第25卷第2期徐州工程学院学报(自然科学版)2010年6月V ol.25N o.2Journal of Xuzho u Institut e of T echnolog y(Natur al Sciences Edition)JU N 2010磁悬浮球形主动关节机理与控制策略
曾 励,王 军,戴 敏
(扬州大学机械学院,江苏扬州 225127)
摘 要:提出了一种新型多自由度磁悬浮球形主动关节,对关节产生磁悬浮力和电磁转矩的机理进行了研究,并推导出驱动关节旋转的电磁转矩和支撑关节的悬浮电磁力;分析了磁悬浮球形主动关节旋转与悬浮的控制关系,提出了对其综合控制策略,并阐述了控制原理.
关键词:磁悬浮;球形主动关节;磁悬浮力;电磁转矩;控制策略
中图分类号:T H703.62 文献标志码:A 文章编号:1674 358X(2010)02 0001 05
球形关节在机器人及机械手,乃至多坐标机械加工中心、航天飞行器、电动陀螺仪、全方位跟踪天线、炮塔转台、医疗器械、摄像操作台、全景摄影操作台、搅拌机、移动机构的万向轮、球形阀、球形泵等具有多个运动自由度的设备中具有广泛的应用前景.关节系统包括驱动器、传动器和控制器,属于机器人的基础部件,是整个机器人伺服系统中的一个重要环节,其结构、质量、尺寸对机器人性能有直接影响.关节的驱动系统主要有:(1)由液动机、伺服阀、油泵及油箱等组成的液压伺服驱动系统;(2)由气缸、气阀、气罐和空压机组成的气压伺服驱动系统;(3)采用伺服电机、减速传动装置等组成的电气伺服驱动系统.目前机器人关节通常采用电机加减速机构驱动方式[1].大多数关节为多自由度关节,其运动是几个关节通过连杆连接,利用平移和旋转运动协调产生的,往往需要采用多套单自由度的驱动机构以及复杂的机械传动机构来完成.这样不仅会导致结构复杂、体积庞大、关节摩擦面磨损严重、效率低下、制造、安装困难、运动空间范围小、响应迟缓、动态性能较差等结果,而且机械传动系统误差的累计会导致整个控制系统的精度下降,甚至影响系统的稳定性.因此,基于磁悬浮技术和电机技术提出了一种新型多自由度磁悬浮球形磁阻式主动关节[2-4],并对主动关节的机理及其悬浮控制技术进行研究.
1 磁悬浮球形主动关节的基本结构
磁悬浮球形主动关节就是在控制系统作用下,使关节球形转子悬浮并按规定指令旋转的多自由度球形电机[5-7]关节,其定、转子三维结构如图1所示.转子为一开有沟槽的单元凸极球体,位于关节的中间,在球形转子的赤道线位置对称分布有4个定子,其中定子1与3对称于球形转子沿X轴方向保持同轴,其作用是驱动转子绕X轴旋转,并产生使转子在X轴方向稳定悬浮的磁悬浮力;定子2与4对称于球形转子沿Y 轴方向保持同轴,其作用是驱动转子绕Y轴旋转,并产生使转子在Y轴方向稳定悬浮的磁悬浮力;定子5布置在球形转子的顶端并与Z轴同轴,其作用是驱动球形转子绕Z轴旋转并产生该轴方向的稳定悬浮力.图2为磁悬浮球主动关节的结构剖面图.
磁悬浮球形主动关节球形转子的球面上开有相互正交的槽,定子为一个包含6个凸极和1个阶梯圆环结构,定子凸极上按磁阻电机原理绕有驱动转子旋转的多相绕组.各相绕组通电后除产生驱动转子旋转的电磁转矩外,还为转子提供径向磁悬浮力.
2 磁悬浮球形主动关节悬浮和旋转的机理
2.1 磁悬浮球形主动关节气隙磁能的计算
磁悬浮球形主动关节是基于多自由度球形磁阻电机支承并驱动的主动关节.因此,对磁悬浮球形主动关
收稿日期:2010 03 22
基金项目:国家自然科学基金资助项目(50975249);江苏省自然科学基金资助项目(BK2008219);
江苏省高校自然科学研究项目(09KJD460006)
作者简介:曾 励(1957 ),男,四川威远人,教授,博士,主要从事磁悬浮技术、机电控制技术研究.
节的分析研究,可依循磁阻电机研究的方法,从关节定子和转子之间的气隙磁能着手,即根据气隙磁能建立主动关节的机电能量转换关系,进而得出驱动转子的电磁转矩和使转子悬浮的电磁悬浮力关系.为了简化分析,先作以下假设:
(1)三相定子绕组在空间对称分布,各相电流所产生的磁势在气隙空间是正弦(或余弦)分布,忽略其高次谐波分量.
(2)忽略短距元件组以及分布绕组对气隙磁势的影响,即令绕组因数为1.
(3)忽略槽漏感、端部漏感及磁饱和效应.
(4)忽略铁心磁阻和涡流损耗,整个磁路系统只考虑工作气隙的磁阻.
在磁悬浮球形主动关节的转子球心未发生偏移时,定子凸极包络球面半径为R,转子凸极包络球面半径为R r ,定子凸极内径与转子凸极外径之间的间隙为g 0=R -R r .建立坐标系f (X ,Y,Z)=F(R , , ),如图3所示,取定子的对称轴与Z 轴重合,在定子6个磁极表面包络成的球面环上,取宽为Rd 、长为r d 的微小球面,其面积为 A =(r d ) (R d ),( 1< < 2,0< <2!).若球形转子在干扰作用下,转子球心由O 点移到了O 1点,发生沿Z 轴方向的偏移量为z ,由于R r z ,故定子磁极包络环形球面上任意位置定、转子凸极包络面之间的径向间隙长度为
g c (?)=g 0-z cos ,(
1)
图3 转子气隙变化示意图
由于球形转子在转动过程中,其某一凸极表面与定子磁极凸极表面部分重叠对齐,产生磁拉力而形成电磁转矩,而该磁拉力亦为使转子悬浮的磁悬浮力.因此,定子磁场产生的磁通流向球形转子经过的气隙长度变化很复杂,一般为 和 的函数,即#c =g c (?, ),故其磁导也是 和 的函数 ( , ).根据文献[8]对轴向平面悬浮驱动的磁悬浮磁阻电机磁导的处理方法,可假设本文提出的轴向球面悬浮驱动的磁悬浮磁阻电机单位面积的磁导与定、转子之间凸极磁极对齐间隙e 成反比,并按余弦规律分布,即徐州工程学院学报(自然科学版) 2010年第2期
d ( , )d A =K 0+K co s 2(?t - - -%)
e ,(2)
式中K 0、K 为磁导常数,与定、转子凸极结构等有关;?为转子相对于定子转动的角速度;%为某定子驱动转子绕定子坐标轴旋转时与定子之间的相位差;e 为定子凸磁极和转子凸磁极之间的径向间隙,可由(1)计算.
由于定子磁极包络球面环的宽度较小,即 ( 1< < 2)的变化范围很小,为便于计算,可认为定子磁极面与转子对齐的磁极面平行,即e 可表示为
e =g 0-z cos 0,(3)
式中 0为定子磁极形心位置处法向线与Z 轴的夹角.
于是,磁通通过微小面积 A 的磁导为
( , )=d (
, )d A A =K 0+K co s 2(?t - - -%)e
A.(4)磁场在定、转子间的气隙中产生的微磁能为
W g =12
( , ) h 2s ,(5)式中h s 为定子绕组在气隙上的磁势(磁压).
磁势h s 一般按正弦或余弦规律分布[4],设为
h s =H s cos (?t - ),
(6)式中H s 为磁势幅值,是I 电流和定子绕组匝数N 的乘积,即H s =I N .
