HSST型磁浮列车悬浮电磁铁的优化设计

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基于遗传算法的磁浮列车悬浮控制参数优化

的乘坐舒适性，需要限定悬浮系统闭环带宽。应用遗传算法进行控制参数优化设计，于ＩＡ对基ＴＥ的适应度函数进行改进，对不满足闭环系统带宽要求的个体进行惩罚，设计基于遗传算法的悬浮控制控制参数优化算法，通过实例计算验证了算法并
的有效性。
关键词：控制参数；优化；能指标；性遗传算；带宽
ｅｃｌｎｅｏｍａｃｙｃｏｓｎｒｐｒｃｎｒｌｐｒｍｅｅ．Ｃｎｉｅｉｇｔｅｍａｌｖｔｉｏｌｗｉｇｔｅｉｔｎｅｘｅｌｔｒｒｎｅｂｈｏｉｇｐｏｅｏｔａａｔｒｏｓｄｒｎｈｇｅｒｎｆｌｏｎｈｎｅｄｄｅｐｆｏａ
中图分类号：Ｐ８Ｔ１文献标识码：Ａ
ＰｒｍｅｅｔｍｉａｉｎｏａｌｖＴｒｉ ’ ｕｐｎｉｎａａｔｒＯｐｉｚｔｏｆＭｇｅａｎＳＳｓｅｓｏ
ＳｓｅＢａｅｎＧｅｅｉｇｒｔｍｙｔｍｓｄｏｎｔｃＡｌｏｉｈ
ｒｄｓｇｅｎｈｎｉｉｕｌｈｃａｏｅｈｅｕｒｍｅｔｏａｄｉｔｅｔｉｔｏｓｅｐｎｓｅ．ｅｅｉｎｄａｄｔｅｉｄｖｄａｓｗｉｈｃｎｎｔｍｅｔｔｅｒｑｉｅｎｆｂｎｗｄｈｒｓｒｃｉｎｍｕｔｂｕｉｈｄＦｎｌ，ｔｅｏｔｚｄｐｒｍｅｅｓｃｌｕａｅｎｈｐｉｚｔｎａｇｒｔｍｓｖｌｄｆｒｓｓｅｓｏｙｔｍ．ｉａｌｙｈｐｉｅａａｔｒｉａｃｌｔｄａｄｔｅｏｔｍｉｍｉａｉｌｏｉｏｈｉａｉｏｕｐｎｉｎｓｓｅ

磁悬浮小车电磁铁优化设计

磁悬浮小车电磁铁优化设计李新君，张耿，崔鹏(湖南人文科技学院能源与机电工程学院，湖南娄底417000)摘要针对磁U型电磁铁因质量大、电感大而产生的承载能力低、电流滞后电压严重的问题。

基于质量最优方法设计了U型电磁铁磁极和磁辄的结构参数，综合圈电感圈重量设计了线圈的匝数，并了漆包#结果，优后的电磁铁有的质量和的电感，有利于承载能力和电流跟踪能力的改善#关键词磁$U型电磁铁;安匝数;线圈电感;漆包线DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2021.02.04中图分类号:TM303.3文献标识码:A文章编号：1008-7281(2021)02-0009-005Optimal Design of Electromagnet of Maglrv VeSiclrLi Xinjun,Zhang Geng,and Cui Peng(School of Enegy and Electromechanical Engineeeng,Hunan Universitz of Humanities, Science and Tehnology,Loudi417000,China)Abstract Aiming at the p roblem of low carrying capacity and seoous current lagging behind voltaae of the U-shaped elecWomagnetr of maalee vehicle caused by laroe mass and induct-anca,the slTuctural parameteio of magnetic pole and yoke of the U-shaped electromagnet are designed based on masoptimieation method,thetuonspeoaoieisdesigned based on theaombina-tion otaoieinduatanaeand weight,and thespeaitiaation ottheenameeed wioeisseeeated.The oesuetsshow thattheoptimieed eeeatoomagnethasaeighteomasand asmaeeoinduatanae, whiah isbenetiaiaetotheimpooiementottheaaoyingaapaaityand au oenttoaakingabieity.Key words Maglev vehicle;U-shaped eleclromagnet；ampero turns；caii inductanca；en-ameeed wioe0引言随着长沙磁浮快线、S1磁相继投运营,磁进了人们的日常生活#运路少，磁对多数说还是的。

