• ISSN 0258-2724
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永磁电磁混合Halbach阵列电动悬浮的稳定性控制

罗成 张昆仑 王滢

罗成, 张昆仑, 王滢. 永磁电磁混合Halbach阵列电动悬浮的稳定性控制[J]. 西南交通大学学报, 2022, 57(3): 574-581. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210868
引用本文: 罗成, 张昆仑, 王滢. 永磁电磁混合Halbach阵列电动悬浮的稳定性控制[J]. 西南交通大学学报, 2022, 57(3): 574-581. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210868
LUO Cheng, ZHANG Kunlun, WANG Ying. Stability Control of Electrodynamic Suspension with Permanent Magnet and Electromagnet Hybrid Halbach Array[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2022, 57(3): 574-581. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210868
Citation: LUO Cheng, ZHANG Kunlun, WANG Ying. Stability Control of Electrodynamic Suspension with Permanent Magnet and Electromagnet Hybrid Halbach Array[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2022, 57(3): 574-581. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210868

永磁电磁混合Halbach阵列电动悬浮的稳定性控制

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210868
基金项目: 中央高校基本科研业务费科技创新项目(2682022CX001);国家重点研发计划(2018YFC0809505)
详细信息
    作者简介:

    罗成(1987—),男,实验师,博士,研究方向为电动悬浮,E-mail:luocheng1987.happy@163.com

  • 中图分类号: TM154.1;U266.4

Stability Control of Electrodynamic Suspension with Permanent Magnet and Electromagnet Hybrid Halbach Array

  • 摘要:

    为了研究不同控制方法下永磁电磁混合Halbach阵列的电动悬浮稳定性,首先,利用电磁场理论对系统悬浮力2D解析式进行了推导,并搭建有限元模型对其进行了验证;其次,建立了系统垂向动力学模型,设计了基于气隙反馈的定气隙PID控制器和变气隙PID控制器;最后,仿真分析了系统受到外界扰动时的悬浮气隙及线圈电流波形. 研究结果表明:当系统受到1 mm轨道沉降扰动时,两种控制器均能使系统稳定运行于额定状态,且动态过程一致;当系统受到 ±1000 N扰动力作用时,定气隙PID控制器可使系统稳定悬浮于额定气隙30 mm位置,且稳态线圈电流分别为2.12 A/mm2和 −2.17 A/mm2,变气隙PID控制器则使系统分别稳定悬浮于28.5 mm及31.6 mm位置,且稳态线圈电流均为0.

     

  • 图 1  永磁电磁混合Halbach阵列电动悬浮示意

    Figure 1.  Diagram of PM and electromagnet hybrid Halbach array EDS system

    图 2  2D有限元模型

    Figure 2.  2D FEM

    图 3  悬浮力随运行速度的变化曲线

    Figure 3.  Variation curve of suspension force with running speed

    图 4  定气隙PID控制仿真框图

    Figure 4.  Simulation block diagram of fixed air gap PID control

    图 5  变气隙PID控制仿真框图

    Figure 5.  Simulation block diagram of variable air gap PID control

    图 6  悬浮气隙及线圈电流密度

    Figure 6.  Suspension air gap and coil current density

    图 7  悬浮气隙及线圈电流密度(变气隙)

    Figure 7.  Suspension air gap and coil current density (variable air gap )

    表  1  模型参数

    Table  1.   Model parameters

    参数数值参数数值
    永磁体剩磁 Br/T 1.25 线圈宽度/mm 10
    永磁体横向宽度/mm 200 线圈电流体密度 J/
    ( A•mm−2))
    6
    永磁体长度/mm 80 导体板横向宽度/mm 200
    永磁体高度/mm 100 导体板长度/mm 1600
    一对极模块数 m 4 导体板厚度 d/mm 20
    阵列总长度/mm 800 导体板电导率/
    (S•m−1
    3.8 × 107
    阵列模块数 N 8 气隙 g/mm 30
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-11-09
  • 修回日期:  2022-03-11
  • 刊出日期:  2022-03-17

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