份有限公司，湖南 株洲 412001）摘 要：电磁吸力型（EMS ）磁浮列车的悬浮控制一般采用“间隙外环-电流内环”的双环控制结构，但该方法本质上是基于平衡点附近的线性化模型，存在控制器参数稳定范围较窄、参数调节困难且容易引起系统振动等不足。
文章在分析单点悬浮模型的基础上，提出了一种基于电磁力反馈的悬浮控制方法。
实验结果表明，该方法易于参数调节，在阶跃起浮时实现了准临界阻尼，且在受到干扰后恢复过程中超调不超过0.2 mm ，控制效果优，具有工程化应用价值。
关键词：磁浮列车；悬浮系统； 悬浮控制； 电磁力； 反馈控制中图分类号 ：U237 文献标识码 ：A 文章编号 ：2096-5427(2020)06-0024-06doi:10.13889/j.issn.2096-5427.2020.06.005A Levitation Control Method for Maglev Train by Electromagnetic Force FeedbackGUO Wei, HOU Zhaowen, XU Shaolong, GAN Weiwei, WANG Wentao, CHEN Qihui( Zhuzhou CRRC Times Electric Co., Ltd., Zhuzhou, Hunan 412001, China )Abstract: Levitation control of electrical magnetic suspension (EMS) maglev vehicles generally adopts a two-loop method, in which the outer loop is a gap loop and the inner loop is a current loop. However, the method is essentially based on a linearization model near the rated operation point. Therefore, the range of the controller parameters are usually narrow and it is difficult to get right parameter values and avoid vibration. This paper proposed an electromagnetic force feedback based control method. The experimental results show the advantages of the proposed method. First, the method is easy to adjust control parameters. Furthermore, it achieves critical damping for step response. Moreover, the overshoot is not exceed 0.2 mm after being disturbed. Therefore, the method proposed in the paper has an excellent control effect and has engineering application values.Keywords: maglev train; levitation system; levitation control; electromagnetic force; feedback control0 引言 磁浮列车的悬浮系统一般可分为电磁吸力悬浮（electrical magnetic suspension ，EMS ）式、超导电动斥力悬浮式和永久磁铁悬浮式3种[1]，目前广为应用的是EMS 型悬浮系统，其不仅可应用于中低速磁浮列车，也能应用于高速磁浮列车。
一种电磁力反馈的悬浮控制方法及系统[发明专利]
![一种电磁力反馈的悬浮控制方法及系统[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/96f1d6d287c24028905fc358.png)
专利名称：一种电磁力反馈的悬浮控制方法及系统
专利类型：发明专利
发明人：尚敬,侯招文,徐绍龙,甘韦韦,郭维,陈启会,刘良杰,许义景,王文韬,陈科,肖振豪
申请号：CN201910701235.6
申请日：20190731
公开号：CN112297864A
公开日：
20210202
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种用于磁悬浮装置的电磁力反馈的悬浮控制方法，包括如下步骤：步骤1、获取悬浮装置的实际间隙信号g、实际电流值i和直流母线电压u，获取提前设定的给定间隙信号g；步骤2、根据所述给定间隙信号g和所述实际间隙信号g计算所需要的给定悬浮力F；步骤3、根据所述实际间隙信号g 和所述实际电流值i观测实际悬浮力F；步骤4、根据所述给定悬浮力F和所述实际悬浮力F计算所需要的给定电流值i；步骤5、根据所述给定电流值i和所述实际电流值i计算所需要的给定输出电压值u；步骤6、根据所述给定输出电压值u和直流母线电压u生成所需要的门极驱动信号u从而控制悬浮电磁铁保持理想的悬浮状态。