HSST型磁浮列车悬浮电磁铁的优化设计_刘国清

表1 悬浮电磁铁参数
值 30 30 38 130 170 8 8 000 1 500 30 ～ 90 10 ～ 40 10#钢铜参数悬浮轨磁极宽度 W r / mm 原电磁铁磁极宽度 W e / mm 悬浮轨磁轭高度 H r / mm 电磁铁磁极高度 h / mm 悬浮轨道窗口宽度 W / mm 悬浮结构电磁气隙 δ / mm 悬浮电流安匝数 NI / （ A·N）悬浮结构纵向长度 L / mm 改进后的磁极宽度 W m / mm 改进后翼缘高度 h m / mm 轨道和磁极材料线圈材料
∫∫
Байду номын сангаас
由于荷载的对称性，其最大挠度 ω c 出现在处，代入式（ 6 ）可得： 5 F q L4 ωc = 384 EI
（ 7）
当电磁铁极板发生变形后，磁浮列车的悬浮气隙将不再是常量 δ，而是一个沿 x 方向变化的量，可以表示：
2 ． 2 改进后电磁铁的电磁力分析利用有限元电磁仿真软件 Ansoft 对改进后和原电磁铁进行对比仿真，如图 5 所示。
对电磁铁的研究一直是磁浮列车研究领域的热点陈3研究了电磁铁设计的一般方法和提高电磁4利用有限元电磁仿真软贵荣铁承载能力的方法罗芳件研究了气隙横向错位侧滚角等参数的变化对电磁铁悬浮力的影响李云钢5系统地研究了电磁铁优化设计的问题
设计分析 esign and analysis ，，刘国清张昆仑陈殷（磁浮技术与磁浮列车教育部重点实验室，四川成都 610031 ）摘要：利用解析方法分析了 HSST 型磁浮列车悬浮电磁铁在工作过程中的弯曲变形情况以及变形对电磁悬浮力的影响；在此基础上，提出了对国内现有悬浮电磁铁的改进方案，并对改进后的悬浮电磁铁进行了变形量的解分析结果表明：改进后的悬浮电磁铁不仅能够增加磁浮列车悬浮系统的浮重比，同时析分析和电磁力的仿真分析，也能有效地降低悬浮电磁铁在工作过程中的变形量。关键词：高速地面运输机；电磁铁；弯曲变形；浮重比；有限元法 TM35 A 1004 － 7018 （ 2013 ） 03 － 0033 － 03 中图分类号：文献标识码：文章编号： Optimal Design of Electromagnet in HSST Vehicle＇ s Levitation System LIU Guo － qing， ZHANG Kun － lun， CHEN Yin （ Key Laboratory of Magnetic Suspension Technology and Maglev Vehicle， Ministry of Education， Chengdu 610031， China） Abstract： In this paper， the deformation of HSST （ high speed surface transport ） maglev vehicles＇ suspension electro magnet and the change of electromagnetic levitation force were analyzed by using the analytical solution． According to the a nalysis，the improvement of the electromagnet was proposed． In order to acquire accurate calculation results of levitation force and deformation about electromagnet， FEM（ finite element method） was applied． Simulation results verify that the im proved suspension electromagnet working can provide greater lift － to － weight ratio and smaller deformation． Key words： HSST； electromagnet； deformation； lift － to － weight ratio； finite element method 本文在前人研究基础上，提出了一种新型的电 0引言磁铁结构方案，这种方案采用“T” 型翼缘，在提高浮 HSST 为日本首先提出的一种典型的电磁吸力重比的同时，大幅增加了电磁铁刚度，从而减小电磁［1 ］型悬浮方式（ EMS ），铁形变对悬浮力的影响。为了验证改进的有效性，主要用于中低速磁浮列车，也是目前国内采用最为广泛、技术最为成熟的悬浮本文综合利用有限元和解析算法进行了验证。模式。研究单位主要以国防科技大学和西南交通大 1 电磁铁在工作过程中的变形学为代表。2009 年在唐车公司下线的磁浮列车和 2011 年在中国南车下线的磁浮列车均属于该类型。 1 ． 1 电磁铁在工作过程中的受力情况其实现列车悬浮于空中的力由安装于转向架上且置电磁铁在工作过程中，其线包中通过电流，并在［2 ］于 F 形轨道下方的 U 型悬浮电磁铁提供，可见，电磁铁极板和 F 形轨道中形成磁路，由此产生的电悬浮电磁铁是磁浮列车的重要部件，其性能直接决磁吸力与磁浮列车及其负载的重力相平衡，从而使定着磁浮列车的悬浮稳定性和悬浮控制的难度。对磁浮列车稳定悬浮于线路上。在磁浮列车静浮与运电磁铁的研究一直是磁浮列车研究领域的热点，行的过程中，陈整个列车配置的所有电磁铁组需负担［3 ］贵荣研究了电磁铁设计的一般方法和提高电磁整车重和负载，是典型的受力部件，图 1 示出了其中［4 ］铁承载能力的方法，罗芳利用有限元电磁仿真软一组电磁铁的三维结构及其受力情况。件研究了气隙、横向错位、侧滚角等参数的变化对电［5 ］李云钢系统地研究了电磁铁磁铁悬浮力的影响，优化设计的问题。然而，单纯从电磁角度对电磁铁，的研究并不能解决其在实际工程应用中所有问题电磁铁作为受力部件，在工作过程中会由于受力而引发弯曲变形，这对电磁铁的悬浮力会造成一定的图 1 电磁铁三维结构及其受力情况影响。有两种力作用在电磁铁上：一种是 F 形轨道对其力的方向为向上；一种是磁浮电磁铁的电磁吸力， 33