将式(4)代入式(5)得
W g =h 2s [K 0+K cos 2(?t - - -%)] A 2e
,(7)取积分限( 1< < 2,0< <2!),对上式进行积分,得气隙总磁能
W g =!2!0!
2 1h 2s [K 0+K cos 2(?t - - -%)] Rr d d 2e ,=!2!0! 2 1H 2s cos 2(?t - ) [K 0+K cos 2(?t - - -%)] Rr d d 2e
,=H 2s R 2!2e ! 2
1[K 0
+12K cos2( +%)]sin d .(8)2.2 磁悬浮球形主动关节产生的磁悬浮力和磁转矩
式(8)即为磁悬浮球形主动关节的机电能量转换关系.利用它分别对转子与定子之间的相位差以及转子的径向位移求导,就可得到磁悬浮球形主动关节的电磁转矩和电磁悬浮力.磁悬浮球形主动关节产生的电磁转矩为
M z =!W g !%=-H 2s R 2!2(g 0-z co s 0)! 2
1K sin sin 2( +%)d ,当z =0时,转子在平衡位置时产生的电磁转矩为
M z =-H 2s R 2!2g 0! 2 1K sin sin 2( +%)d .(9)
由上式可见,通过改变定子绕组的磁势大小H s 及转子相对于定子的相位差%即可控制磁悬浮球形主动关节转子绕Z 轴电磁转矩大小和方向.磁悬浮球形主动关节产生沿Z 轴方向的电磁悬浮力为
F z =!W g !z =!!z H 2s R 2!2(g 0-z cos 0)
! 2 1[K 0+12K cos 2( +%)]sin d ,=N 2I 2K (%) R 2!co s 02(g 0-z cos 0)
2,(10)式中,K (%)=-! 2
1[K 0+12
K co s2( +%)]sin d ;I 为流入绕组电流值;N 为定子绕组匝数.曾 励,等:磁悬浮球形主动关节机理与控制策略
由此可见,磁悬浮球形主动关节在Z 轴方向产生的磁悬浮力与转子凸磁极和定子凸磁极之间间隙(g 0-z cos 0)的平方成反比,与绕组产生的磁势H s 的平方成正比.因此,通过改变磁势(或绕组电流)大小就可以控制球形转子沿Z 轴方向的偏移位移z ,使关节转子达到稳定悬浮.
同理可推出其它方向具有相同结构定子的电磁转矩和电磁悬浮力的表达式.
3 磁悬浮球形主动关节的综合控制
3.1 磁悬浮球形主动关节的悬浮与旋转控制关系
若磁悬浮球形主动关节在某个坐标轴(如Z 轴)方向上,有对称于转子的两个定子测控子系统控制转子沿该坐标轴的悬浮与旋转;若稳定悬浮的转子在干扰作用下沿坐标轴偏离平衡位置,为了使转子恢复到原来的平衡位置,则在控制器作用下,靠近间隙减小方定子绕组的电流将减小,使该定子与转子间的气隙磁势随之减小;而靠近间隙增加方定子绕组的电流将增大,使该定子与转子间的气隙磁势随之增大.
距离间隙减小方定子产生的电磁转矩和电磁悬浮力,由式(9)、式(10)求得M z 1
=-(H s 0- H )2R 2!2g 0! 2
1K sin sin 2( +%)d ,F z 1=(H s 0- H )2K (%) R 2!co s 02(g 0-z cos 0)
2,(11)式中 H 为由于绕组电流变化产生的磁势增量;H s 0为转子处于平衡位置(与定子包络球面同心)时的磁势.同理距离间隙增加方定子产生的电磁转矩和电磁悬浮力为M z 2
=-(H s 0+ H )2R 2!2g 0! 2 1K sin sin 2( +%)d ,F z 2=(H s 0+ H )2K (%) R 2!co s 02(g 0+z cos 0)2.(12)
在g 0 z 时,磁悬浮球形主动关节产生的总电磁转矩为
M z =M z 1+M z 2, ?-H 2s 0R 2!g 0
! 2 1K sin sin 2( +%)d .(13)磁悬浮主动关节产生的总电磁悬浮力为
F z =F z 1-F z 2,
=(H s 0- H )22(g 0-z cos 0)2-(H s 0+ H )22(g 0+z co s 0)2 K (%) R 2!cos 0,(14)
由式(13)可见,磁悬浮球形主动关节的悬浮调节控制对关节的电磁转矩几乎不产生影响.
3.2 磁悬浮球形主动关节的综合控制策略
磁悬浮球形主动关节是基于磁阻电机原理产生电磁转矩,而且,悬浮调节控制作用对电磁转矩的影响非常小,因此,在同坐标轴方向的两个定子绕组可按磁阻电机控制策略分别控制,构成两个定子子系统.由位移传感器检测转子的偏移信号,经过滤波、放大及悬浮控制器等环节的处理变换成电流信号,反馈到绕组控制输入端,与输入的转矩电流进行叠加,以改变定子绕组中电流的大小,其控制系统原理如图4所示[2-4].
控制系统的工作原理:分别对两个定子绕组子系统同时输入相等的转矩电流i *Tm 和转速?*指令信号,两
路信号各自经过解耦控制器矢量解耦后得到两相电流i *d 和i *q ,由2&/3&变换电路变换成三相电流信号i *u 、i *v 、i *w ,去控制逆变器使整流稳压器输出的直流电变换为交流电,向各自控制的定子绕组提供驱动电流i u 、i v 、i w ,以产生绕Z 坐标轴的同向等量电磁转矩和转动速度,从而驱动球形转子绕Z 坐标轴转动.同时两定子通电线圈绕组将产生1对Z 轴方向上大小相等、方向相反的偏置磁拉力作用于球形转子,使球形转子在无扰动作用下悬浮于Z 坐标方向的平衡位置.当球形转子在Z 坐标轴方向受到扰动作用时,球形转子将移向一定子,离开另一定子,球形转子两侧的两个传感器分别检测到球形转子的径向位移变化信号,各自将检测的信号经由信号检测处理电路进行调制、放大、解调、滤波等处理后,分别以电压信号u 1、u 2输出,两路电压信号经过比较器比较,得到Z 坐标轴方向的差动位移信号 u =u 2-u 1,差动位移信号 u 经悬浮控制器控制运算(如PID 运算等)并转换成差动电流信号 i 输出,该电流信号 i 与控制两个定子绕组转矩的转徐州工程学院学报(自然科学版) 2010年第2期
图4 磁悬浮球形主动关节的控制原理
矩电流指令信号分别相加减变为i *Tm + i 、i *
Tm - i,差动控制两逆变器对各自定子绕组的供电电流i u 、i v 、i w ,使球形转子距离定子近的绕组电流减小,距离球形定子远的绕组电流增加,通过改变两定子绕组产生磁拉力的相对大小来平衡干扰作用,使球形转子重新回到平衡状态,从而达到转子的稳定悬浮.
参考文献:
[1]叶继涛,陈儿同,王芳,等.一种新型二维自动旋转台的研制与应用[J].节能技术,2003,21(1):34-35.
[2]曾励,张丹,戴敏.向心推/拉力磁悬浮球形磁阻电动机:中国,ZL 200920039032.7[P].2010-01.
[3]曾励,张丹,戴敏.开关磁阻式磁悬浮球形主动关节:中国,ZL 200920040447.6[P].2010-01.
[4]周秀红.磁悬浮球形电动机的机理与控制[D].扬州:扬州大学硕士学位论文,2008.
[5]邹继明,崔淑梅,程树康.多自由度(旋转)电动机的发展[J].高技术通讯,2000(10):103-105.
[6]黄声华,陶醒世,林金铭.三自由度球形电机的发展[J].电工电能新技术,1989(1):6-11.
[7]万山明,黄声华,傅光洁,等.空间坐标系中的三维电动机[J].中国电机工程学报,1998,18(5):305-309.
