新型磁悬浮精密定位平台的研究

针对磁悬浮精密定位平台的运动稳定性问题，设计了一种新型六自由度磁悬浮精密定位平台，该平台采用12个空心电磁线圈做定子、36块永磁体做动子，悬浮部分与驱动部分相互独立，从而很好地解决了由电磁线圈铁心引起的非线性以及悬浮与驱动单元之间的相互耦合问题．采用罗仑兹定律，分析了永磁体长度、线圈电流和悬浮位移对悬浮稳定性的影响，确定了平台的悬浮平衡位置，建立了平台在平衡位置附近的悬浮数学模型，并进行了动态响应仿真研究．研究结果表明，该磁悬浮精密定位平台在悬浮电流为2A、悬浮高度为0．5mm时可以稳定悬浮，因此可应用于需要超精密定位和超洁净环境的半导体光刻装置中。     

混合磁悬浮水轮发电机组转子承重系统设计与建模

针对水轮机组的重量支承方式和存在的问题,对水轮机组转子系统磁悬浮承重进行研究,设计了一种永磁悬浮装置与电磁悬浮装置相结合的水轮机组转子承重系统.对混合磁悬浮水轮发电机组转子承重系统的结构进行设计时,采用永磁悬浮装置承担水轮发电机组的基本重力负荷,采用电磁悬浮装置承担水轮发电机组的重力可调负荷.考虑到高速运转的水轮发电机组运行的稳定性,系统并不全部浮起转子系统,而是分担转子系统的大部分轴向负荷(即减载).对永磁材料和电磁装置进行了研究和选择,在永磁悬浮装置承重部分对气隙磁场强度与气隙厚度、永磁体体积等的关系进行了分析,对永磁悬浮力大小的影响因素进行了研究;在电磁悬浮部分对电磁悬浮力大小与电磁悬浮装置结构等的关系进行了分析.在此基础上,根据基本电磁理论和承重系统的构造,建立了电磁悬浮支承装置和永磁悬浮支承装置的数学模型.     

微电子领域磁悬浮进给机构设计

设计了一种集磁悬浮技术和线性驱动技术为一体的微电子设备用进给机构。此机构采用直线同步电机，对悬浮的平台进给机构提供驱动力，实现了平台进给机构在水平和垂直两方向的无接触支撑和导向。文中对磁悬浮平台进给机构产生的悬浮力和直线电机产生的推力进行了分析计算。此进给机构具有响应速度快、刚度高以及定位精确的特点，能够满足微电子设备高精度、高效率和超洁净加工的需要。     

混合磁悬浮水轮发电机组转子承重系统可行性分析

为了验证混合磁悬浮水轮发电机组转子承重系统设计的可行性和模型的正确性,利用陕西安康水电站水轮发电机组的实际数据以及永磁悬浮装置和电磁悬浮装置数学模型对混合磁悬浮承重系统进行计算分析,并建立了混合磁悬浮承重系统参数计算优化的Excel计算表,利用该表动态地分析了数学模型各参数变化对磁悬浮力计算结果的影响,实现了结构参数的整体优化.该优化计算数据与传统推力轴承支承方式的比较分析结果表明,混合磁悬浮承重系统可大大减小水轮发电机组轴承的摩擦和损耗,提高水轮发电机组的效率,有效地延长水轮发电机组转子承重系统的使用寿命.     

“网络化控制”实践教学系统设计与实现

"网络化控制"这门课程涉及网络化控制理论、磁悬浮技术、CAN总线通信技术等三种主要的基础理论。这门实践教学课结合工程科研背景,分别以磁悬浮系统和位置伺服电机定位系统为控制对象,CAN总线协议为通信基础,设计了网络化控制的悬浮及定位实验系统。在此平台的基础上对实验的原理、硬件和软件结构及其具体实现做了详细阐述。学生可以从中掌握网络化控制系统的实验方法,切实地理解课程理论。     

磁悬浮平台的解耦模糊PID控制

介绍差动式磁悬浮平台的结构与工作原理,建立磁悬浮平台的数学模型.采用输入输出空间变量变换实现平台3自由度的解耦,研究磁悬浮平台的模糊PID控制.该控制方法根据不同的偏差E、偏差变化率EC对PID参数Kp,Ki和Kd进行自校正,给出了Kp,Ki和Kd的模糊规则表.实验结果表明:平台的阶跃响应超调量很小,约为6%,上升时间约为0.1 s,稳态误差约为2%:当平台被迫向下偏移0.2 mm时,系统仍能快速回到平衡位置且稳定悬浮,系统具有很好的刚度阻尼特性和鲁棒性.     