电磁型磁浮列车的悬浮间隙和控制电流的依从调整方法[发明专利]

专利名称：电磁型磁浮列车的悬浮间隙和控制电流的依从调整方法
专利类型：发明专利
发明人：李云钢,龙志强,程虎,张鼎,刘恒琨,陈慧星,王强
申请号：CN200710039584.3
申请日：20070418
公开号：CN101289066A
公开日：
20081022
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种电磁型磁浮列车的悬浮间隙和控制电流的依从调整方法。

本发明在悬浮控制单元中引入工作点给定值调节器，该工作点给定值调节器内置控制曲线函数，并根据该控制曲线函数对输入值进行计算后输出。

所述的控制曲线函数经过特定的方法进行设计，可以实现当悬浮重量增大时，悬浮间隙减小同时控制电流增大；当悬浮重量减小时，悬浮间隙增大同时控制电流减小；但总的悬浮力正好平衡悬浮体的重量；并且悬浮间隙也随着控制电流的变化而单调变化。

由此，本发明可以更加灵活地在优化要求上折衷，以达到更好的性能指标。

申请人：上海磁浮交通工程技术研究中心
地址：201204 上海市浦东新区龙阳路2520号
国籍：CN
代理机构：上海浦一知识产权代理有限公司
代理人：丁纪铁
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常导型高速磁悬浮列车中悬浮电磁铁的程序化优化设计

ｄｓｎｔｏｉａｏｔｏｔｅｕｏａｉａｊｓｎｏｔｅｍｔｃ［ａｍｅｒｏｔｅｇｅＴｅｓｌｆｐｉｍｄｓｎｒｄｒｅｅｉｍｅｄｓｄｐｄｆｒｔｍｔｄｕｍｅｔｆｅｏｅｉｐｒｔｆｍａｎｔｈｒｕｔｏｏｔｇｈｅｈａｃｔｈｇｒａａｅｓｈ．ｅｓｍｕｅｉｅｅｉｄｇａｖ
ＯｐｉｉｅｏｒｍｓｇｆＳｓｅｓｏａｎｔｉｇｐｅｔｍｚｄＰｒｇａＤｅｉｎｏｕｐｎｉｎＭｇｅＨｉｈＳｅｄｎ
ＥＭＳｍａｌｖＳｓｅ－ｇｅｙｔｍ
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ｉｌ —Ｉ同园同・Fra bibliotek囹Ｉ
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铸供电。可见，在高速磁悬浮列的直线同步Ｉ机和线发电机这２个子系统中，悬浮电磁铁部发挥蓿重要作用．是列车电磁系统中的关键部件之一因此．诬对悬浮电磁铁优化设计时．只有采用全局化的｝ｊ杯数来对系统的整体性能进行控制，才能取得比较满意的结果
（ｃｏｌｆｌｔｍｃａｉＥｇｎｅｉｇｎＡｕｍａｏ．ｔｎｌｎｖｒｔｏＤｔｓＴｃｎｌｙＣａｇｈ．ｕａ４０７，ｉａＳｈｏｏＥｅｒｅｈｎｃｎｉｅｒｄｔｔｎＮａｏａＵｉｓｙｆｅｎｅｅｈｏｇ．ｈｎｓａＨｎｃｏｎａｏｉｉｅｉ￣ｏｎ１３Ｃｈ）０ｎ

