摘要：磁悬浮列车是下一代地面绿色交通工具的必然选择,而传统电磁悬浮结构存在悬浮能耗大和发热严重等问题,研究如何有效降低电磁悬浮的能耗问题则显得尤为重要。在传统电磁悬浮结构中引入永磁体能够有效降低列车悬浮功耗,但永磁材料的非线性特性加剧了车辆控制系统的复杂程度,提高了对悬浮控制器精度的要求。以单点混合磁悬浮球作为研究对象,在完善单点混合悬浮球数学模型的基础上,研究基于粒子群优化(PSO)的BP-PID控制算法。以传统单点电磁悬浮球模型为参考,对混合悬浮球系统进行理论模型分析,并简化得出其动力学被控对象。依据该系统的非线性和时滞性特征,设计基于粒子群优化算法的BP-PID控制策略。在仿真环境下,与常见控制算法进行动静态特性对比与分析。研究结果表明:PSO算法有效弥补了BP-PID自身的收敛速度慢、对网络初始权值依赖强及易陷入局部极值的缺陷,PSO-BP-PID控制算法不仅能够提高响应速度、减少超调量,而且在动态性能中也能快速准确跟踪信号,并具备良好的抗扰性和鲁棒性优势。对于磁悬浮技术的学术研究和工程应用具有较好的参考意义,也为磁悬浮技术的工程化推广应用提供了较好的基础算法支撑作用。

摘要：电磁永磁混合悬浮技术比常导磁悬浮技术具有显著的节能优势。然而,由于永磁材料存在非线性特性,且实际工程应用中时常面临扰动突变与磁场变化等现象,因而提高了混合悬浮系统的抗扰动能力与控制精度要求。以单点磁-电混合悬浮球为研究对象,依据单自由度的简化结构,构建混合悬浮球的动力学模型并分析混合悬浮系统处于欠稳定状态。针对混合悬浮球系统的非线性、悬浮精度要求高与悬浮参数摄动等特点,设计基于Levant微分器的自抗扰控制算法,将Levant微分器安排在过渡过程可实现兼顾响应的快速性与滤波能力的同时简化控制器结构,一定程度上降低了调参难度。分析并验证基于Levant微分器的自抗扰控制算法在稳定性、冗余性、适应性和鲁棒性方面的优越性。仿真结果表明:相比于PID算法,基于Levant微分器的自抗扰控制算法可实现在超调量较小的情况下具备较快的响应速度、较强的抗扰动能力、适应性以及鲁棒性,由此为未来实现“永磁材料为基础,电磁控制为手段”的工程实践提供理论基础,进一步促进将自抗扰控制算法实践于混合悬浮技术的工程化应用中。

摘要：永磁磁悬浮(Permanent Magnet Maglev,PMM)是继电磁悬浮和电动悬浮之后提出的一种磁悬浮轨道交通新制式,相对传统轮轨和磁悬浮轨道交通,具有低碳节能、建设成本低、工期短,选线灵活、占地少等优势,为我国构建绿色、智慧城市交通网络提供了一种理想方案。精确平稳的速度跟踪控制是PMM列车全自动驾驶运行过程安全高效的重要保障。在复杂静磁场力和多变环境因素干扰下,传统的列车速度控制方法难以实现PMM列车的精确平稳速度控制。为解决PMM列车在复杂干扰下智能驾驶过程的精确平稳速度跟踪控制问题,提出一种基于参数自整定ADRC的PMM列车速度跟踪鲁棒控制方法。首先建立PMM列车的纵向动力学模型,描述PMM列车运行控制过程的非线性迟滞特性。然后设计一种基于BP神经网络控制参数估计的自抗扰控制器(BP-ADRC),实现列车速度控制过程中ADRC扩张状态观测器的参数自适应调整。最后在Simulink仿真环境中进行PMM列车速度跟踪控制仿真实验,实验得出BP-ADRC控制器的速度跟踪精度比传统的BP-PID和ADRC控制器分别提高20.96%和16.66%,速度跟踪平稳性分别提高19.78%和16.69%。实验结果表明,相比传统的列车速度控制方法,BP-ADRC控制器在提升PMM列车速度跟踪控制精确度和鲁棒性方面具有显著优势,证明了该方法的有效性和可行性。

