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磁悬浮飞车极限载荷条件下的工作特性研究

李少龙  
【摘要】:磁悬浮飞车装置是基于常规磁悬浮列车悬浮原理的基础上,在结构和控制方面进行简化而得到的实验样机。与磁悬浮列车相比,磁悬浮飞车主要有两个方面的创新:一是利用飞车自身的结构特点,将常规磁悬浮列车的五自由度控制简化为两自由度控制,简化了飞车的结构,降低了控制的难度,提高了可靠性,节约了成本;二是在飞车的驱动装置方面,用空气螺旋桨取代了磁悬浮列车上常用的直线电机,降低了成本,简化了导轨结构,避免了驱动磁场与悬浮磁场之间相互的干扰作用。 本文首先对磁悬浮支承系统的特点和主要应用范围进行了简要介绍,分析了与本文相关的国内外研究现状;其次,对磁悬浮飞车的设计原理、结构特点和控制系统进行了介绍;然后,从能量损耗的角度对磁悬浮飞车的等效摩擦力进行了定义,对于结构尺寸、材料属性都是固定不变的磁悬浮飞车装置而言,在任一速度下,其等效摩擦力的大小仅由线圈电流最大时空气间隙磁场的平均磁感应强度决定;最后,通过实验测定和ANSYS仿真两种方法对磁悬浮飞车在极限载荷条件下的工作特性进行了分析:主要包括承载力的大小和飞车速度的变化对磁悬浮飞车等效摩擦力的影响规律,并对磁悬浮飞车在极限载荷条件下工作时,PID控制的可行性进行了分析。 从结果来看,在接近磁悬浮飞车极限载荷的条件下,随着悬浮载荷和速度的增大,U型铁线圈中的电流也增大,导致空气间隙磁场的增大,使得飞车受到的等效摩擦力也增大;飞车的极限载荷为504N,当飞车的悬浮载荷超过极限载荷时,PID控制对飞车失去作用,系统的稳定性大大降低,外界很小的扰动即可使得飞车因失稳而掉落或吸死在导轨上,无法重新恢复悬浮。因此,在实际工作中,应该避免飞车在极限载荷的条件下工作,以减小飞车的电磁摩擦,提高系统的稳定性。


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