高速磁悬浮列车新型导向电磁铁分析

是导向电磁力控制冗余不够，果一组电磁铁发生故如障，向电磁力将减少５％。导０ ③方案３：每边用１个单体电磁铁代替原来６２个单
计算表明新型方案在额定线圈电流４况时，０Ａ情导向电磁力比原来结构大７６新型方案导向电磁力与线．％。０
Ｒ
榭
．叵曲
线圈电流，Ａ
（）原电磁铁ａ
（ｂ）新型电磁铁
图８导向电磁力与线圈电流的关系
图１导向电磁铁（０１ｍｍ，４０Ａ）０下磁力线分布情况
２２导向电磁铁电磁场分析．
由图１０可见，型结构电磁铁磁力线共９，新根其中
导向力的控制可能会出现意想不到的情况。
第一组
第二组
【）ｂ依序式
第三组
②方案２：每边用４个单体电磁铁代替原来６个单体的结构，如下图３为方案２电磁铁配置，为对应方案闭４
２可选的２种控制连线方式。
第Ｚ．￣ｌｉ（）ｃ混合式
机
车
电
传
动
节导向电磁力大小的目的。
体的结构，２１个单体电磁铁采用上、２布置方式，下层
如图５示。所
Ｖ－－／７／－３－－－－－７Ｖ－＂［二］［二］ｑＶ－７Ｖ－７［二］［＝］口－［二］
２１导向电磁铁电磁力计算．
图８出了采用二维数值计算，示额定１０ｍｍ间隙情