基于随机线性二次最优的磁悬浮控制系统

分析电磁型（EMS）磁悬浮列车悬浮系统结构特性的基础上,建立了单磁铁磁悬浮系统的数学模型。采用随机线性二次最优的控制策略设计系统控制器,研究了在不同性能指标加权阵的情况下,该磁悬浮控制系统对具有初始磁间隙和受到外力干扰后磁间隙随时间变化的控制效果,并给出仿真结果,为磁悬浮控制系统的设计提供参考。     

基于V型轨道的电磁悬浮列车的悬浮导向技术

提出一种基于V型轨道的电磁悬浮(electro-magneticsuspension,EMS)型磁浮列车结构,该结构采用一套车载磁体及地面长定子线圈实现悬浮导向和牵引功能.首先,建立该结构列车平面运动的动力学模型,分析得出其含悬浮、导向和滚动运动在内的开环系统是不稳定的,但均可控.其次,根据其悬浮运动独立,而导向和滚动运动相互耦合的特性,提出独立设计悬浮控制器、导向和滚动控制器的控制策略.最后,针对某设计例构造反馈控制器.仿真结果表明,悬浮、导向及滚动运动都可实现稳定控制,同时验证了基于V型轨道由一套磁体同时实现悬浮导向和牵引的可行性.     

磁悬浮系统的反推滑模控制

针对磁悬浮系统的非线性、开环不稳定性,将其模型在平衡点附近线性化,并根据得到的状态方程设计了对系统不确定性具有较强鲁棒性的反推滑模控制器,实现了对磁悬浮系统的闭环稳定控制。在Matlab Simulink仿真环境下建立系统的实时控制框图并通过RTW工具箱生成可执行代码,实现了钢球的悬浮与控制。实验结果表明,所设计的反推滑模控制器能实现钢球的稳定悬浮并具有良好的动态跟踪性能。     

基于扩张状态观测器的磁悬浮球的反步控制

针对单自由度磁悬浮系统的非线性、不确定性和易受扰动等特点,提出一种基于扩张状态观测器的反步控制方法以提高系统的控制性能。在系统受到不确定性扰动的情况下,运用扩张状态观测器实时估计悬浮球的位置、速度和扰动信息,并将这种估计值与控制器设计相结合,然后采用反步法设计磁悬浮球的悬浮位置跟踪控制律,以Lyapunov方法证明系统的跟踪误差最终有界收敛。仿真结果表明,ESO-BS控制与PID控制相比,前者系统调节时间为0.01 s,后者调节时间为0.08 s,明显偏长,因此,ESO-BS控制的动态特性要优于PID控制。在系统存在不确定性的条件下,所设计的控制律能实现磁悬浮球的稳定悬浮,并能根据要求的悬浮高度位置实现位置跟踪。     

单级悬浮工作台平面运动测量系统对准误差分析

为了得到单级6自由度悬浮工作台的运动学模型,将非接触驱动和支承等效为由万向联轴器、伸缩杆和平面运动副组成的支链,在移动台转角很小的情况下,平面运动与离面运动相互独立,且不受伸缩杆与基座表面垂直度误差的影响.基于欧拉转动定理,通过计算工作台在2个不同位置时光轴与反射镜镜面交点之间的距离,建立了工作台平面运动测量系统三维对准误差模型.测量误差的分布及其对误差源的灵敏度表明,二维对准误差分析方法忽略的离面对准误差的灵敏度最大可达平面对准误差灵敏度的25%,L形反射镜绕z轴偏转造成的对准误差及镜面垂直度误差是影响测量误差的主要因素.     

磁流体重力悬浮的研究

从磁流体的伯努利方程出发,对磁流体在磁场作用下所具有的悬浮能力进行了理论推算;结合超顺磁理论分析了磁流体重力悬浮过程中磁场梯度,磁场强度以及磁流体本身性质等因素的作用,并对磁流体重力悬浮过程作了描述;采用自制磁流体进行实验,实验结果同所作的分析及计算基本相符;成功地把Pt,Pb等致密物质悬浮起来。     

五转向架城轨磁浮车辆动力学问题的研究

在分析城轨磁浮车辆运动规律的基础上，利用Catia及ADAMS软件，通过合理简化，建立了五转向架城轨磁浮车辆的动力学虚拟样机模型.基于上述模型，进行了两种工况的数值仿真，仿真结果与理论结果吻合较好，验证了模型的正确性.讨论分析了空气弹簧刚度与阻尼对车辆平顺性的影响.本文为五转向架城轨磁浮车辆的进一步研究奠定了基础.     