[8]上野哲,岡田養二. !?磁気浮上回転##?%開発&制御[C].日本機械學會論文集,1997,63(612):2707-2713.The Analysis of Mechanism and Control Strategy in Magnetic
Suspension Spherical Active Joints
ZENG Li,WANG Jun,DAI Min
(S chool of M achin ery,Yangz hou U nivers iry,Yangzh ou 225127,China)
Abstract:A novel m ulti DOF m ag netic suspension spher ical active joints is introduced in this paper.The mechanism o f the joints which pro duce levitatio n and the electromagnetic tor que has been studied.And the electromag netic tor que driving joint rotating and suspensio n fo rce suppo rting the jo int suspension ar e deduced.T he co ntro l relationship betw een active magnetic suspension spherical jo ints'rotation and sus pension is analyzed.A co mprehensive co ntro l str ategy and contr ol principle ar e put forw ard.
Key words:m ag netic suspension;spherical active joints;levitation for ce;electromag netic torque;com prehensive control strateg y
(责任编辑 武 峰)曾 励,等:磁悬浮球形主动关节机理与控制策略
研究生自动控制专业实验 地点：A区主楼518房间 姓名：实验日期：年月日斑号：学号：机组编号： 同组人：成绩：教师签字：磁悬浮小球系统 实验报告 主编：钱玉恒，杨亚非 哈工大航天学院控制科学实验室
磁悬浮小球控制系统实验报告 一、实验内容 1、熟悉磁悬浮球控制系统的结构和原理； 2、了解磁悬浮物理模型建模与控制器设计； 3、掌握根轨迹控制实验设计与仿真； 4、掌握频率响应控制实验与仿真； 5、掌握PID控制器设计实验与仿真； 6、实验PID控制器的实物系统调试； 二、实验设备 1、磁悬浮球控制系统一套 磁悬浮球控制系统包括磁悬浮小球控制器、磁悬浮小球实验装置等组成。在控制器的前部设有操作面板，操作面板上有起动/停止开关，控制器的后部有电源开关。 2、磁悬浮球控制系统计算机部分 磁悬浮球控制系统计算机部分主要有计算机、1711控制卡等； 三、实验步骤 1、系统实验的线路连接 磁悬浮小球控制器与计算机、磁悬浮小球实验装置全部采用标准线连接，电源部分有标准电源线，考虑实验设备的使用便利，在试验前，实验装置的线路已经连接完毕。 2、启动实验装置 通电之前，请详细检察电源等连线是否正确，确认无误后，可接通控制器电源，随后起动计算机和控制器，在编程和仿真情况下，不要启动控制器。 3、系统实验的参数调试 根据仿真的数据及控制规则进行参数调试（根轨迹、频率、PID等），直到获得较理想参数为止。 四、实验要求
1、学生上机前要求 学生在实际上机调试之前，必须用自己的计算机，对系统的仿真全部做完，并且经过老师的检查许可后，才能申请上机调试。 学生必须交实验报告后才能上机调试。 2、学生上机要求 上机的同学要按照要求进行实验，不得有违反操作规程的现象，严格遵守实验室的有关规定。 五、系统建模思考题 1、系统模型线性化处理是否合理，写出推理过程？ 答：磁悬浮系统的模型可描述如下 ()()()()()2221d x t m F i,x mg dt i F i,x K x di U t Ri t L dt ?=+??????=? ?????=+??? (1) 又有系统平衡的边界条件如下 ()0F i,x mg += (2) 由级数理论，将非线性函数展开为泰勒级数，在平衡点()00,i x 对系统进行线性化处理。对(1)式作泰勒级数展开并省略高阶项可得 0000(,)(,)(-)(-)i x F i x F i x K i i K x x =++ (3) 又由(2)式可知，对2i F(i,x )K()x =求偏导数得 2000000320022x x i i Ki Ki K F (i ,x )K F(i ,x )x x ==-==， (4) 则由(1)式可得 22000022300 22(-)(-)i x Ki Ki d x m K i i K x x i x dt x x =+=- (5) 对(5)进行拉普拉斯变换并带入编辑方程可得系统的开环传递函数 2001x(s )-i(s )a s -b = (6) 定义系统对象的输入量为功率放大器的输入电压也即控制电压in U ，系
传统的悬架系统的刚度和阻尼是按经验或优化设计的方法确定的，根据这些参数设计的悬架结构，在汽车行驶过程中，其性能是不变的，也是无法进行调节的，使汽车行驶平顺性和乘坐舒适性受到一定影响。故称传统的悬架系统为被动悬架系统。如果悬架系统的刚度和阻尼特性能根据汽车的行驶调节（车辆的运动状态和路面状况等）进行动态自适应调节，使悬架系统始终处于最佳减振状态，则称为主动悬架。 主动悬架系统按其是否包含动力源可以分为全主动悬架（有源主动悬架）和半主动悬架（无源主动悬架）系统两大类。 全主动悬架 全主动悬架是根据汽车的运动状态和路面状态，适时地调节悬架的刚度和阻尼，使其处于最佳减振状态。它是在被动悬架（弹性元件、减振器、导向装置）中附加一个可控作用力的装置。通常由执行机构、测量系统、反馈控制系统和能源系统4部分组成。执行机构的作用是执行控制系统的指令，一般为发生器或转矩发生器（液压缸、气缸、伺服电动机、电磁铁等）。测量系统的作用是测量系统各种状态，为控制系统提供依据，包括各种传感器。控制系统的作用是处理数据和发出各种控制指令，其核心部件是电子计算机。能源系统的作用是为以上各部分提供能量。 半主动悬架 目前，主流的半主动悬架不考虑改变悬架的刚度，而只考虑改变悬架的阻尼，因此它无动力源且只由可控的阻尼元件组成。由于半主动悬架结构简单，工作时几乎不消耗车辆动力，而且还能获得与全主动悬架相近的性能，故有较好的应用前景。 半主动悬架按阻尼级又可以分成有级式和无级式两种。 （1）有级式半主动悬架它是将悬架系统中的阻尼分为两级、三级或更多级，可由驾驶员选择或根据传感器信号自动进行选择悬架所需要的阻尼级。也就是说，可以根据路面条件（好路或坏路）和汽车的行驶状态（转弯或制动）等来调节悬架的阻尼级，使悬架适应外界环境的变化，从而可以较大幅度地提高汽车的行驶平顺性和操纵稳定性。 半主动悬架中的三级阻尼可调减振器的旁路控制阀是由调节电动机来带动阀芯转动，使控制阀孔具有关闭，小开和大开3个位置，产生3个阻尼值。该减振器应用于OPEL SENTOR 和OPELGA轿车上。 （2）无级式半主动悬架它是根据汽车行驶的路面条件和行驶状态，对悬架系统的阻尼在几毫秒内有最小变到最大进行无级调节。