磁悬浮列车电磁悬浮系统的设计与优化

磁悬浮列车电磁悬浮系统的设计与优化磁悬浮列车作为一种新型的高速交通工具，以其快速、安全、高效的特性备受关注。

电磁悬浮系统是磁悬浮列车的关键部分，其设计与优化对于列车的运行性能和稳定性有着重要影响。

本文将深入探讨磁悬浮列车电磁悬浮系统的设计原理和优化方法。

磁悬浮列车的电磁悬浮系统主要由轨道磁铁和车体磁铁两部分组成。

轨道磁铁产生的磁场和车体磁铁产生的磁场相互作用，形成一种悬浮力，使列车悬浮在轨道上。

为了提高磁悬浮列车的运行速度和平稳性，电磁悬浮系统的设计需要考虑以下几个方面。

首先，电磁悬浮系统的稳定性是设计的关键。

轨道磁铁和车体磁铁之间的磁场相互作用力需要保持平衡，以保证列车的稳定悬浮。

这就需要合理设计磁场的强度和方向，使得悬浮力和重力之间的平衡达到最佳状态。

同时，电磁悬浮系统的控制系统也需要具备高度的灵敏度和稳定性，能够对列车的运行状态进行实时监测和调节。

其次，电磁悬浮系统的能量消耗也是需要考虑的因素。

为了减小能源消耗，提高列车的运行效率，需要优化轨道磁铁和车体磁铁的设计。

一方面，可以通过改变磁场的强度和分布来调整悬浮力的大小，使其尽量接近列车的重力；另一方面，可以采用高效的超导材料制造磁铁，降低能量损耗，提高系统的能量利用率。

另外，电磁悬浮系统的运行速度和噪音也是需要优化的方面。

为了提高列车的运行速度，可以通过增大悬浮力来减小列车与轨道之间的接触摩擦力，从而减小动力损耗。

同时，合理设计轨道的曲线和坡度，可以减小列车在转弯和上下坡时的离心力和弯曲力，提高运行速度和平稳性。

此外，还可以通过优化磁场的分布和控制系统的调节参数，减少磁悬浮列车的噪音产生，提供更加安静的乘车环境。

最后，电磁悬浮系统的安全性是不可忽视的。

为了保证列车的安全运行，电磁悬浮系统需要具备高度的可靠性和安全性。

在设计过程中，需要考虑不同的故障情况和风险因素，并采取相应的措施来减小故障的发生和影响。

同时，对电磁悬浮系统的监测和维修也需要重视，及时发现和排除潜在的问题，确保列车运行的安全和稳定。

磁浮列车供电系统的优化设计

磁浮列车供电系统的优化设计磁浮列车是一种在磁悬浮原理基础上运行的高速交通工具，其速度可达到600公里每小时，具有快速、高效、安全、环保等优点。

因此，磁浮列车已成为各大城市建设的重点之一。

而磁浮列车的供电系统则是其运行过程中不可或缺的一环。

本文将探讨磁浮列车供电系统的优化设计。

一、需求分析在磁浮列车运行过程中，供电系统的作用是为车辆提供动力，并且通过供电系统中的调节控制器，实现对车体的控制，使之保持稳定的姿态。

因此，优化磁浮列车供电系统的设计需要考虑以下几方面需求：1.确保供电系统能够为车辆提供稳定的电能，从而实现高速行驶；2.提高供电系统的效率，减少能源的浪费，降低运营成本；3.减少能源的消耗，保护环境，实现绿色运输。

二、技术方案1.电源方案磁浮列车供电系统需要大量的电能。

传统的供电系统通常采用双绕组交流变压器提供电压。

但是这种方式的效率比较低，不易维护。

因此，采用由直流至交流的高频电源作为磁浮列车的电源是一个不错的选择。

这种电源具有体积小，重量轻，效率高的特点，可以提高能量利用率并减少能源浪费。

2.电容器方案为了保证供电系统的稳定性，在高频电源供电的情况下，电容器是必不可少的。

电容器可以通过电容器组串连接来实现电能的储备，以保证在电压波动的情况下，能够为供电系统提供稳定的电能。

同时，电容器也可以减小磁浮列车供电系统中的电流谐波，从而保证车辆的稳定性和性能。

3.电控方案针对磁浮列车行驶过程中的变速、刹车等操作，需要一套高效的电控系统进行控制和支持。

为了提高系统的响应速度和控制精度，现代化的电控系统采用数字化控制技术，利用计算机进行实时的控制和反馈，精准地控制磁浮列车的速度和姿态。

此外，电子控制系统可以提高供电系统的效率，减少能源浪费，从而降低运营成本。

三、结论通过对磁浮列车供电系统的需求分析和技术方案探讨，我们可以得出以下结论：1.采用由直流至交流的高频电源作为磁浮列车的电源，可以提高能量利用率并减少能源浪费；2.采用电容器组串连接储备电能，可以保证供电系统的稳定性，并减小电流谐波；3.采用数字化控制技术进行控制和反馈，可以提高系统的响应速度和控制精度。

基于输出饱和条件的磁浮列车悬浮控制参数优化

基于输出饱和条件的磁浮列车悬浮控制参数优化李晓龙;翟明达;郝阿明【摘要】低速磁浮列车利用电磁吸力支撑车体,相比轮轨列车具有噪音小、转弯半径小、爬坡能力强等优点.研究控制器输出饱和条件下悬浮系统的稳定性问题,可以避免由于电网电压约束而可能出现的失稳现象,提高了系统运行的可靠性.基于磁浮列车单点悬浮模型,使用电流-位置双环设计方法设计得到可稳定悬浮的控制算法.由于磁浮列车悬浮控制器的输出饱和环节,进一步提出了一种基于搜索极大椭球的控制参数优化方法,在不改变控制算法设计的前提下实现了参数优化.通过仿真和试验均验证了优化后的控制效果,有效指导了实际系统的工程调试.%Low-speed maglev train is suspended above the guideway by the electromagnetic pared with the wheel train, the maglev train has the advantage of low noise, small turning radius and advanced climbing capacity.The system stability problem in the condition of output saturation was studied to avoid instability phenomenon caused by network voltage constraints so as to improve the reliability of the system.A single-point levitation system model of the maglev train was established and a stable levitation control algorithm was designed.Based on the analysis of the output saturation element of the levitation controller, a maximal ellipsoid searching optimization method was presented for controller parametersdesign.Parameter optimization is achieved without changing the design of the control algorithm.Simulation and experimental results show that the optimized controller can get better control results, which can be used for the guidance of practical system operation.【期刊名称】《国防科技大学学报》【年(卷),期】2017(039)004【总页数】5页(P149-153)【关键词】磁浮列车;悬浮控制;输出饱和;参数优化;最大椭球搜索【作者】李晓龙;翟明达;郝阿明【作者单位】国防科技大学机电工程与自动化学院,湖南长沙 410073;国防科技大学机电工程与自动化学院,湖南长沙 410073;国防科技大学机电工程与自动化学院,湖南长沙 410073【正文语种】中文【中图分类】TP273磁浮列车系统中悬浮控制是车辆的核心技术之一，悬浮控制的目标是保证悬浮电磁铁在设定间隙(如8 mm)下保持稳定悬浮，为车辆提供一种无接触的磁力支撑，实现“零”高度飞行[1]。

