课程设计 电磁悬浮系统主动器的设计

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1、电磁悬浮系统主动器的设计摘要：磁悬浮系统是一种典型的非线性的不稳定系统。本文拟采用以str730F（TQFP144）为核心控制单元，实现磁悬浮系统的三闭环控制，使磁悬浮体得以稳定悬浮。Abstract:Amagneticlevitationsystemischaracterizedbyitsinstability,nonlinearity.Thispaperintroducesavariablesystemcontrolledbythreecontrolsystem.Thesystemismajo

2、rindescribingtheresearchanddesignofthemicro-distancemeasurementwhileusingSCMtocontrolanddealwithallthevariable.1.绪论1.1磁悬浮定义磁悬浮是以非机械式接触的電磁力，就是利用磁场产生的磁力克服重力，使支持物体无接触地悬浮于空中的技术。它的主要特点是﹕非机械式接触、无摩擦及可在特殊环境下(真空中)工作等，这些优点使得它有广泛的实际应用。磁悬浮由于噪音小，无污染，无机械接触等优良特性，能消除

3、因摩擦而产生的阻力，延长设备的使用寿命，因而在交通、冶金、机械、电器等各个方面有着广阔的应用前景。近年来，磁悬浮技术在很多领域得到广泛的应用，如磁悬浮列车、主动控制磁悬浮轴承、磁悬浮隔振、风洞实验用的磁悬挂天平等。1.2磁悬浮技术和研究的历史发展磁悬浮的发展也有很长的一段过称。早在上个世纪恩思霍斯（Earnshanws）便发现抗磁物体可以在磁场中自由悬浮，此现象于1939年由布鲁贝克（Braunbeck）进行了严格的理论证明。磁悬浮技术的研究起源于19世纪初，早期的研究主要针对无源（被动）悬浮，但

4、其刚度低，响应速度慢。磁悬浮圆盘是由一位名叫罗伊·哈里根的人于1983年发明并获得专利的。该装置有一个纺锤形的圆盘，圆盘作为旋转体围绕转轴的运动能让磁感线在一定程度上形成一个静态孤岛。旋转起来之后就能悬浮在磁性底座之上。其实对于逆磁性(或反磁性)物体对一切材料均会产生大小不等的斥力。如石墨、超导陶瓷就是逆磁性材料。磁悬浮正是利用静电和电磁的非接触力传递实现的各种悬浮。具体地说：它是在没有机械接触性约束的条件下，使物体在空间处于稳定或似稳定的一种状态。现代而言，国外而言，在日本已建成多条常导和超导型

5、试验铁路。其中大江试验线长1.53km，HSST-100低速磁悬浮列车于1991年的1月开始在该线上进行了为时两年的系统测试和评估，取得令人满意的效果。1997年4月3日建成的山梨试验线长18.4km，进行高速磁悬浮列车的试验运行，试验速度已超过550km/h。2003年在上海，磁悬浮列车是引进德国的技术，在磁悬浮列车T形导轨的上方和伸臂下方分别设反作用板和感应钢板，控制电磁铁的电流，使轨道电磁铁对车厢电磁铁的吸引力与车辆的重力平衡，从而使车厢悬浮于T形导轨面上。利用磁铁异性相吸原理而设计的磁悬浮

6、列车主要是以德国为代表的常规磁铁吸引式悬浮系统——EMS(ElectroMagneticSuspension)系统。所以上海磁悬浮列车是利用异名磁极相互吸引的原理使物体悬浮的。2006年8月ActivePower公司生产的飞轮磁悬浮储能直流电源系统CleanSourceDC可以提供不间断的电源，满足各种应急电力需求。其原理是通过磁力使飞轮悬浮，并将飞轮在真空(无摩擦损耗环境下)高速旋转而产生的动能转化为电能输出，使用户得到稳定、可靠、清洁的应急电力供应，同时无噪音及其他污染物的产生。1.3磁悬浮技

7、术控制方法的发展磁悬浮系统是一种复杂的非线性、不确定性系统。传统的古典控制方法有：PID控制器或相位超前控制器，但对于非线性部分可能无法达到良好的控制效果。事实上，实际的物理系统无法利用一个数学模式来完整描述其运动行为。数学模式无法准确地涵盖非模式化的动态行为、非线性的动态行为以及参数在识别时的误差等等，这些都造成受控系统的不确定性。所以目前国际上有许多学者专家都在研究磁悬浮系统的非线性控制方法。其中有采用自适应控制、鲁棒控制以及人工神经网络控制等，这些控制方法对于解决磁悬浮系统的非线性和不确定性

8、有着很好的效果。具体而言，现在大部分的磁悬浮系统采用的主动控制电磁铁电流方法是由德国Hermankemper教授于1935年提出的，并于1938年研制了一种由轨道下方相吸式模型，气隙采用容性或感性方法检测。1.4磁悬浮技术分类磁悬浮是通过两个物体之间的磁场作用力和反作用力来实现的。从受力方式上可分为吸引式悬浮和斥力式悬浮，而根据实现悬浮的物质一般可以分为常导磁悬浮、超导磁悬浮和永磁体磁悬浮三种。常用的磁悬浮技术大致可以分为两种：电动悬浮（EDS,electro-dynamicsus