發(fā)布時(shí)間：2020-05-31 23:04

【摘要】：磁懸浮技術(shù)具有無接觸、無需潤滑、功耗低等特點(diǎn),可使物體處于無摩擦、無接觸的懸浮狀態(tài),因此,該技術(shù)在磁懸浮列車、支承平臺和精密定位系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。在支承平臺應(yīng)用中,為減小系統(tǒng)功耗,簡化系統(tǒng)的控制機(jī)構(gòu),可引入永磁體來提供系統(tǒng)在垂直方向的承載力。但由于系統(tǒng)承重完全依賴于永磁體,系統(tǒng)穩(wěn)定性依賴于電磁線圈,系統(tǒng)的特殊結(jié)構(gòu)以及二者間過大的氣隙對系統(tǒng)的穩(wěn)定性會造成不利影響。因此,提高系統(tǒng)承載能力和穩(wěn)定性是磁懸浮支承系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的主要研究目標(biāo)。本文以斥力型磁懸浮支承系統(tǒng)為研究對象,分析了系統(tǒng)工作原理,設(shè)計(jì)了系統(tǒng)控制電路,探討了影響懸浮力大小的主要因素,對系統(tǒng)磁體部分參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,完成了系統(tǒng)樣機(jī)設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上,評估分析了系統(tǒng)樣機(jī)的穩(wěn)定性。完成的主要工作和具體內(nèi)容如下:(1)完成了系統(tǒng)控制電路的拓?fù)湓O(shè)計(jì),包括傳感器模塊、懸浮磁體檢測電路和功率驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)。(2)建立了系統(tǒng)磁體部分的3維有限元模型,采用等效電流法計(jì)算了其磁場分布和懸浮磁體的受力,探究了懸浮磁體受力的主要影響因素,在此基礎(chǔ)上,優(yōu)化設(shè)計(jì)了系統(tǒng)磁體,完成了系統(tǒng)樣機(jī)研制。(3)分析了系統(tǒng)樣機(jī)的靜態(tài)特性,采用有限元方法對系統(tǒng)樣機(jī)進(jìn)行了力學(xué)分析,建立了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,評估分析了樣機(jī)懸浮系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性,探討了不同外界干擾、控制參數(shù)和信號飽和現(xiàn)象對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響,最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的控制效果。
【圖文】：

磁懸浮的基本結(jié)構(gòu)和工作原理構(gòu)電磁吸引式磁懸浮支承系統(tǒng)，斥力型磁懸浮支承系統(tǒng)具有體文所涉及到的斥力型磁懸浮支承系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2-1 所1 可知，系統(tǒng)主體部分由永磁體、傳感器、控制系統(tǒng)、電磁線懸浮磁體組成。其中永磁體為一個(gè)軸向充磁的圓環(huán)，其作用是直方向的支承力；電磁線圈的作用是當(dāng)懸浮磁體偏離平衡點(diǎn)力，使其回到平衡點(diǎn)。其中，電磁線圈兩個(gè)為一組共 2 組 4 磁體在 x 方向和 y 方向的位移；控制系統(tǒng)則負(fù)責(zé)控制線圈電用是反映懸浮磁體偏離平衡點(diǎn)的程度，并將懸浮磁體的偏移出。其中懸浮磁體通常為軸向磁化的釹鐵硼磁體。yz永磁體懸浮磁體電磁線圈

懸浮磁體偏離中心點(diǎn)時(shí)，電磁線圈的控制電流將會急劇上升，考慮到系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和功耗等因素，大多數(shù)該結(jié)構(gòu)的斥力型磁懸浮支承系統(tǒng)多采用鐵氧體磁環(huán)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是整體性好，其在圓周上的磁場分布均勻度高，但這種結(jié)構(gòu)也存在著明顯的缺點(diǎn)：首先，由于永磁體是一整塊的，所以其體積偏大、重量偏重的特點(diǎn)較為明顯；其次是如果磁體受損，則通常需要更換整塊磁體，這使得該結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性受到一定的影響。永磁陣列式結(jié)構(gòu)通常采用小尺寸的釹鐵硼永磁體組成磁體陣列，這種結(jié)構(gòu)雖然在永磁陣列圓周上的磁場均勻度遜色于大永磁環(huán)結(jié)構(gòu)，但是結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)使其得到了較多的應(yīng)用。且永磁陣列安裝位置較為靈活，可根據(jù)設(shè)計(jì)要求增減每個(gè)陣列中磁體數(shù)目或改變其位置或尺寸，，這也是大永磁環(huán)結(jié)構(gòu)所不具備的。所以，本次斥力型磁懸浮支承系統(tǒng)電磁部分設(shè)計(jì)最終采用永磁陣列式結(jié)構(gòu)。yz永磁環(huán)懸浮磁體電磁線圈yz懸浮磁體電磁線圈
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM273

【參考文獻(xiàn)】

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1 劉春芳;胡雨薇;;磁懸浮平臺電磁懸浮系統(tǒng)的模糊滑模控制[J];沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2015年06期

2 張維煜;朱q

本文編號：2690596