HSST型磁悬浮列车

HSST型磁悬浮列车
冯金柱
【期刊名称】《铁道知识》
【年(卷),期】2005(000)001
【摘要】HSST型磁悬浮列车原名为“高速地面运输车”，其英文名为“High Speed Surface Transport”，缩写为HSST，故该型号由此而来。

这种磁悬浮由日本航空公司投资研究开发，采用常导磁悬浮技术，属于中低速磁悬浮，其目标速度为每小时100公里～每小时300公里，主要用于机场到市区的快速交通运输。

后来，日本航空公司又与其他股东联合，共同开发，扩大了该运输车的使用范围。

【总页数】2页(P28-29)
【作者】冯金柱
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】U292.917
【相关文献】
1.常导型磁悬浮交通系统--HSST磁悬浮列车的最近动向
2.EMS型磁悬浮列车瞬态电磁场有限元分析及其悬浮力和牵引力特性研究
3.基于V型轨道的电磁悬浮列车的悬浮导向技术
4.日本磁悬浮列车 HSST-100 运行试验综述
5.基于V型轨道磁悬浮列车的控制方法设计研究
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磁浮列车H型悬浮斩波器的改进

磁浮列车H型悬浮斩波器的改进
姚卫丰
【期刊名称】《电气自动化》
【年(卷),期】2001(023)005
【摘要】本文介绍了目前磁浮列车上广泛使用的带RCD缓冲电路的H型斩波器,由于斩波器用来驱动电磁铁(电感负载),且频率一般要求在20kHz以上(消除噪音),采用开关元件同时通断的硬开关控制方式,开关过程中常常会出现较高的电压尖峰.文中用一种带有辅助谐振缓冲器的软开关斩波器来替代传统的斩波器,谐振缓冲回路可实现零电压开通条件.结果表明,软开关斩波器可降低关断过电压和开关损耗.【总页数】3页(P25-27)
【作者】姚卫丰
【作者单位】深圳职业技术学院机电系
【正文语种】中文
【中图分类】U266
【相关文献】
1.电磁型磁浮列车悬浮斩波器输入电压的确定方法 [J], 张昆仑;郭育华;王力
2.电磁型磁浮列车悬浮斩波器输入电压的确定方法 [J], 张昆仑;郭育华
3.低速磁浮列车悬浮斩波器性能优化研究 [J], 徐俊起;林国斌;荣立军;吉文
4.EMS型磁浮列车悬浮斩波器输入电流波动分析 [J], 张鼎;王艳丽;王宁;李云钢
5.中速磁浮列车悬浮斩波器优化研究 [J], 姜宏伟;陈琛;荣立军;吉文;
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磁浮列车悬浮控制器的电流环分析与优化设计

同时它又表明在有限的情况下不管采用多大的增益也不能取得无穷小的闭环时间常数因此经典pi控制通过不断增大增益次速电流环仿真与实验本文将pi控制与带缓和的最速电流环结合作为次速电流环控制器其控制律为11其中为目标电流值是电流环的输入指令仿真和电流环单独实验时可根据需要给定悬浮实验时由前级的悬浮控制算法产生i为电流误差带
悬浮控制技术是ＥＳＭ型磁浮列车的核心技术之一，而电流环是悬浮控制系统的一个重要子系统，
本文对此开展研究。磁浮列车由多个悬浮电磁铁共同支撑，因此其悬浮系统也是一个多点控制系统，但在磁浮列车实现中，都采用了结构解耦方法，从而将多点控制问题简化为单铁悬浮控制问题。就单铁悬浮控制而言，被控系统在线性化之后是一个三阶不稳定系统，早期的控制方法是采用两极超前或状态反馈控制，这些方法的共同特点是，为了改善悬浮效果，往往需要同时调节多个参数，而单个参数和悬浮效果之间的对应关系不明确。为了克服这个缺点，文献［］１引入电流环，将三阶的悬浮控制系统分解为一阶的电流环子系统和二阶的悬浮控制子系统，它们可以独立调试，从而大大降低了悬浮控制系统的调试难度。文献［］给出了一种鲁棒电流环的设计方法。本文从电流环的控制目１还标出发，深入研究电流环的设计方法。电流环的控制目标是电磁铁的电流能够以最快的速度跟踪控制电压，又能将噪声限制在允许的范围内。此外，由于在调节过程中，电磁铁的等效电阻和电感都是在变化的，因此要求控制系统具有足够的鲁棒性。采用Ｐ控制较易在快速跟踪和抑制噪声之间折中，Ｉ而且便于实现，不足之处是它没有考虑
ｗｉｈｈｓｔｄａｔｅｆａｔｄｓｅｔｓｏｇａｔｄｔｒｎｅａｄｉｅｔｅｅｓｏｙｔｓａｍｔ．ｉｕｔｎｒｕｔｓｏｈａｅａｖｎｇｓｏｆｊｔｎ，ｔｎｉｉｕａｃｎｓｍｉｎｓｔｓｓｍ’ ｐｒｅｒＳｌｉｓｌｗｃｈａｓａｕｍｒｎ－ｓｂｎｉｖｅａｅｍａｏｅｓｈ