串联锂离子电池组的主动均衡控制研究 摘要：对于传统的主动均衡技术来说，通常情况下，存在着电量传递效率低、控制过程复杂等问题。为了彻底解决上述问题，本文结合电感、电容的电量转移技术，提出锂电池组主动均衡方法。均衡技术以boost技术和法拉电容为基础，在锂离子电池组中，可以在任何两个电池之间进行电量的传递，使得锂离子电池组在一定程度上实现电压均衡，并且可以将综合效率提高到84%，其特点主要表现为控制灵活、电量转移效率高等，静置状态下，可以进一步对大容量的串联锂电池组的电压进行均衡处理。 关键词：锂电池组主动均衡法拉电容boost 1 概述 随着人们的环保意识不断增强，人们对节能环保给予高度的关注，在这种情况下，新能源汽车逐渐成为汽车工业发展的主流趋势。而锂电池作为一项重要的因素，在一定程度上直接影响并制约着新能源汽车的推广和产业化。电池管理模块（Battery Management Module）对于电动汽车来说，是一个核心部件。在发展、推广电动汽车的过程中，电池管理技术是一项关键技术[1]。对于锂离子电池来说，凭借自身能量密度高、工作电压高等优势，进而在一定程度上广泛应用于各行各业[2]。由于锂电池的工作电压通常情况下只有
2.5～4.2V，在实际应用中，为了提高工作电压，通常情况下，需要将若干只单体锂电池进行串联处理。但是，受生产工艺的影响和制约，在容量、电压、内阻及自放电率等方面，锂电池单体之间存在一定的差异，即使电池来源于同一批次，各个电池之间同样存在一定的差异性。在实际使用过程中，正是由于电池之间存在这种差异，进而在一定程度上严重影响锂电池的使用寿命，在这种情况下，需要对串联锂电池组进行均衡管理[3]。 2 锂电池组的均衡方式 对于锂电池来说，在实际使用过程中，通常情况下，通过被动均衡、主动均衡两种方式对锂电池组进行均衡[4]。其中，在充电过程中，被动均衡方式主要是利用均衡电阻对高电压单体电池进行放电处理，使得整组电池电压在一定程度上确保一致性。对于该均衡方式方式来说，同样存在缺点，主要表现为：对能源造成浪费，该均衡方式受放电电流的影响，不能在大容量锂电池组中使用。在电量转移方面，对主动均衡方法来说，其转移方式通常情况下包括电感、电容两种。其中，Boost/buck的电感均衡是进行电感转移的基础，利用电感均衡在相邻电池之间对电量进行传递，在一定程度上通过电量传递，进一步使电量由高电压电池完成向低电压电池的转移，其电量传递效率通常高于80%。这种均衡方式同样存在弊端，主要表现为：电量传递只能发生在相邻锂电
磁悬浮的原理 转子、传感器、控制器、执行器 磁悬浮列车的原理。 1.磁悬浮列车的原理并不深奥。它是运用磁铁“同性相斥，异性相吸”的性质，使磁铁具有抗拒地心引力的能力，即“磁性悬浮”。科学家将“磁性悬浮”这种原理运用在铁路运输系统上，使列车完全脱离轨道而悬浮行驶，成为“无轮”列车，时速可达几百公里以上。这就是所谓的“磁悬浮列车”，亦称之为“磁垫车”。 由于磁铁有同性相斥和异性相吸两种形式，故磁悬浮列车也有两种相应的形式：一种是利用磁铁同性相斥原理而设计的电磁运行系统的磁悬浮列车，它利用车上超导体电磁铁形成的磁场与轨道上线圈形成的磁场之间所产生的相斥力，使车体悬浮运行的铁路；另一种则是利用磁铁异性相吸原理而设计的电动力运行系统的磁悬浮列车，它是在车体底部及两侧倒转向上的顶部安装磁铁，在T形导轨的上方和伸臂部分下方分别设反作用板和感应钢板，控制电磁铁的电流，使电磁铁和导轨间保持10—15毫米的间隙，并使导轨钢板的吸引力与车辆的重力平衡，从而使车体悬浮于车道的导轨面上运行。 磁悬浮列车与当今的高速列车相比，具有许多无可比拟的优点： 由于磁悬浮列车是轨道上行驶，导轨与机车之间不存在任何实际的接触，成为“无轮”状态，故其几乎没有轮、轨之间的摩察，时速高达几百公里； 磁悬浮列车可靠性大、维修简便、成本低，其能源消耗仅是汽车的一半、飞机的四分之一； 噪音小，当磁悬浮列车时速达300公里以上时，噪声只有656分贝，仅相当于一个人大声地说话，比汽车驶过的声音还小；由于它以电为动力，在轨道沿线不会排放废气，无污染，是一种名副其实的绿色交通工具，上海磁悬浮列车的最高时速430公里/小时，平均时速222公里/小时。 =重要部分。 2.自1825年世界上第一条标准轨铁路出现以来，轮轨火车一直是人们出行的交通工具。然而，随着火车速度的提高，轮子和钢轨之间产生的猛烈冲击引起列车的强烈震动，发出很强的噪音，从而使乘客感到不舒服。由于列车行驶速度愈高，阻力就愈大。所以，当火车行驶速度超过每小时300公里时，就很难再提速了。 如果能够使火车从铁轨上浮起来，消除了火车车轮与铁轨之间的摩擦，就能大幅度地提高火车的速度。但如何使火车从铁轨上浮起来呢？科学家想到了两种解决方法：一种是气浮法，即使火车向铁轨地面大量喷气而利用其反作用力把火车浮起；另一种是磁浮法，即利用两个同名磁极之间的磁斥力或两个异名磁极之间磁吸力使火车从铁轨上浮起来。在陆地上使用气浮法不但会激扬起大量尘土，而且会产生很大的噪音，会对环境造成很大的污染，因而不宜采用。这就使磁悬浮火车成为研究和试验的的主要方法。
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920276465.8 (22)申请日 2019.03.05 (73)专利权人 深圳市前海瑞诺科技发展有限责 任公司 地址 518000 广东省深圳市南山区前海深 港合作区前湾一路1号A栋201室(入驻 深圳市前海商务秘书有限公司) (72)发明人 杨昭 (74)专利代理机构 北京知呱呱知识产权代理有 限公司 11577 代理人 孙进华 赵白 (51)Int.Cl. G11B 3/00(2006.01) G11B 3/70(2006.01) H02N 15/00(2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 (54)实用新型名称基于磁悬浮的声音播放装置(57)摘要基于磁悬浮的声音播放装置，包括录音载体、转盘、外壳、唱臂载体、唱臂和设有转盘触控笔的磁性拾音器，还包括：第一转盘侧永磁体、至少一个壳体侧永磁体和电磁校正线圈，所述第一转盘侧永磁体和至少一个壳体侧永磁体用于产生悬浮电磁力，所述电磁校正线圈用于控制所述转盘的悬浮，所述转盘通过所述悬浮电磁力悬浮于所述外壳的上方；第二转盘侧永磁体和驱动电磁线圈，所述第二转盘侧永磁体和驱动电磁线圈用于产生旋转电磁力，所述驱动电磁线圈用于控制所述转盘的旋转，所述转盘通过所述旋转电磁力旋转于所述外壳的上方。能够确保音乐媒体的旋转在转盘相对较小的质量下尽可能稳定且没有振动，使接触记录的机械部件和触控笔的磨损 程度尽可能降低。权利要求书2页 说明书7页 附图7页CN 209281884 U 2019.08.20 C N 209281884 U
磁悬浮技术原理 磁悬浮技术原理 空间电磁悬浮技术简介随着航天事业的发展，模拟微重力环境下的空间悬浮技术已成为进行相关高科技研究的重要手段。目前的悬浮技术主要包括电磁悬浮、光悬浮、声悬浮、气流悬浮、静电悬浮、粒子束悬浮等，其中电磁悬浮技术比较成熟。电磁悬浮技术（electromagnetic levitation )简称EML技术。它的主要原理是利用高频电磁场在金属表面产生的涡流来实现对金属球的悬浮。 目录 起源 概述 空间电磁悬浮技术 发展历史 国际 中国 中国磁悬浮技术 原理 应用 前景 磁悬浮列车 磁悬浮列车的优点 磁悬浮列车的缺点 起源 概述 空间电磁悬浮技术 发展历史 国际 中国 中国磁悬浮技术 原理 应用 前景 磁悬浮列车 磁悬浮列车的优点 磁悬浮列车的缺点
