项目名称: 磁阻式悬浮系统的悬浮特性及混合励磁导向控制

项目编号: No.U1504506

项目类型: 联合基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 电工技术

项目作者: 许孝卓

作者单位: 河南理工大学

项目金额: 27万元

中文摘要: 本项目提出一种利用磁阻力作为悬浮力的新型磁阻式磁悬浮系统(DMS),定子侧无永磁,悬浮力大,成本低,结构简单,在磁浮导轨、机床悬浮支撑、磁悬浮车等领域有广泛应用前景。本项目旨在研究DMS工作机理、拓扑结构,开展DMS非线性磁场建模及静态悬浮特性分析,研究DMS结构尺寸、材料属性等对悬浮力、横向偏置力及悬浮刚度等悬浮性能的影响规律,分析DMS结构及磁体参数异常对系统鲁棒性、悬浮性能的影响。建立三维时步有限元仿真模型,研究DMS系统涡流阻尼效应和不同速度下的动态悬浮特性。探索DMS参数计算、设计的一般方法,开展DMS多目标优化模型和改进粒子群优化算法研究,综合优化DMS整体性能。研究混合励磁导向系统的电磁力解耦控制策略,建立自适应PID电流-位移双闭环控制模型,实现DMS悬浮体的横向稳定和竖向振荡抑制。本项目的成功研究, 将为磁悬浮技术的发展提供新的解决方案,具有重要的科学意义和学术价值。

中文关键词: 磁悬浮系统;磁阻力;悬浮特性;参数优化;混合励磁导向

英文摘要: A novel detent-force-based magnetic suspension system (DMS) is proposed utilizing the force due to magneto-resistance effect between the permanent magnet field and the iron track. DMS has many application prospects in the area of the levitation guiding and the maglev transportation and NC machine suspension support because of its obvious advantages such as stator track side without permanent magnets, low cost and simple structure. The main contents are as follow: The working mechanism, topology and electromagnetic field characteristics of novel DMS maglev system are analyzed. The nonlinear magnetic circuit model is established to analyze suspension characteristic of DMS. The nonlinear magnetic-circuit layer model of stator track yoke is proposed to calculate the iron magnetic permeance considering the magnetic saturation of track yoke. The finite element analysis is employed to verify the influence of the iron saturation on proposed modeling method of magnetic equivalent network. The relationships of levitation performance such as suspension force, lateral bias force, torsion moment and suspension stiffness between the key parameters of lateral air gap, the permanent magnet size, composite track size and track yoke materials, are investigated to find out the functions between the key parameters and suspension performances. The influence of abnormal parameters of magnetic and structure of DMS on the system robustness, suspension performance are analyzed. The multi-object optimal mathematical model of DMS maglev system is established considering the optimization object functions such as maximum suspension force, minimum volume of permanent magnet and minimum cross area of stator iron yoke. An improved particle swarm optimization algorithm is proposed to implement the parameters design and optimization. The electromagnetic decoupling control strategy and adaptive PID closed-loop control model is established to realize stable suspension and vertical oscillation suppression. A small experimental prototype is established to verify the results of theory modeling and simulation. These results are helpful for the engineering applications of DMS and it is of very important theoretical significance and practical value.

英文关键词: Magnetic levitation system;detent force;suspension characteristics;parameter optimization;hybrid excitation guidance

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