文档介绍：同济大学汽车学院
硕士学位论文
磁悬浮数字控制技术研究
姓名:张思远
申请学位级别:硕士
专业:车辆工程
指导教师:沈钢
20090301
摘要目前,我国迫切需要建设、发展与高速客运交通需求相适应的高速轨道交通体系,相比于高速轮轨铁路系统,高速磁浮交通系统有着自己的优势,它拥有较高的经济运行速度,运行无摩擦,行驶噪音低,对环境无污染,非常适合于相距数百公里至一千多公里的交通枢纽之间的大运量快速客运交通。因此,高速磁浮交通系统成为未来中国建设现代大容量高速客运交通系统具有竞争力的重要方案之一。单自由度转臂磁浮系统是研究复杂多自由度磁浮列车系统的前提和基础,本文以单自由度转臂磁浮系统为模型,对磁浮系统的稳定性做了深入研究,求解了模型的状态空间方程,探讨了基于现代控制理论的数字控制技术方案。本课题设计了带有状态观测器的反馈控制系统以实现电磁铁的稳定悬浮性能,使磁铁与轨道梁保持稳定的气隙,并在实验的基础上优化控制参数以及状态观测器参数。制作了中小型单自由度磁浮原理实验台用以将参数更加贴近真实系统。仿真实验证明,基于现代控制理论的控制方法设计方便,易于调整设计参数,控制效果好,尤其在真实磁浮列车多自由度复杂系统下拥有非常明显的优势。关键词:磁悬浮,现代控制理论,单自由度模型,数字控制
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学位论文作者签名:涨邃之洳辍菥撷鸈同济大学学位论文原创性声明研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本学位论文作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师指导下,进行的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的由本人承担。
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第乱研究目的,课题意义国内外现状,发展动态高速磁浮交通系统有着较高的经济运行速度,运转无摩擦,噪音低,使用电力,这在全球燃油紧张、飞机运输越发昂贵的趋势下,磁悬浮非常适合于相距数百公里至一千多公里的交通枢纽之间的大运量快速客运交通,因此,高速磁浮交通系统作为世纪具有竞争力的现代大容量高速客运交通系统,将是中国选择建设大容量客运体系时考虑的重要方案之一。上海已建成了世界上第一条投入商业化运营的线路,今后还要建设浦东机场至虹桥机场、至杭州的高速磁浮线路。然而。从德国全进口的磁浮车辆大大增加了投资成本,磁浮列车国产化的要求因此被排上了议事日程。单自由度转臂磁悬浮系统是研究磁悬浮稳定性,探讨磁悬浮控制策略的基础平台。磁悬浮转臂实验系统结构简单、系统评判容易,在研究磁悬浮现象,实施和验证各种控制算法方面具有重要的作用。此单自由度磁悬浮系统的研究也可以为多自由度磁浮系统的设计与调试提供硬件和软件方面的准备。最传统的磁悬浮控制系统通常为建立在经典控制理论基础上的D獾缏房刂葡低常其结构简单可控性差。后来衍生出基于氖挚刂葡低常饩隽四D獾缏参数调整不方便和硬件结构改变不易等问题;后来随着航天技术机器人技术的不断发展,出现了基于现代控制理论的运用状态空间方程设计的控制器,解决了传统刂撇问ǚ彼觯谐蹈丛佣嘧杂啥却鸥∠低晨刂评训奈侍猓但控制器仍然为模拟电路。本课题运用现代控制理论,求取模型的状态空间方程,通过求取黎卡提方程设计控制器参数,针对模拟电路控制器进行数字化改造,实现数字控制的磁悬浮控制系统。数字控制技术面临的问题是实时性,本课题在调试过程中应用——组件,具有运算速度快,实时性强等特点,能很好满足设计要求。
.判〖际醯男》绞胶涂刂品绞一般而言,磁悬浮可分为以下种饕5男》绞剑绱盼刂菩》绞健这种控制方式利用了导磁材料与电磁铁之间的吸力,几乎绝大部分磁悬浮技术采用该技术。虽然原理上这种吸引力足一种不稳定的力,但通过控制电磁铁电流的大小,可以将悬浮气隙保持在一定数值上。随着现代控制理论的发展和驱动元器件高性能、低价格化,该方式得到了广泛应用。在此基础上也有研究人员提出了把需要大电流励磁的电磁铁部分替换成可控型永久磁铁的方案,并深入的进行了研究和开发工作。该方案可以大幅度的降低励磁损耗,甚至在额定悬浮高度时不需要能量,是一种非常值得注目的新技术。谰么盘饬π》绞健这种控制方式利用永