展开 编辑本段起源 磁悬浮技术的研究源于德国，早在1922年德国工程师赫尔曼·肯佩尔就提出了电磁悬浮原理，并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。1970年代以后，随着世界工业化国家经济实力的不断加强，为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要，德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。 编辑本段概述 利用磁力使物体处于无接触悬浮状态的设想是人类一个古老的梦。但实现起来并不容易。因为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技术(高新技术)。随着电子技术、控制工程、信号处理元器件、电磁理论及新型电磁材料的发展和转子动力学的进展，磁悬浮技术得到了长足的发展。 磁悬浮列车原理示意图 . 目前（2009年）国内外研究的热点是磁悬浮轴承和磁悬浮列车，而应用最广泛的是磁悬浮轴承。它的无接触、无摩擦、使用寿命长、不用润滑以及高精度等特殊的优点引起世界各国科学界的特别关注，国内外学者和企业界人士都对其倾注了极大的兴趣和研究热情。编辑本段空间电磁悬浮技术 随着航天事业的发展，模拟微重力环境下的空间悬浮技术已成为进行相关高科技研究的重要手段。目前的悬浮技术主要包括电磁悬浮、光悬浮、声悬浮、气流悬浮、静电悬浮、粒子束悬浮等，其中电磁悬浮技术比较成熟。 电磁悬浮技术（electromagnetic levitation )简称EML技术。它的主要原理是利用高频电磁场在金属表面产生的涡流来实现对金属球的悬浮。 磁悬浮列车工作示意图 将一个金属样品放置在通有高频电流的线圈上时，高频电磁场会在金属材料表面产生一高频涡流，这一高频涡流与外磁场相互作用，使金属样品受到一个洛沦兹力的作用。在合适的空间配制下，可使洛沦兹力的方向与重力方向相反，通过改变高频源的功率使电磁力与重力相
汽车悬架的半主动控制系统MATLAB/SIMULNK仿真 S0705234 沙小伟 摘要:分析当前轿车的悬架系统，对之进行简化。首先建立其1/4模型，利用仿真软件MATLAB里面的附件Simulink对悬架的简化模型进行仿真，考察其加速度，输出位移等特性。在此基础上进一步建立悬架系统的1/2模型，继续考察车身的加速度，输出位移，转角等系列特性。Simulink软件在整个的仿真过程中显示出强大的能力。 关键词：汽车悬架，半主动控制，仿真 Abstract: Analyze the suspension system of modern car, and then simplify it. First the model was analyzed with 2 degrees of freedom by the software simulink. Based on this, and then building 12 degrees of the suspension system. Inspect the acceleration and rotation angle and some other characters. In the whole process, the software simulink displayed powerful capacity. Keywords: car suspension,semi – active control, simulation 引言 汽车悬架系统简介。悬架系统是车辆的一个重要组成部分。车辆悬架性能是影响车辆行驶平顺性、操作稳定性和行驶速度的重要因素。传统的被动悬架一般由具有固定参数的弹性元件和阻尼元件组成，被设计为适应某一种路面，限制了车辆性能的进一步提高。20世纪70年代以来工业发达国家就已经开始研究基于振动主动控制的主动、半主动悬架系统。 近年来随着电子技术、测试技术、机械动力等学科的快速发展，使车辆悬架系统由传统被动隔振发展到振动主动控制。特别是信息科学中对最优控制、自适应控制、模糊控制、人工神经网络等的研究，不仅使悬架系统振动控制技术在现代控制理论指导下更加趋于完善，同时已经开始应用于车辆悬架系统的振动控制[1]，使悬架系统振动控制技术得以快速发展。随着车辆结构和功能的不断改进和完善，研究车辆振动，设计新型悬架系统，将悬架的振动控制到最低水平是提高现代车辆质量的重要措施。 当代轿车的悬架系统。当代轿车悬架系统最常见的形式有：摇臂滑柱式(麦弗逊)、双A臂与多连杆式悬架系统。摇臂滑柱式悬架具有结构简单、成本低廉等优点。常见的欧洲车采用的较多。它存在的问题是：在持续颠簸的路面行驶，驾驶员容易疲劳，即车辆的操作稳定性不好，舒适性欠佳。但是由于其结构简单、易维修保养及成本低，因此在一些中低价位车上广泛地用着。 一些新型轿车上常见的多连杆式悬架系统，具有极佳的舒适性。多连杆式悬架系统的最大的优点是：其可平衡的达到其它悬架系统所达不到的性能要求，它是目前最先进的悬架系统。以日产兼具舒适性和操作稳定性智能型“QT悬架系统”为例，它具有极佳的操作稳定性转弯及直线行驶稳定性，能有效的克服路面的颠簸状况及改善制动时汽车的点头现象，可有效地降低车辆行驶的噪音[2]，使车内更加宁静，全面提高的汽车的舒适性，且具备结构简单，体积更小，噪音更小的优点。此种悬架极有可能成为未来悬架系统的主流。 双A臂悬架系统是一种兼具舒适性条件和操作稳定性的组合方案。但其成本高昂，生产工艺难度大，且要求具有极高的定位精度,因此只有在赛车和高价位车上才应用。双A臂悬架再加上防倾平衡杆，能很好的适应急转弯的操作。丰田LUXUS IS 200就装用了此类悬架，再加上低高宽比轮胎、创立了驾车者十分信赖的行车稳定性。
基本电池组设计原则： ?当第一个单电池充满电时，必须停止充电。 ?当第一个单电池无电时，放电必须终止。 ?弱蓄电池节比强蓄电池老化得更快。 ?弱蓄程度最高的电池节将最终限制电池组的可用电量（最弱环节）。 ?电池组中的系统温度梯度使运行在较高平均温度的电池节变弱。 ?在不使用均衡的情况下，在每个充放电周期中，最弱蓄和最强蓄单电池之间的电压差将增加。最终，其中一个单电将始终接近最大电压，而另外一个单电池接近最低电压→从而阻碍了电池组的充放电能力。 由于这些电池再也不会像它们最初使用时那么相互匹配，而且由于我的安装方式将使它们处于不同的温度环境中，我必须做好单电池均衡。 锂离子电池主要出现两种不匹配；充电不匹配和容量不匹配（请见图2）。充电不匹配在容量相同的单电池所容纳的充电量逐渐差生差别时出现。容量不匹配出现在同时使用初始容量不同的电池节时。由于电池组通常由几乎在同一时间生产的单电池组装而成，这些单电池的制造工艺也相差无几，所以单电池通常情况下匹配良好，只有充电普匹配会比较常见。然而，如果电池组由来源不明的单电池组装而成，或者在制造工艺方面差别很大的话，也有可能出现容量不匹配。 主要有两种电池均衡：被动均衡和主动均衡。这里列出了基本功能和它们各自的优缺点： 被动均衡： ?实现简单（硬件和软件） ?廉价 ?降低了充电不匹配 ?小均衡电流（小于1A） ?发热-浪费电能！ 主动均衡：
