电磁发射系统悬浮装置的设计与控制

• 作 者: 赵晶
• 机 构: 东南大学
• 出 处: 东南大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 磁悬浮装置 电磁发射系统 直线感应电机 虚位移法 PID控制 数字控制器

直线推进技术是直线电机应用领域的一个前沿课题，而采用悬浮方式的电磁推进技术又是直线推进技术应用的一个研究热点，可广泛应用于航天、军事以及交通等领域。悬浮装置作为悬浮推进系统的核心部件之一，其设计与控制显得十分重要。本文采用虚位移法计算和有限元分析两种方法设计了一种悬浮装置，用于采用双边直线感应电机的电磁发射系统的平台悬浮，并设计数字控制器对其进行控制。　　
本文首先阐述了课题的研究背景，分析了直线感应电机及悬浮技术的研究现状与发展趋势，选定了悬浮系统的设计方案，采用吸力式悬浮设计，提出了将悬浮装置置于轨道下方的四点平台悬浮总体设计方案。　　
其次，对提出的悬浮装置的设计参数进行了分析计算，基于虚位移法对电磁参数做初步设计；采用有限元分析的方法，并考虑磁性材料的非线性磁化曲线，对初步设计进行验证及修改。然后，多次循环设计流程，优化并改进设计，最终确定设计参数。　　
再次，分析悬浮装置，推导并建立悬浮系统的数学模型，建立其电流和电压的控制模型。根据数学模型以及控制对象的特点设计PID控制器和状态反馈控制器，并对其仿真，提出控制器改进方法。　　
最后，设计了控制系统的软件、硬件部分，用单自由度悬浮实验验证悬浮装置与控制器的设计。实验结果为模型的改进以及控制性能的提高提供依据。