基于混合斥力式磁浮平台的研究与设计

来源 :中北大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fighterok
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
磁悬浮技术是一种是集电磁学、电子技术、控制工程等多学科融合的典型机电一体化技术,以其所具有的定位精度高、响应速度快、无摩擦、兼容真空环境等优点,磁悬浮微动定位平台在诸如集成电路、微机电系统加工制造等众多高新技术领域有着极强的应用潜力,一直受到学术界和工业界的广泛关注。进行磁悬浮平台技术的研究,有助于增强各个学科间的交叉与渗透,推动磁悬浮微动平台的开发与应用,具有十分重要的理论和现实意义。本课题基于永磁体之间的被动受力来减少竖直方向上主动控制的设计思路,提出一种新型混合斥力式磁浮平台的结构设计。其特点是由永磁体提供平台的悬浮力,电磁线圈提供水平方向的驱动力,以此减少竖直方向控制,从而减少负责主动悬浮的线圈数量。完成的主要工作和具体内容如下:(1)从机械结构、传感器系统、控制系统及功放系统提出了混合斥力式磁浮平台系统的总体设计方案,同时利用三维有限元仿真软件,对定子和动子的不同结构进行磁场仿真分析。(2)深入研究磁浮平台系统中磁力的非线性特点,基于磁荷模型推导得到磁标量势的解析表达式,对浮子永磁体在磁场中的受力进行精确计算,结果与有限元仿真和实验测量结果相同。针对浮子永磁体在不同悬浮高度处的受力规律进行探究,实现浮子永磁体在竖直方向和水平方向上的力解耦,证明了以被动悬浮力的稳定性来减少竖直方向控制这一策略的可行性。(3)针对浮子永磁体进行动力学建模,设计了能够实现稳定悬浮和移动的闭环控制,建立系统的整体数学模型,通过仿真验证了系统的稳定性。接下来,基于系统的整体设计方案和数学模型,搭建了各个模块的硬件电路拓扑结构,设计了数字控制器,编写了相应的控制算法。最后搭建了实验样机,样机能够实现稳定的静态悬浮,并具有良好的动态移动性能。实验结果验证了基于混合斥力式磁浮平台设计方案的可行性。
其他文献
煤矿井下的环境比较特殊,发生的灾害也较为严重,为了保障矿井下工作人员的生命安全,煤矿井下环境监测系统发挥了重要的作用。现有的环境监测系统的数据主要有CAN总线、RS485总线、无线传输。CAN总线和RS485总线普遍存在交互速率慢、传输距离有限的问题;无线传输会因为巷道内动力线缆产生的电磁干扰发生反复断开的现象,并且还会使无线信号产生较大的衰减和干扰,同时会受到传输距离和传输带宽的限制。因此,本文
学位
随着人们生活节奏的加快和压力的增加,加上人口老龄化趋势日益明显,心脏病等疾病的发病率日渐上升,严重威胁人们的生命健康安全,人们也逐渐重视其自身的健康,对主动监测的医疗设备的需求不断增加。而现有的大多数心电监测系统的功能仅限于心电信号的传输、接收与显示,如果没有专业医护人员的帮助,被测者无法自行了解自身的心脏健康状况。本文将深度学习与心电监测系统相结合,设计了一种基于神经网络的心电智能监测系统,除了
学位
航空发动机热端部件表面温度的测量对航空发动机的升级研发、状态监测以及故障诊断等至关重要。传统的航空发动机温度监测方法不能直观、快速、精准地测量出发动机的温度分布,且无法及时发现发动机运行中出现的异常,不能满足当前的测试需求。为此,本文以航空发动机热端部件表面温度测试技术需求为研究背景,并结合测温系统的需求,按照模块化思想提出并设计了一套基于光纤传输的航空发动机多通道同步温度监测系统,为航空发动机测
学位
侵彻战斗部与目标相互作用过程中,可能会遭遇弹体破裂或装药失效,从而引起毁伤不足或无效打击。针对这一问题,本文在分析战斗部弹体破裂和装药失效机理的基础上,研究了战斗部壳体破裂与装药失效感知技术,旨在借助失效感知信息来起爆战斗部,为实现战斗部最大毁伤起爆控制提供决策信息。本文主要进行了以下几方面的研究:首先,利用数值仿真和理论模型获得战斗部壳体和内部装药两种失效模式的感知依据。采用数值模拟的方法再现了
学位
锂离子电池以储能密度高、充放电次数多、自放电率小等优点成为当前的主流动力电池。荷电状态(State of Charge,SOC)是电池管理系统的关键参数之一,直接影响着动力电池组的使用效率和安全性。由于锂离子电池内部的反应过程是一个高度非线性的动态系统,获得精确的锂电池SOC存在很大挑战性,因此开展SOC估计方法研究具有实际应用价值。论文通过分析常见的锂离子电池模型,以二阶等效电路模型描述电池工作
学位
随着新农业生产模式和新技术的发展,农业采摘机器人逐渐成为农业生产发展的新趋势,通过机器视觉技术对农作物进行自动检测和识别已成为采摘机器人设计的关键技术之一,直接决定了机器人的采摘效果和农场的经济效率。采摘机器人可利用视觉传感器获取农作物的图像信息,通过图像处理算法对农作物的成熟度进行自动检测和识别。FPGA具有高速并行计算能力以及低功耗,结构紧凑的特性,可以满足实时性要求较高的场景,所以本文使用F
学位
随着工业自动化水平的不断提升,单个电机的使用已经不能完全满足高度集成化、智能化系统的使用需求,多电机协调控制技术在各个领域的应用更为普遍。但是系统中同时存在多个电机且需要进行协同控制时,由于电机之间存在跟随误差及电磁干扰等问题,使得多电机系统的控制难度大大增加。本文主要以多电机协调控制系统为研究对象,针对使用传统PID控制时参数调整较为繁复的问题,引入了模糊控制思想,将人的知识经验以语言形式融入控
学位
永磁同步电机具有高功率密度、宽调速范围等优点,在节能与新能源汽车、军用工程装备、高档数控机床等创新和产业化领域中广泛应用。作为工业制造关键核心部件,其功率密度倍增、调速范围拓展、安全性能加强是实现我国高端装备创新、核心技术突破、基础配套能力增强的重要手段之一。本文以内置式永磁同步电机为研究对象,融合模型预测控制方法,开展弱磁调速策略研究,提升电机系统转速,增强控制系统稳定性。首先,详细论述现有驱动
学位
随着经济的快速发展,人们的安全意识在不断提高,同时由于平安城市建设的需要,对视频监控设备的需求在持续增长。视频监控在日常生活中发挥着越来越重要的作用,结合图像处理算法可以实现目标识别和跟踪等功能,而图像预处理技术直接影响着目标识别的准确度和视频监控的质量,有必要进行深入研究。视频监控系统具有低功耗、便携式、速度快和成本低的应用需求,而FPGA具有高速、并行运行、灵活性强的特点,满足视频监控系统的设
学位
可见光通信(VLC)顾名思义就是使用可见光来实现无线通信,主要利用发光二极管(LED)发出的高频闪烁光信号来传输信息。VLC能够同时实现照明与通信的功能,具有通信速率高、绿色安全、频谱资源丰富等优点,被认为是5G通信中射频(RF)技术的补充技术,在室内场景应用中具有广阔的前景。但是加载在LED光源上电压需要落在其线性区域上,否则会造成截止失真或者饱和失真,这大大减少了高速室内VLC系统可以使用的调
学位