?效率更高 ?增加可用容量 ?减少充电和容量不匹配效应 ?更快的电池组充电时间 ?可在充电和放电过程中工作 ?较大的均衡电流（大于1A），以快速均衡大电池 ?更长的电池组使用寿命 ?混用/匹配全新/旧模块 ?可使用模块内的不匹配单电池（增加产量） ?看起来主动均衡才是正道！ 我决定使用手边的最积极主动的TI BMS。为了确保我始终能够从电池组获得最大电量，所有单电池之间的电压差保持在毫伏以内。由TI EM1401EVM电路板管理的电池使用全部TI部件来提供5A主动电池均衡（我设计的工作方式）。 图3显示了基本架构。其中一个BMS电路板被安装在电池节旁边，管理每个模块或电池组。 下面是这一车辆的主要技术规格：
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 1 22
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 2 33 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 3 44 2 材料磁特性 顺磁性 抗磁性 磁畴未磁化磁畴 磁化 2012-09-17 4 4
55 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 5
5 66 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Lord Kelvin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 6
magnetic suspension technique 本文介绍磁悬浮主轴系统的组成及工作原理，提出了一种在常规PID基础上的智能PID控制器的新型数字控制器设计。其核心部件是TI公司的TMS320LF2407A，设计了五自由度磁悬浮主轴系统的硬件总体框图。用C2000作为开发平台，设计在常规PID基础上的智能PID控制器。理论分析结果表明：这种智能PID控制器能实现更好控制效果，达到更高的控制精度要求。1 引言 主动磁悬浮轴承(AMB，以下简称磁轴承)是集众多门学科于一体的，最能体现机电一体化的产品。磁悬浮轴承与传统的轴承相比具有以下优点：无接触、无摩擦、高速度、高精度。传统轴承使用时间长后，磨损严重，必须更换，对油润滑的轴承使用寿命会延长、但时间久了不可避免会出现漏油情况，对环境造成影响，这一点对磁悬浮轴承就可以避免，它可以说是一种环保型的产品。而且磁轴承不仅具有研究意义，还具有很广阔的应用空间：航空航天、交通、医疗、机械加工等领域。国外已有不少应用实例。 磁悬浮轴承系统是由以下五部分组成：控制器、转子、电磁铁、传感器和功率放大器。其中最为关键的部件就是控制器。控制器的性能基本上决定了整个磁悬浮轴承系统的性能。控制器的控制规律决定了磁轴承系统的动态性能以及刚度、阻尼和稳定性。控制器又分为两种：模拟控制器和数字控制器。虽然国内目前广泛采用的模拟控制器虽然在一定程度上满足了系统的稳定性，但模拟控制器与数字控制器相比有以下不足：(一)调节不方便、(二)难以实现复杂的控制、(三)不能同时实现两个及两个以上自由度的控制、(四)互换性差，即不同的磁悬浮轴承必须有相对应的控制器、(五)功耗大、体积大等。磁轴承要得到广泛的应用，模拟控制器的在线调节性能差不能不说是其原因之一，因此，数字化方向是磁轴承的发展趋势。同时，要实现磁轴承系统的智能化，显然模拟控制器是难以满足这方面的要求。因此从提高磁轴承性能、可靠性、增强控制器的柔性和减小体积、功耗和今后往网络化、智能化方向发展等角度，必须实现控制器数字化。近三十年来控制理论得到飞速发展并取得了广泛应用。磁悬浮轴承控制器的控制规律研究在近些年也取得了显著的进展，目前国外涉及到的控制规律有：常规PID和PD控制、自适应控制、H∞控制等，国内涉及到的控制规律主要是常规PID及PD控制和H∞控制，但H∞控制成功应用于磁悬浮轴承系统中的相关信息还未见报道。 从当前国内外发展情况来看，国外的研究状况和产品化方面都领先国内很多年。国外已有专门的磁悬浮轴承公司和磁悬浮研究中心从事这方面的研发和应用方面工作，如SKF公司、NASA等。其中SKF公司的磁轴承的控制器所用控制规律为自适应控制，其产品适用的范围：承载力50～2500N、转速1,800～100,000r/min，工作温度低于220℃。NASA是美国航天局，他们开展磁悬浮研究已有几十年，主要用于航天上，研究领域包括火箭发动机和磁悬浮轨道推进系统(2002年9月已完成在磁悬浮轨道上加2g加速度下可使火箭的初始发射速度达到643～965km/h 。目前国内还没有一家磁悬浮轴承公司，要赶上国外磁悬浮轴承发展水平，必须加大人力、物力等方面的投入。国内对磁悬浮轴承控制器的控制规律研究起步较晚，当前使用较多的都是常规PID和PD控制，实际电路中也有使用PIDD的。控制精度相对来说不是很高，而且每个系统都必须对应相应的KP，KI，KD，调节起来很麻烦，使用者同样会觉得很不方便。为了使磁悬浮轴承产品化，必须解决上述问题，任何人都能很方便的使用，必须把它做成象“傻瓜型设备一样的产品”，这就得首先解决控制器的问题。解决此问题就是使控制器智能化。智能化的内容包括硬件的智能化和软件的智能化。本文仅讨论控制器在控制算法方面的智能化问题以及实现手段，可为最终解决磁悬浮轴承智能化奠定
第九篇磁悬浮列车原理 §9.1磁悬浮列车综述 你一定听说过磁悬浮列车吧，最近它的上镜率可是居高不下，大家都在密切地关注着它的发展态势。我们一直都在盼望着火车的提速，可经过几轮的努力，却总是达不到心中理想的标准，如果你家住在西安，距北京1000多公里，原先回家要17个小时，现在要14个小时，唉，只减少了区区3个小时，还要有难熬的一宿呀！可是你知道吗？普通磁悬浮列车的时速就可以达到500公里/小时，那么，回家就只需要不到3个小时，跟飞机差不多了！ 其实，在本世纪五、六十年代，铁路曾经被认为是一个夕阳运输产业。因为面对航空、高速公路等运输对手的强劲挑战，它蜗牛般的爬行速度，已越来越不适应现代工业社会物流和人流的快速流动需要了。但七十年代以来，特别是近几年，随着铁路高速化成为世界的热点和重点，铁路重新赢回了它在各国交通运输格局中举足轻重的地位。法国、日本、俄国、美国等国家列车时速由200公里向300公里飞速发展。据1995年举行的国际铁路会议预测，到本世纪末，德国、日本、法国等国家的高速铁路运营时速将达到360公里。 但要使列车在如此高的速度下持续行驶，传统的车轮加钢轨组成的系统，已经无能为力了。这是因为传统的轮轨粘着式铁路，是利用车轮与钢轨之间的粘着力使列车前进的。它的粘着系数随列车速度的增加而减小，走行阻力却随列车速度的增加而增加，当车速增至粘着系数曲线和走行阻力曲线的交点时，就达到了极限。据科研人员推算，普通轮轨列车最大时速为350-400公里左右。如果考虑到噪音、震动、车轮和钢轨磨损等因素，实际速度不可能达到最大时速。所以，欧洲、日本现在正运行的高速列车，在速度上已没有多大潜力。要进一步提高速度，必须转向新的技术，这就是超常规的列车－－磁悬浮列车。 尽管我们还将磁悬浮列车的轨道称为"铁路"，但这两个字已经不够贴切了。