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磁铁结构方案，这种方案采用“ Ｔ ” 型翼缘，在提高浮；
重比的同时，大幅增加了电磁铁刚度，从而减小电磁铁形变对悬浮力的影响。为了验证改进的有效性，本文综合利用有限元和解析算法进行了验证。ｊ
ｐｒｏｖｅｄｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｇｒｅａｔｅｒｌｉｆｔ－ｔｏ－ｗｅｉｇｈｔｒａｔｉｏａｎｄｓｍａｌｌｅｒｄｅｆｏｍａｒｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＨＳＳＴ；ｅｌｅｃｔｒｏｍａｎｅｇｔ；ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｌｉｔ— ｆｔｏ — ｗｅｉｇｈｔｒａｔｉｏ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ
浮力的影响；在此基础上，提出了对国内现有悬浮电磁铁的改进方案，并对改进后的悬浮电磁铁进行了变形量的解
析分析和电磁力的仿真分析，分析结果表明：改进后的悬浮电磁铁不仅能够增加磁浮列车悬浮系统的浮重比，同时
也能有效地降低悬浮电磁铁在工作过程中的变形量。
关键词：高速地面运输机；电磁铁；弯曲变形；浮重比；有限元法
中图分类号：ＴＭ３５文献标识码：Ａ文章编号：１００４ — ７０１８（２０１３）０３ — ００３３ — ０３
ＯｐｔｉｍａｌＤｅｓｉｇｎｏｆＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｎＨＳＳＴＶｅｈｉｃｌｅ＇ｓＬｅｖｉｔａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆＨＳＳＴ（ｈｉｇｈｓｐｅｅｄｓｕｒｆａｃｅｔｒａｎｓｐｏｒｔ）ｍａｇｌｅｖｖｅｈｉｃｌｅｓｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｅｌｅｃｔｒｏ－
ｆｏｒｃｅａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｂｏｕｔｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔ，ＦＥＭ（ｉｆｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ）ｗａｓａｐｐｌｉｅｄ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｖｅｒｉｆｙｔｈａｔｔｈｅｉｍ —
ｍａｇｎｅｔａｎｄｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｌｅｖｉｔａｔｉｏｎｆｏｒｃｅｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅａｎａｌｙｔｉｃａｌｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅａ — ｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｃｑｕｉｒｅａｃｃｕｒａｔｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｈｓｏｆｌｅｖｉｔａｔｉｏｎ
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蔓皇 …
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ＨＳＳＴ型磁浮列车悬浮电磁铁的优化设计
刘国清，张昆仑，陈殷
（磁浮技术与磁浮列车教育部重点实验室，四川成都６１００３１）
摘要：利用解析方法分析了ＨＳＳＴ型磁浮列车悬浮电磁铁在工作过程中的弯曲变形情况以及变形对电磁悬
０引言
ＨＳＳＴ为日本首先提出的一种典型的电磁吸力型悬浮方式（ＥＭＳ），主要用于中低速磁浮列车，也是目前国内采用最为广泛、技术最为成上，提出了一种新型的电ｉ
ＬＩＵＧｕｏ —ｑｉｎｇ，ｚＨＡＮＧＫｕｎ—ｌｕｎ，ＣＨＥＮＹｉｎ
（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭａｇｎｅｔｉｃＳｕｓｐｅｎｓｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＭａｇｌｅｖＶｅｈｉｃｌｅ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｆｏＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００３１，Ｃｈｉｎａ）