高温超导与常导混合EMS悬浮车控制系统研究与设计

摘要

磁悬浮列车作为一种新型地面交通工具,已经在实践中得到了成功的应用。传统的EMS型磁悬浮系统在结构上简单可靠,而且在技术上已经相当成熟,但是由于悬浮力全部由电磁铁来提供,因而电流和功耗都很大,而且影响悬浮气隙的进一步增大。为解决这些问题,国内外开始研究混合悬浮系统,比如超导和常导混合悬浮系统,电磁和永磁混合悬浮系统等等。这些混合悬浮系统能够减少悬浮功耗,还可以在载重量不变的情况下适当增加悬浮气隙。本文是在211工程第三期项目基金的资助下,开展高温超导与常导混合EMS悬浮模型车的设计。
　　 本文以高温超导和常导构成的混合磁悬浮系统为对象进行研究,分析和探讨了四点悬浮的实现策略:机械解耦和电气解耦。首先对单磁铁高温超导混合磁悬浮系统的动态模型进行了分析,建立了对象的状态空间模型和传递函数模型。并在分析其能控性的基础上设计了PID控制器并进行了仿真。然后应用模糊控制理论设计了两种模糊控制器,并分别进行了仿真分析。在理论分析可行的前提下,设计了系统硬件平台,包括混合磁铁设计、四象限斩波器设计和基于DSP的控制电路设计。并编写了PID控制程序,混合悬浮系统中各软件功能模块设计包括:初始化模块、控制算法模块、IIR数字滤波模块、A／D数据采集模块、PWM输出控制模块等。悬浮实验结果表明,设计的混合磁悬浮系统是合理的。