基于单片机的磁悬浮小球控制系统设计 摘要 随着越来越多的磁悬浮技术应用到现实生活中的各个领域，磁悬浮这个在几年前还是很陌生的一个词现在已经广为人知。磁悬浮以悬浮力产生的原理分类可以分为超导磁悬浮和常导磁悬浮。磁悬浮的控制系统是一个很复杂的问题。本文 研究的重点就是这两种磁悬浮的控制问题。 超导磁悬浮是利用处于超导状态下的超导体具有斥磁力的原理产生的。超导磁悬浮的悬浮物体就是超导体本身，所以超导磁悬浮的控制重点就落在了超导体上。本文从介绍超导磁悬浮的基本应用入手，逐步深入地介绍超导体的基本物理性质，然后介绍超导磁悬浮系统的控制方法、过程和原理。 与超导磁悬浮相比，常导磁悬浮的应用就更为广泛，因为常导磁悬浮的实现过程要简单得多。常导磁悬浮可以分为应用电磁铁的磁悬
浮和引用非电磁性磁铁（稀土永磁铁、普通磁铁等）的磁悬浮。但是由于电磁铁便于控制和利用，所以利用电磁铁的磁悬浮义勇更为广泛。本文在常导磁悬浮方面的研究是从一个实例入手，分析电磁铁式磁悬浮的原理，从而进一步研究电磁铁式磁悬浮的控制方法、过程和原理。 在本文的最后，我利用在大学里所学的知识，结合本文的研究重点——磁悬浮装置的控制问题，做出了一个简单的电磁悬浮装置。这个悬浮装置的原理是利用对电磁铁电流的控制来实现一个铁球在空中的来回反复运动，达到视觉上的悬浮效果。这虽然与实际的电磁铁悬浮控制方原理不同，但是利用这简单手段也能够达到相同的目的。这个实例给了我们一个启示：简单的演示实验装置也能够说明磁悬浮列车等高新技术的工作原理，磁悬浮并不是遥不可及的。 关键词：常导磁悬浮，超导磁悬浮，磁悬浮的控制，演示实验装置，磁悬浮列车
磁悬浮技术的发展与应用 1 磁悬浮原理及其特点 磁悬浮技术是利用电磁力将物体无机械接触地悬浮起来，该装置由传感器、控制器、电磁铁和功率放大器等部分组成。根据在磁悬浮系统中实现稳定悬浮的电磁力的状态（是静态的还是动态的），可将磁悬浮系统划分为无源（被动）和有源（可控）两种悬浮系统。 它一般是由悬浮体、传感器、控制器和执行器 4 部分组成。其中，执行器包括电磁铁和功率放大器两部分。现假设在某参考位置上，由于悬浮体受到一个向下的扰动，它将会偏离其参考位置。这时，传感器检测出悬浮体偏离参考点的位移，作为控制器的微处理器将检测的位移变换成控制信号；功率放大器将这一控制信号转换成控制电流，控制电流在执行磁铁中产生电磁力，从而驱动悬浮体返回到原来的平衡位置。 因此，不论悬浮体受到的扰动是向下还是向上，它始终能处于稳定的平衡状态磁力弹簧是磁悬浮系统重要的执行器元件。 目前世界上有三种类型的磁悬浮 一是以德国为代表的常导电式磁悬浮，二是以日本为代表的超导电动磁悬浮，这两种磁悬浮都需要用电力来产生磁悬浮动力。而第三种，就是我国的永磁悬浮，它利用特殊的永磁材料，不需要任何其他动力支持。 2 磁悬浮技术应用状况及发展 2.1 磁悬浮轴承 磁悬浮轴承与磁悬浮列车是目前国内外研究较多的两类磁悬浮技术产品；而在国外，目前磁悬浮轴承已经开始进入工业应用阶段。我国从20 世纪80 年代开始研究磁悬浮轴承技术，现已取得了一定的研究成果。传统的磁悬浮轴承需要5 个或10 个非接触式位置传感器来检测转子的位移。由于传感器的存在，使磁悬浮轴承系统的轴向尺寸变大、系统的动态性能降低，而且成本高、可靠性低。由于受结构的限制，传感器不能装在磁悬浮轴承的中间，使系统的控制方程相互耦合，导致控制器设计更为复杂。此外，由于传感器的价格较高，导致磁悬浮轴承的售价很高，这大大限制了它在工业上的推广应用。因此，如何降低磁悬浮轴承的价格，一直是国际上的热点研究课题。近几年，结合磁悬浮轴承和无传感器检测两大研究领域的最新研究成果，诞生了一个全新的研究方向，即无传感器的磁悬浮轴承。它不需要设专门的位移传感器，转子的位移是根据电磁线圈上的电流和电压信号而得到的。这类磁悬浮轴承将使转子的轴向尺寸变小、系统的动态性能和磁悬浮轴承的可靠性得到提高；这样磁悬浮轴承的控制器将便于设计，价格也会显著下降。 2.2 磁悬浮列车 对于磁悬浮列车的研究由来已久，其依靠电磁吸力或电磁斥力将列车悬浮于空中并进行导向，实现列车与地面轨道间的无机械接触。按悬浮方式，磁悬浮列车可被分为常导磁吸型和超导排斥型两类。以德国高速常导磁悬浮列车TransRapid 为代表的常导磁吸型利用普通直流电磁铁电磁吸力的原理，由车上常导电流产生电磁引力，吸引轨道下的导磁体，使列车浮起。以日本MagLev 为代表的超导排斥型磁悬浮列车，利用超导磁体产生的强磁场在列车
主动悬架安全控制技术 【引言】主动控制悬架可使汽车乘坐舒适性和操纵安全性同时得到改善。介绍了国内外汽车主动悬架系统的现状及发展,重点介绍了几种常见的控制方法。 简介：悬架系统的主要作用是有效地减缓路面不平而引起的车体振动(乘坐舒适性)以及操纵安全性。随着汽车性能的不断完善与发展,对悬架也提出了更高的要求。为了满足现代汽车对悬架提出的各种性能要求,悬架的结构形式一直在不断地更新和完善,尽管这样,传统的被动悬架依然受到许多限制,主要是难于同时改善在不平路面上高速行驶车辆的稳定性和行驶平顺性,即使采用优化设计也只能保证悬架在特定的激励发生变化后,悬架的性能亦随之发生变化。事实上,被动悬架的潜力在目前已接近极限,为了克服传统的被动悬架对汽车性能改善的限制,近年来,汽车工业中出现的主动悬架成为了一条改善汽车悬架性能的新途径。主动悬架控制系统是一个闭环控制系统，它能根据系统的运动状态和当前的激励情况，主动做出反应来控制系统的振动，在控制过程中，可以根据外界输入。与系统状态的变化实时调节控制系统参数，以获得最好的减振效果。主动悬架通常可分为：有源主动悬架和无源主动悬架两大类。有源主动悬架一般又简称为主动悬架， 主动悬架一般由执行机构和控制决策部分构成。其基本原理是根据被控系统的动态特性，采用由外部输入能量的控制方法使被控系统实现减振。主动悬架系统的执行部分一般包括液压执行机构、动力源等，执行机构上装有控制器，它执行决策部分的命令。一般用力发生器完全地或部分地代替被动悬架中的弹簧和阻尼器。力的大小由控制规律决定。决策部分为一车载微机系统，包含各种传装置、测量仪器和信号反馈处理等系统。微机接收来自传感器的信号，经预定控制程序处理后，由控制器发出命令，决定执行机构所需的动作，从而形成闭环控制。 主动悬架具有如下显著优点： （１）在悬架静扰度较小的前提下，能获得较低的固有频率和动扰度。 （２）悬架的动力学特性，不随汽车的载荷变化而改变。
磁悬浮球控制系统的仿真研究 王玲玲，王宏，梁勇 (海军航空工程学院，山东烟台 264000) 作者简介：王玲玲(1984—)，女，硕士，讲师，主要从事控制技术研究。 本文引用格式：王玲玲，王宏，梁勇.磁悬浮球控制系统的仿真研究[J].兵器装备工程学报，2017(4):122-126. Citation：format:WANG Ling-ling, WANG Hong, LIANG Yong.Simulation and Research of Magnetic Levitation Ball Control System[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(4):122-126. 摘要：针对磁悬浮球系统的本质不稳定性，设计PID控制算法实现系统的稳定控制。建立磁悬浮球系统的动力学模型，并对其中的非线性部分进行平衡点处的线性化，采用根轨迹校正设计超前滞后控制器。最后采用PID控制设计，并使用根轨迹校正中零极点对系统性能影响的思想去调整PID参数，使系统的稳定性、动态性能和稳态性能满足要求。 关键词：磁悬浮球系统；PID；根轨迹法；校正 磁悬浮可以用于实现各种机械结构的高速、无摩擦运转，如高速磁悬浮列车、高速磁悬浮电机、磁悬浮轴承等。尽管磁悬浮的应用领域繁多，系统形式和结构各不相同，但究其本质都具有本质非线性、不确定性、开环不确定性等特征。这些特征增加了对其控制的难度，也正是由于磁悬浮的这些特性，使其更加具有研究价值和意义。本文针对磁悬浮球系统，研究其稳定控制，并使其性能指标满足要求。 1 磁悬浮球控制系统的基本原理 磁悬浮球控制系统主要由铁芯、线圈、光电源、位置传感器、放大及补偿装置、数字控制器和控制对象钢球等部件组成[1]，如图1所示。 当电磁铁上的线圈绕组通电时，位于磁场中的刚体受到电磁力的吸引作用。当产生的电磁力与球体的重力相等时，球体悬浮于空中，处于不稳定的平衡状态，当它受到外界扰动时，易失去平衡。因此，为了使系统稳定，就必须加上反馈环节，实现闭环控制，并设计控制算法，使稳定后的性能满足要求。