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。

摘要：地下物流运输体系被视为新一代智慧城市物流配送系统的重要载体,管廊内的货运车辆测速定位方法是该体系的关键技术之一。针对一类永磁悬浮管道物流系统的测速定位难题,设计了一种多普勒雷达与惯性传感器相结合的测速方法;另外,针对多普勒雷达测速数据失常问题,设计一种采用麻雀算法(SSA)和优化极限学习机(ELM)的组合分类模型(SSA-ELM),使用该模型对失常数据进行分类,并对失常数据采用对应的惯性传感器数据进行补偿与矫正。结果表明,SSA-ELM组合分类模型对多普勒雷达测速失常数据的分类正确率达99.69%,且通过补偿后速度积分得到的位移误差降至2.6%,有效提高管廊内车辆测速定位精度,为管道物流系统的安全运行提供可靠保障。

摘要：复杂的拓扑电路系统设计采用大量对称传输线结构,在保障传输性能的条件下传输线的合理布局至关重要。针对高频(5G)信号下对称传输线的传输性能和信号完整性问题,使用HFSS软件建立八层电路板和对称传输线的三维物理模型结构,并结合多导体传输线理论和电磁兼容原理对传输线的数学模型和物理模型进行分析,然后对仿真结果的全局频率均匀采样,计算频点的合格率。仿真结果表明,最佳线间距是三倍线宽,此时信号传输性能分别比一倍与二倍线间距提高了35.59%和12.49%;传输线越短,频点的合格率越高。模型分析和实测验证了仿真结果的正确性。

摘要：在电磁悬浮(EMS)控制系统中,如何实现间隙及间隙微分信号的有效提取是提升系统控制性能的关键问题。针对当前跟踪微分器(TD)存在的综合控制函数形式复杂、参数整定繁琐、输出存在抖振等问题,设计了一种改进的非线性跟踪微分器,旨在提升传感器信号的提取质量。首先通过引入反平方根函数与终端吸引子函数,设计了新型的跟踪微分器。之后应用稳定性理论对改进跟踪微分器的收敛性进行验证,并通过扫频测试进行频域特性分析,明确了该跟踪微分器的参数整定原则。最后进行了闭环控制系统仿真与实物验证,结果表明,ISRU-TD相对于其他3种TD方法在稳态误差方面表现出显著优势。输出位置信号的稳态误差减小了92.58%,相对于ATD减小了18.18%,相对于Fhan-TD减小了42.55%,而与HSTD相比则增加了3.7%。此外,ISRU-TD使输出位置信号的调节时间显著减小,相对于ATD减小了38.68%,相对于Fhan-TD减小了61.99%,相对于HSTD减小了58.06%。表明其具有出色的信号跟踪和噪声抑制能力。

摘要：针对传统的磁悬浮开关磁阻电机(Bearingless Switched Reluctance Motor,BSRM)只能实现转子的两自由度悬浮的问题,设计了一种锥形无轴承开关磁阻电机(Conical Bearingless Switched Reluctance Motor,CBSRM),使其能够实现电机转子在五自由度上的主动悬浮控制。对该电机机理、工作方式作了详细的研究,剖析出电机悬浮力的等效磁路并精确推导了其数学模型。利用ANSYS软件对该电机进行建模及仿真,分析了该电机的电磁特性,包括悬浮特性、转矩特性,以及他们之间相互的耦合。仿真结果表明该电机结构符合机理,能够实现电机五个自由度的主动悬浮控制,并在电机本体上减小了转矩与悬浮力之间的耦合。