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基于磁通反馈的悬浮控制方法研究及实现

作　者: 张文清
导　师: 常文森；李杰
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 磁悬浮控制 磁通反馈 磁场测量 混合悬浮
分类号: U266.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 21次
引　用: 1次
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内容摘要


磁悬浮控制是磁悬浮列车的关键技术。目前采用的基于电流反馈的悬浮控制方法,参数稳定范围小、超调量大、系统带宽较宽,在系统稳定性能、跟踪性能和抗干扰性能等方面有待进一步提高和改进。采用电流反馈控制方法的系统带宽较宽,容易受到高频信号的干扰,抗干扰能力较弱;同时,系统的低频增益较大又容易引起共振问题。为了克服电流反馈控制方法的这些缺点,考虑到悬浮力是关于磁通密度的单变量函数,本文选取磁通反馈的方法对悬浮系统进行控制。本文围绕着磁通反馈在悬浮控制系统中的应用展开研究,采用理论分析与实验验证相结合的方法,主要进行了以下工作:首先,在对单铁悬浮物理模型进行分析基础之上,将磁通密度作为状态变量,建立了基于磁通的单铁悬浮系统的控制系统模型。然后对控制系统模型进行分析,对比了磁通反馈控制方法和电流反馈控制方法的特点。其次,从磁场测量的原理上分析各种获得磁通方法的特点,通过对磁场测量器件定量分析得到了磁场测量器件的传递函数并引入控制系统,分析各种磁通获得方式对控制系统的影响。再次,在基于磁通反馈的电磁悬浮控制的基础之上,进一步研究了基于磁通反馈方法的电磁永磁混合悬浮控制,建立了混合悬浮单铁的物理模型和数学模型。在模型基础之上讨论了永磁体参数对控制系统的影响,然后对比分析了磁通反馈控制方法和电流反馈控制方法的特点,利用极点配置的方法设计了基于磁通状态反馈控制器,仿真并实验验证了控制器的可行性。最后,搭建了基于磁通反馈控制系统平台,设计了简易的磁通传感器,进行了单铁和转向架的悬浮静态实验和干扰实验,实验验证了磁通反馈方法具有控制参数稳定范围大、超调较小,抗干扰能力强等优点。

全文目录


摘要  10-11
ABSTRACT  11-12
第一章 绪论  12-17
  1.1 磁悬浮列车简介  12-13
  1.2 EMS 型磁浮列车悬浮控制技术的研究情况  13-15
  1.3 论文内容安排  15-17
第二章 基于磁通反馈的单铁模型建立及分析  17-26
  2.1 单铁线性系统模型建立  17-19
  2.2 磁通反馈方法的单铁模型分析  19-20
  2.3 磁通环与电流环特性比较分析  20-22
  2.4 基于磁通反馈方法的串联校正  22-24
  2.5 本章小结  24-26
第三章 磁通获得方式对控制系统影响分析  26-39
  3.1 磁通测量方法分析  26-30
    3.1.1 霍尔原理测量方法分析  26-27
    3.1.2 电磁感应原理测量方法分析  27-29
    3.1.3 电磁感应积分原理测量方法分析  29-30
  3.2 积分饱和特性分析  30-33
    3.2.1 积分饱和的定义及特点  30-31
    3.2.2 积分饱和特性克服  31-33
  3.3 磁通获得方式对控制系统的影响及分析  33-38
    3.3.1 霍尔原理测量磁通方法对控制系统影响及分析  34-35
    3.3.2 电磁感应原理测量磁通方法对控制系统影响及分析  35-37
    3.3.3 电磁感应积分原理测量磁通方法对控制系统影响及分析  37-38
  3.4 本章小节  38-39
第四章 基于磁通反馈方法的混合悬浮控制研究  39-53
  4.1 混合悬浮单铁模型建立  39-42
    4.1.1 混合悬浮单铁物理模型  39-41
    4.1.2 混合悬浮单铁数学模型  41-42
  4.2 永磁体宽度对控制系统的影响  42-47
    4.2.1 磁通环开环增益Cb ( s ) 对控制性能的影响  43-44
    4.2.2 永磁体宽度对控制性能的影响  44-47
  4.3 混合悬浮的磁通反馈方法与电流反馈方法比较  47-49
  4.4 基于磁通状态反馈控制器设计  49-52
  4.5 本章小结  52-53
第五章 磁通反馈控制方法实验  53-65
  5.1 悬浮控制器的系统设计  53-57
    5.1.1 悬浮控制器硬件设计  53-55
    5.1.2 悬浮控制器软件设计  55-57
  5.2 磁通传感器设计  57-61
    5.2.1 磁通传感器介绍  57-58
    5.2.2 简易磁通传感器及信号处理电路设计  58-61
  5.3 磁通反馈控制悬浮实验  61-64
    5.3.1 简易磁通传感器特性分析  61-62
    5.3.2 磁通反馈控制静态悬浮实验  62-63
    5.3.3 磁通反馈控制方波干扰实验  63-64
    5.3.4 磁通反馈控制实验小结  64
  5.4 本章小结  64-65
结束语  65-67
致谢  67-68
参考文献  68-72
作者在攻读硕士学位期间发表的论文  72

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中图分类: > 交通运输 > 铁路运输 > 机车工程 > 动车、动车组（动力列车） > 非轮轨系机车，磁浮、气浮动车
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