磁悬浮离心式冷水机组节能原理 1.采用磁悬浮无油压缩机 磁悬浮离心式冷水机组的核 心部件磁悬浮无油压缩机。磁悬 浮压缩机大致可分为压缩部分、 电机部分、磁悬浮轴承及控制器、 变频控制部分如图1所示。其中 压缩部分由两级离心叶轮和进口 导叶组成，两级叶轮中间预留补气口，可实现中间补气的两级压缩。压缩机采用永磁电机，结合集成在压缩机上的变频器设计，可实现0~48000r／min的宽广转速变化。叶轮直径小，磁悬浮轴承悬浮运转，启动转矩相应减小，结合变频和软启动模块，压缩机启动电流只需２A。磁悬浮轴承及其控制是该型压缩机的核心。 图2 磁悬浮轴承结构示意图 如图2所示，该压缩机设有２组径向和１组轴向磁悬浮轴承，在控制器的控制下，运行过程中可始终保证主轴与轴承座之间有约7μｍ的间隙由于无机械摩擦，相对于传统机组，减少了电机损耗，变频损耗，轴承损耗，轴承损耗。使输出能量损耗只有%，相比传统机组%，磁悬浮离心机组具有明显的节能优势，如图3所示 图1 磁悬浮压缩机图3 磁悬浮机组与其他机组能量损失对比
2.部分负荷优化节能 机组绝大部分时间是在部分负荷下运行的，当机组在部分负荷情况下，压缩机的部分节能优势来自于2个方面；第一是压缩机流量的减少而降低转速；第二是由于蒸发温度的提高和冷凝温度的降低带来的压力比下降从而降低转速。 当环境温度发生变化时，建筑冷负荷也相应变化。若冷水出水温度设定值不变，冷负荷降低。使得相应的冷水回水温度降低，对应的冷机蒸发温度上升。同时负荷小，冷却水进回水温度也会降低，冷凝温度相应降低。综合蒸发温度和冷凝温度变化，不难发现，部分负荷时冷机的工作压力比减小。传统离心机采用进口导叶调节，也只能在一定范围内适应这种压力比变化。只有采用变频技术的离心机才可以通过调节转速以适应压力比的变化。通过降低转速，降低压缩机功耗。而在实际工作中，普通变频离心机由于回油等技术限制，只能在一定范围内进行变频，因此获得的节能效果有限。只有采用磁悬浮变频冷水机组才能根据实际负荷和压力比调节转速，比传统技术的冷水机在部分负荷下表现出了极高的性能，如图4所示。从而获得最大的节能效果。 图4 磁悬浮机组与其他机组性能曲线对比
目录 1引言1 2汽车悬架系统的类型和应用1 2.1被动悬架1 2.2主动悬架2 2.3半主动悬架2 3主动悬架控制系统国内外研究现状2 4汽车悬架的控制策略3 4.1天棚阻尼与开关阻尼控制3 4.2随机线性二次最优控制3 4.3模糊控制4 4.4神经网络控制4 4.5预测控制4 4.6滑模变结构控制5 4.7复合控制5 5控制方法的展望5 5.1注重控制策略的综合运用5 5.2注重汽车其他系统与主动悬架系统的联合控制研究5 5.3注重悬架系统模型的降阶研究6 6结论6 参考文献：6
汽车主动（半主动）悬架控制系统的 研究发展 1引言 汽车主动悬架目前是国内外研究的热点问题，研究的关键技术主要在控制策略的选择上及执行器的研发方面。国外由于成本问题，一些油气主动悬架也仅限用在一些高级轿车上，国内在此方面还处在研发及试验阶段，离主动悬架系统普遍使用在轿车上的时代还较远。 2汽车悬架系统的类型和应用 悬架是车架与车桥之间一切传力装置的总称，它的主要功用是传递作用在车轮和车架之间的力和力矩，缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的振动，以保证汽车能平顺行驶。衡量悬架性能好坏的主要指标是汽车行驶的平顺性; 即乘坐舒适性和操纵稳定性，但这两个方面是相互排斥的性能要求。由于被动悬架的刚度和阻尼系数是固定的，无法根据不同的使用要求自适应地改变，在结构设计上只能是满足平顺性和操纵稳定性之间矛盾的折衷。 为服这个缺陷，国外在五十年代提出了“主动悬架”的概念。主动悬架的特点是能根据外界输入或车辆本身状态的变化进行动态自适应调节。主动悬架包控制单元和力发生器，力发生器的作用下使悬架的特性得到控制，如同改变了悬架的刚度和阻尼系数，其中最关键的是控制算法的优劣。 2.1被动悬架 被动悬架, 由弹性元件和不可变参数的减振器组成, 只能在特定工况下达到最优, 缺少对变载荷、变车速、不可预测路况的适应性。被动悬架是传统的机械结构，由弹簧、减震器和导向机构组成。被动悬架的刚度和阻尼系数均不可调，只能在特定的工况下达到最优减振效果，存在明显的共振峰，难以同时获得良好的乘坐舒适性和操纵稳定性，缺乏灵活性。但被动悬架因结构简单、设计容易和制造方便，且无须额外的能量输入，目前在中低档轿车上应用最为广泛[1]。为了进一步改善被动悬架的减振效果,满足现代汽车对悬架提出的更高的性能要求，在桑塔纳、夏利和赛欧等轿车上加强了通过优化寻找最优悬架参数和对悬架导向机构的研究，采用了带有横向稳定杆的多连杆机构悬架系统，在一定程度上改善了被动悬架减振效果。
基于模拟电路的磁悬浮控制系统 摘要：本文首先简要地介绍磁浮轴承的发展历程和国内外研究、应用状况，接着利用电磁学、电子学和控制理论对磁悬浮的原理进行了分析，建立了系统的数学模型。对电路参数进行分析，设计了基于模拟电路的磁悬浮控制系统。该系统采用电磁永磁混合支持，提高了系统稳定性并降低了系统功耗。 关键词：混合磁悬浮，霍尔传感器 0 引言 人类希望利用磁场力对物体进行无接触支撑的想法由来已久。20世纪初，科学家首次在实验室利用电流的磁效应实现了物体在空中自由悬浮。然而由于磁悬浮技术是一门涉及多种学科的综合性技术，其发展受到了多方面的制约。随着近几十年电子技术、控制工程、信号处理元器件、电磁理论、新型电磁材料及转子动力学的发展，磁悬浮技术才得到了长足的发展。特别是进入上世纪80年代，超导技术首先应用于磁悬浮。超导技术与磁悬浮技术的结合，新材料，新工艺，新器件的出现以及现代控制技术的发展，使电磁悬浮技术趋于成熟，磁悬浮技术有精度高、非接触和消耗能量少等优点。在能源紧张的今天,研究磁悬浮系统具有重要的实际意义。磁悬浮技术不仅可以应用于磁悬浮列车,而且在磁悬浮轴承、磁悬浮飞轮储能、航天器与电磁炮的磁悬浮发射、磁悬浮精密平台、磁悬浮冶炼等方面也有广泛应用。磁悬浮技术有着广阔的商业前景，适合商业应用。例如，磁悬浮可以用于广告牌悬浮、地球仪悬浮，科技展览、沙盘展示（空中楼阁）、悬空高档礼品等。因此，磁悬浮是一种能带动众多高新技术发展的具有广泛前景的应用技术。基于模拟电路的磁悬浮控制系统可以用来研究电磁式磁悬浮固有的开环不稳定性和非线性性。 1 磁悬浮系统的组成及原理分析 磁悬浮旋转装置主要由永磁体、铁芯、线圈、磁场传感器、功率放大器和控制器等组成。其结构如图a所示