申请人：株洲中车时代电气股份有限公司,中车株洲电力机车研究所有限公司
地址：412001 湖南省株洲市石峰区时代路169号
国籍：CN
代理机构：上海专利商标事务所有限公司
代理人：叶诚
更多信息请下载全文后查看。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
进行 线 性 化 ， 立 线性 化模 型 ， 设 计状 态 反馈 控 制 方 法 进 行悬 浮 控 制 。但 试 验 中发 现 ， 建 再 当系 统 工作 状 态 远 离
１ 点 叫‘ 些 控 制方 法 的性 能 会 明 显 变 。从 悬浮 控 制 系统 的本 质 出发 ， 对 磁 悬 浮 系 统 的受 力 进 行 理 论 作 ， 这 在
分析 的基 础 ， 出 了一 种 基 于 力平 衡 的非 线 性 悬 浮 控制 算 法 。通 过 仿 真对 比 和 试 验 表 明 ， 控 制 算 法 物 理 提 该
概 念 清 晰 、 于实 现 ， 易 具有 较 好 的 控 制性 能 。 关键 词 ： 浮 控 制 ； 线 性 控制 ；力 平衡 ：电磁 铁 ： 浮 间隙 悬 非 悬 中 图分 类 号 ： Ｍ ３ １２ 文 献 标 志码 ： 文章 编 号 ：６ ３６４ （０ ０ ｌ － ２ ４ Ｔ ０ ． Ａ １７ —５０ ２ １ ）１０ ０ ） ０ ４
Ｋｅ ｒ ：ｓ ｐｅ ｓｏ ｃ ｎｔ ｏ ；ｎｏ ｉ ｅ ｒ ｃ ｎｔ ｏ ；ｆ ｒ ｅ ｂ ａ ｅ；ｅｅ ｔ ｏ ａｇ ｔ；ｓ ｐｅ ｓｏ ｇ ｙ ｗｏ ｄｓ ｕｓ ｎ ｉｎ ｏ ｒ ｌ ｎｌｎ ａ ｏ ｒ ｌ ｏ ｃ ａｌｎｃ ｌｃ ｒ ｍ ｎｅ ｕｓ ｎ ｉｎ ａｐ
０ 引 言
Ｍ ａ ｎｅ ｉ ｕ ｐ ｎ ｉ ｎ Ｃｏ ｒ ｌＭ ｅ ｈｏ ｓ ｄ ｏ Ｆｏ ｃ ｌ ｎ ｅ ｇ ｔｃ Ｓ ｓ ｅ ｓｏ ｎｔ ｏ ｔ ｄ Ｂａ ｅ ｎ ｒ ｅ Ｂａ ａ ｃ
ｘ ｕ ．ｉ Ｕ Ｊ ｎ ｑ
（ ｈｎ ｈｉ ｇ ｖＴａｓｏｔ ｉ ｅｅ ｐ ｎ ｏ ， ｔ． Ｓ ａｇ ａ ２ １０ ，Ｃ ｉ ） Ｓ ａｇ ａ Ｍａｌ ｒ ｐ ｒ ｔ ｎＤ ｖｌ ｍｅｔ ． Ｌｄ ， ｈｎ ｈｉ ０ ２ ４ ｈｎ ｅ ｎ ａｏ ｏ Ｃ ａ
控制与应用技术 ￡ Ｃ ＭＡ
、弗 毛 乙与： 芾Ｊ Ｉ ００３ １ ） ！ ｝ 应 习２ １，７（ １ 空
基 于 力 平衡 的磁 悬 浮 控 制 方 法
徐俊 起
（ 上海磁 浮交通发展 有 限公 司，上海
摘
２ １０ ） ０ ４ ２
要： 磁悬浮系统本身是一个非线性不稳定系统 ， 传统的悬浮控制方法是将非线性系统在平衡点 附近
由于磁悬 浮系统本 身是一 个非线性 不稳定 系
统 ， 统 的悬 浮控 制方 法 是将 非线 性 系 统在 平 衡 传
１ 模 型构 建
磁悬 浮系统 一般 由多个 电磁铁 模块 构 成 ， 每 个 电磁铁 模块 的运 动有升 降 、 侧移 、 向 、 动 、 纵 滚 俯
ｏ ｕｄ ｂ ｉｎｆｃ ｎｌ ｒｅ Ｆｒｍ ｈ ｔ ｒ ｆｔ ｕ ｐｅ ｓｏ ｏ ｒ ｌｓ ｓｅ ， ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｈ ｏ ｅｉａ ｎ ｌｓｓ ｄｓｗｏ ｌ ｅ ｓｇ ｉｉａ ｔｙ ｗｏ ｓ ． ｏ ｔｅ ｎａｕ ｅ ｏ ｈｅ ｓ ｓ ｎ ｉｎ ｃ ｎｔｏ ｙ ｔｍ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｔｅ ｒｔｃ ｌａ ａｙ ｉ ｏ ｈ ｏｃ ｎ ｔ ｅ ｍａ ｎ ｔｃｓ ｓ ｎ ｉｎ ｓ ｓｅ ，ａ ｎｏ ｌｎ ａ ｏ ｒ ｌｍｅｈ ｄ ｂ ｓ ｄ ｏ ｏｃ ｌ ｎ ｅ ｓ ｐ ｎ ｉｎ ａ ｇ — ｆｔｅ ｆｒ ｅ ｏ ｈ ｇ ｅｉ ｕ ｐｅ ｓｏ ｙ ｔｍ ｎｉ ｅ ｒｃ ｎｔｏ ｔｏ ａ ｅ ｎ ｆ ｒｅ ｂａａ ｃ ｕｓ ｅ ｓｏ ｌｏ ｒｔ ｍ ｓ ｐ ｏ ｏ ｅ ｉｈ ｗａ ｒ ｐ ｓ ｄ． Ｃｏ ａ ｉｏ ｆｓｍｕ ａｉｎ ａ ｄ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔｓ ｏ ｄ ｔ ｔｔｅ ｃ ｎ ｒｌａｇ ｒｔｍ ａ ｌａ ｈ ｓｃ ｌ ｍｐ ｒｓ ｎ ｏ ｉ ｌｔｏ ｎ ｘ ｅ ｉ ｎ ｈ ｗｅ ｈａ ｈ ｏ ｔｏ ｌｏ ｉ ｈ ｈ ｄ ａ ｃｅ ｒｐ ｙ ｉａ ｃｎｅｔ ｏ ｃ ｐ ，ｗａ ａ ｙ ｔ ｍｐ ｅ ｅ ｔ ａ ｄ ｈ ｄ ｇ ｏ ｏ ｔｏ ｅ ｏ ｍａ ｃ ｓｅ ｓ ｏ ｉ ｌｍ ｎ ， ｎ ａ ｏ ｄ ｃ ｎ ｒ ｌｐ ｒ ｒ ｎ ｅ． ｆ
ｔ ｅ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔｔａ ｅ ｈｅｓ ｓｅ ｏ ｒｔｏ ｏｎｔｗａ ｗａ ｒｍ ｒ ｏｎ ，ｔ ｅ ｆｒ ｎ ｅｏ ｈ ｓ ｏ ｔｏ ｔ — ｈ ｘ ｅ ｉ ｎ ｈ ｔｗｈ ｎ ｔ ｙ ｔ ｍ ｐｅａ ｉｎ ｐ ｉ ｓａ ｙ ｆｏ ｗｏ ｋ ｐ ｉｔ ｈｅｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｆｔ ｅ ｅｃ ｎ ｒ ｌｍｅｈ