摘要：永磁悬浮技术利用磁体与磁体或铁磁体之间力的作用实现无接触支撑,具有无摩擦、低能耗等显著特点。随着稀土永磁材料的发展,具有高剩磁、高矫顽力、高磁能积的永磁体大幅提高了系统的承载性能,国内外学者相继开展了永磁悬浮技术的研究工作。我国的稀土储量居世界首位,发展永磁悬浮技术具有天然优势和重要意义。首先,明晰了永磁悬浮技术的机理和特点;其次,系统性回顾了永磁被动悬浮和永磁主动悬浮技术的发展历史,并重点阐述了气隙调节式、磁阻调制式、磁源调整式三种永磁主动悬浮系统的磁路结构、悬浮特性及研究现状;再次,分析了磁路设计与优化、磁力精确建模、系统性能与控制方法等技术难点,并提出相应的解决策略;最后,展望了永磁悬浮技术在重力补偿器、轻载微型轴承、低频隔振等领域的未来应用前景及发展趋势。

摘要：为了实现磁悬浮系统的低功耗运行,一种可控磁路式永磁悬浮系统被提出,并基于有限元软件分析了该系统的可行性,建立该系统的动力学模型。针对其强耦合、非线性的特点,为了实现该系统的稳定运行,基于LMI的H_∞鲁棒控制理论,建立了鲁棒控制模型,设计状态反馈γ-次优H_∞鲁棒控制器。采用数值仿真与试验相结合的方式分析验证系统的悬浮特性与控制器效果,结果表明:该系统可以实现稳定的低功耗悬浮运行,可以实现对位移信号的跟踪和对外扰力的抑制;解决由于系统模型参数不确定以及外扰等因素引起的系统不稳定问题,保证了系统的鲁棒性。

摘要：针对永磁悬浮结构的刚性解耦与振动抑制问题,以单自由度永磁悬浮系统为对象,研究弹簧阻尼结构对永磁悬浮系统的动态特性调节机理。将阻尼悬挂的动力学特性引入永磁斥力型悬浮模型中,分析表明弹簧阻尼悬挂并不能直接改善永磁悬浮结构的零阻尼特性。引入并联式混合悬浮结构,构建弹簧阻尼影响下的电磁永磁混合模型,并在电流/间隙双环反馈控制下,改善永磁悬浮结构的动、静态特性,结果表明:弹簧阻尼结构加剧了被控系统模型的复杂程度,但合理的弹簧有利于车辆减振与控制解耦,为进一步考量中小型悬浮架的机械解耦、车辆减振等设计,提供了理论基础和参考依据。

摘要：针对可变磁路式永磁悬浮系统的悬浮力非线性变化的特点,分析系统的刚度特性,提出变刚度控制方法减小系统对外扰作用的敏感度。基于系统力学模型分析了系统结构和控制参数对悬浮刚度的影响,提出了基于悬浮物位移的变刚度控制方法;根据预设的载荷能力和位移变化量,设计参数的变化范围,使系统刚度按设定控制规律发生变化;进行了系统起浮稳定性与系统对外扰敏感度的仿真与实验分析,并与传统PID控制方法进行对比,仿真与实验结果表明:变刚度控制方法能够保证系统稳定起浮,并使外载荷作用时悬浮物的位移变化量减小50%,极大降低了系统对外扰的敏感度,相对于传统PID控制方法其控制特性有较大幅度提高。

摘要：永磁悬浮系统是一种典型的非线性系统,随着导磁体与悬浮物之间的气隙变化,控制特性发生变化,影响系统的稳定性。为防止外界干扰引起系统偏离平衡点时,悬浮物跌落或吸附到导磁体上,提出一种基于气隙变化的防跌落防吸附控制方法。在整个悬浮气隙内选取多点预设悬浮力,基于各设计点预设的悬浮力计算控制参数,并依据插值原理得到完整的防跌落防吸附控制律,有效补偿悬浮物运动时不均匀变化的悬浮力,提高系统的可控性,稳定性和鲁棒性。仿真和实验表明,防跌落防吸附控制方法能缓和冲击,提高防跌落性能,当外扰使气隙变大时悬浮力迅速变大,防止悬浮物跌落,当外扰使气隙变小时悬浮力迅速变小,防止悬浮物吸附于导磁体上。

