基于Ansys的磁悬浮平台仿真研究开题报告

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1、毕业设计（论文）开题报告学院机电工程与自动化学院专业电气工程及其自动化指导教师课题名称基于Ansys的磁悬浮平台仿真研究课题来源自拟（课题的立题依据及研究意义〉本课题研究的磁悬浮平台是磁悬浮技术研究领域里的热点之一。磁悬浮平台技术是一种综合了电磁学、控制理论及电力电子技术等众多领域的交叉学科技术，具有无接触、无摩擦、无噪声、长寿命、结构新颖等优势，因而在航空航天、微电子制造、精密定位、微细加工等众多领域得到了广泛发展和应用，也在磁悬浮技术研究领域中获得了越来越广泛的关注［1］［2］。本课题的研究内容主要包括：熟悉并了解磁悬浮平台的原理和控制理论，熟练掌握A

2、nsys有限元仿真建模和电磁场分析方法，针对磁悬浮平台进行电磁场分析和原理验证的仿真实验。（课题研究领域的发展现状及可能的发展方向〉发展现状：磁悬浮平台技术是一种综合了电磁学、控制理论及电力电子技术等众多领域的交叉学科技术，具有无接触、无摩擦、无噪声、长寿命、结构新颖等优势［3］。因而在航空航天、微电子制造、精密定位、微细加工等众多领域得到了广泛发展和应用。磁悬浮平台的发展阶段主要分为三个方面：第一代磁悬浮技术，也称为吸力型磁悬浮技术，是靠磁性材料之间的吸引力克服物体的重力使其悬浮；第二代磁悬浮技术，也称为斥力型磁悬浮技术，是靠磁性材料Z间的斥力克服物体的

3、重力使其悬浮；第三代磁悬浮技术，也称为混合型磁悬浮技术，磁性材料之间既有吸引力也有斥力，二者相互作用克服重力使其悬浮。磁悬浮技术的研究源于德国，它利用磁力使物体悬浮起来，满足机械运动装置高速、低磨损、低能耗的需要，并提高振动控制水平。磁悬浮技术集成了电磁学、电子技术、控制工程、机械动力学等多学科的知识。早期的磁悬浮技术研究非常缓慢，20世纪60年代以来，由于控制理论的飞速发展、数字控制技术的引入以及电子技术和磁性材料技术的发展，使得磁悬浮技术的研究取得了很大进展。其在工程上的成熟应用是磁悬浮轴承［4］和磁悬浮列车［5］。磁悬浮列车根据悬浮原理的不同分为常导

4、型和超导型两大类。前者以德国高速常导磁浮列车Transrapid为代表，后者以日本磁悬浮列车为代表。磁悬浮轴承大体分为传统的磁悬浮轴承（需要位置传感器）和无传感器的磁悬浮轴承。我国从20世纪80年代初开始了磁悬浮技术的基础研究。目前，利用磁悬浮技术的磁悬浮装置主要有吸力型和斥力型，两者都是通过霍尔传感器检测磁密的大小来间接反映出悬浮磁体的偏移，来改变线圈中电流大小，从而达到控制悬浮磁场强弱的冃的，使得悬浮物所受磁拉力与重力达到平衡，实现悬浮。吸力型的线圈位于悬浮物上方且两者之间的作用力为吸力，但由于悬浮物的磁拉力完全由线圈提供，导致系统功率、体积都偏大。斥

5、力型的线圈则位于悬浮物的下方。无论是吸力型或是斥力型，常用的控制都是基于普通PID控制，普通PID会引起微分振荡问题，导致系统稳定性和动态性能不佳［6］。按作用力可大致分为2类［7］［8］:第一类中悬浮力和推力由不同部件分别完成，这直接从机械结构上实现了悬浮力和推力间的解耦，控制较为简单，但是机械结构复杂，要求加工精度很高，工艺复杂；第二类屮悬浮力和推力由同一部件提供，该种结构下，悬浮力与水平驱动力之间存在强烈的非线性耦合，控制较为复杂，但是机械结构简单，对加工精度要求不高，是未来的发展趋势。按磁悬浮定位平台的运动维度又可分为：一维、二维和三维的磁悬浮平台

6、［9］。其屮一维磁悬浮平台多是应用在直线电机屮，其动子部件釆用磁轴承式结构或是导轨式结构实现磁浮支撑,其中导轨式有U型和V型，；二维磁悬浮定位平台(也称为磁悬浮平面电机)的运用较为广泛，采用z向磁浮支撑加平面电机可实现平面定位运动(x、y和Rz);三维磁悬浮平台可实现空间(6个自由度)定位运动。课题研究现状及发展趋势根据电机加载电流的不同，磁悬浮定位平台可分为直流型和交流型。直流型优点是可控性好但效率低，交流型优点是效率高但控制复杂。目前国内外基本上是采用Halbach阵列的交流驱动和单向磁场的直流驱动这两种方式。肓流控制采用单向磁场，其磁场强度和磁场利用

7、率一般都比交流控制使用的Halbach阵列要低，但是它继承直流电机良好的调速性能，从而提高平面运动的控制效果。而采用Halbach阵列的平面电机其控制要复杂得多，交流伺服总比直流伺服难以控制，即使采用了矢量变换技术也一样。发展趋势：冃前，国内外对磁悬浮的研究主要集屮在高速磁悬浮列车、悬浮轴承和微机电系统装备方面。为了使磁悬浮定位平台技术得到广泛应用，还需要在以下儿个方面进一步开展研究工作：(1)新型磁悬浮平台的结构设计与优化。磁悬浮平台的结构参数对系统的解耦有很大影响，设计磁悬浮平台时，应在满足实际要求的前提下尽量对结构参数进行优化，以减小系统各自由度Z间

8、的耦合，从而使系统更精确、更容易控制。(2)磁悬浮平台是一个强耦合