双自由度磁悬浮式桥梁振动能量采集器数值仿真和优化

提出了一种能利用桥梁振动能量为传感器持续供电的双自由度磁悬浮振动能量采集器(TMEH),该系统的能量采集效率远高于传统单自由度磁悬浮振动能量采集器(SMEH).推导了TMEH系统的运动控制方程和机电耦合方程;建立了TMEH的多目标优化模型,提出了基于NSGA2算法的能量采集器参数优化设计方法;最后将TMEH和SMEH在简谐振动激励和桥梁随机振动激励作用下的响应特性和能量采集效率进行了对比.研究结果表明:1)通过NSGA2算法优化设计,TMEH能获得更宽的采能带宽和更高的输出功率;2)TMEH比SMEH的采能效率有明显提高.在简谐振动激励和桥梁随机振动激励作用下,TMEH的输出功率比SMEH增加了约2倍.     

低速城轨磁浮车辆的耦合动力学仿真研究

在建立五转向架城轨磁浮车辆动力学模型的基础上,首先进行考虑侧风和行驶风阻的车辆直线加速工况仿真,给出重要构件的受力和变形特征;然后开展5种不同侧风时车辆加速过程的仿真分析,比较不同风速时,牵引拉杆和抗侧滚梁吊杆等构件的受力规律。在仿真结果分析的基础上,指出了五转向架城轨磁浮车辆设计时应注意的一些问题。     

The liquid phase separation of Bi-Ga hypermonotectic alloy under acoustic levitation condition

Containerless treatment of Bi-58.5at%Ga hypermonotecUc alloy is successfully performed with acoustic levitation technique. Under acoustic levitation condition, the second phase （Ga） distributes almost homogeneously in solidification sample, opposite to macrosegregation in solidification sample under conventional condition. Stokes motion of the second liquid droplet （Ga） is significantly restrained under acoustic levitation condition. The analyses indicate that the melt vibration in the gravity direction forced by acoustic field can induce steady flow around the second liquid droplet, which influences droplet shape during its moving upward and consequently restrains Stokes motion velocity of the second liquid droplet.     

磁悬浮列车电力拖动技术的创新及发展趋势

磁浮列车用直线电动机产生牵引力．利用磁悬浮装置产生磁浮力．利用电磁力产生导向力．这样磁浮列车能在轨道上方浮起滑行。磁浮列车不会产生噪声和振动．具有安全高效等优点。本文分析磁浮列车在电力拖动技术方面的创新及其发展趋势。     

Bi_2O_3掺杂对TSMTG法单畴YBCO超导块材性能的影响

本文采用顶部籽晶熔融织构法(TSMTG)成功地将Bi2O3掺杂到YBCO超导块材中,研究了Bi2O3掺杂含量对单畴YBCO超导块材生长形貌和磁悬浮力的影响.结果表明,在YBa2Cu3O7-δ(Y123):Y2BaCuO5(Y211)=1:0.4不变的情况下,掺杂的Bi2O3粉体在样品内部均生成了Y2Ba4CuBiOx纳米粒子.当Bi2O3添加量x≤1.5wt%时,样品均可长成完整的单畴YBCO超导块材,且样品的磁悬浮力随着Bi2O3掺杂量的增加而增大;当x1.5wt%时,YBCO超导块材的单畴区域随着Bi2O3掺杂量的增加而逐渐减小,且随机成核现象严重,磁悬浮力降低;当x=1.5wt%时,样品的磁悬浮力最大.该结果对缩短样品制备的周期及进一步提高超导块材性能具有十分重要的意义.     

磁悬浮主被动飞轮和被动磁轴承轴向力设计分析

针对现有商业卫星用磁悬浮飞轮存在发射成本高、体积大、重量大、功耗大、结构复杂和控制难度大等缺陷,提出了采用三自由度自稳定被动磁轴承代替原有磁轴承方案的磁悬浮主被动飞轮。分别介绍了飞轮和被动磁轴承结构、工作原理;通过等效磁荷法对被动磁轴承轴向力和轴向力刚度进行了数学建模;采用数值分析法,对被动磁轴承不同高宽比和气隙宽度的轴向力—位移曲线进行分析比较,并基于工程实际,选用高宽比为2和气隙宽度为1mm的被动磁轴承模型;采用有限元法,对飞轮在仅轴向偏移、径向偏移扰动、径向扭转扰动和同时发生径向偏移扰动与径向扭转扰动四种工作状态下轴向力自稳定性进行了分析。研究结果表明,轴向自稳定性满足性能需求,该自稳定被动磁轴承为商业航天卫星的磁悬浮飞轮的性能提升与成本降低提供了新的思路。