摘要：可控磁路式永磁悬浮系统具有强非线性、控制难度大等特点。根据该永磁悬浮系统的特点,设计了一种由角度环和位置环组成的串级控制器。利用该控制器对永磁悬浮系统进行位移外扰仿真和实验。实验结果表明应用该串级控制器,系统具有良好的鲁棒稳定性,当给系统一较小阶跃外扰时,系统可以在短时间内跟踪输入位移信号,达到新的稳定悬浮状态。

摘要：为验证永磁悬浮轴承在旋转时能否实现转子的稳定悬浮,将自行设计的新型永磁悬浮轴承应用到透平机和离心式心脏泵中,并利用Hall传感器分别测量二者转子旋转时的偏心距,用速度传感器分别测量二者的旋转速度.发现当转速高于某一临界值(透平机为1 800 ***-1,心脏泵为3 250 ***-1),透平机和心脏泵的转子偏心距均会明显小于转子和定子的间隙0.15 mm,转子脱离了定子并保持了稳定悬浮.结果表明:高速旋转的悬浮体所具有的陀螺效应能够使永磁悬浮转子稳定平衡;在静止或转速很低的情况下,永磁悬浮转子不能保持稳定的旋转;一旦转速超过某一临界值,它就会获得陀螺效应并借此达到5自由度的稳定悬浮.

摘要：根据永磁悬浮磁力驱动装置的磁势周期性变化规律,结合其特有的结构,在保证提供的悬浮力满足实验条件的基础上,以装置中电机轴上的扭矩趋于零作为优化设计的目的,对该永磁悬浮磁力驱动装置进行结构上的优化设计,建立了优化后装置的仿真模型,并采用有限元方法计算不同优化条件下,磁力驱动装置的零功率特性及驱动力特性。对比分析结果表明:经过两次优化设计后的装置与原装置相比,负载转矩明显减小,已经达到了零功率特性优化设计的要求。

摘要：建立了永磁悬浮带式输送机悬浮支撑系统三维模型,对不同磁性输送带形状、永磁体布置形式、永磁体形状、偏载条件下永磁悬浮支撑系统稳定性进行了仿真。结果表明:槽型磁性输送带稳定性优于平型、V型磁性输送带,且承载能力表现最稳定;永磁体采用槽型结构时磁性输送带稳定性和承载能力较好;偏载会加剧磁性输送带的跑偏。为有效解决磁性输送带跑偏问题,设计了一种槽型磁性输送带防跑偏装置,通过在槽型磁性输送带两侧安装辅助辊轮,能进一步提高永磁悬浮带式输送机悬浮支撑系统的稳定性。

摘要：永磁阵列悬浮结构(Magnetic Array Suspension,简称MAS)与管道物流系统相结合,为新型物流运输系统带来了新的机遇,但永磁悬浮结构在实现垂向零功率自稳定悬浮的同时,存在着横向侧偏力的挑战。本文以MAS悬浮结构为研究对象,探索一种能够实现横向可控的电磁阻尼系统结构。首先,在ANSYS有限元仿真环境下探究MAS悬浮机理,分析垂向悬浮力同悬浮间隙的变化关系,及横向侧偏力随横向间隙变化的规律;其次,针对悬浮结构特点,提出了斥力型和吸力型两种电磁导向方案,并研究分析了两种方案下磁场分布特点及磁密走势;最后,在三维模型的基础上,分析并总结了电磁激励、横向间隙与侧偏力的力学关系。仿真结果表明,斥力型方案下,导向力与横向间隙呈近似线性关系,但受MAS永磁体影响,需要初始电流用于抵消永磁吸力;吸力型方案中,导向力与横向间隙呈非线性关系且不受永磁体影响。综合而言,在相同条件下,吸力型方案更加可行,磁能利用率更高,为研究永磁悬浮系统的性能提升和工程应用提供了一种可行的结构设计方案。