磁悬浮原理

磁悬浮原理

磁悬浮列车是一种采用无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统的磁悬浮高速列车系统。它的时速可达到500公里以上，是当今世界最快的地面客运交通工具，有速度快、爬坡能力强、能耗低运行时噪音小、安全舒适、不燃油，污染少等优点。并且它采用采用高架方式，占用的耕地很少。磁悬浮列车意味着这些火车利用磁的基本原理悬浮在导轨上来代替旧的钢轮和轨道列车。磁悬浮技术利用电磁力将整个列车车厢托起，摆脱了讨厌的摩擦力和令人不快的锵锵声，实现与地面无接触、无燃料的快速“飞行”。

稍有物理知识的人都知道：把两块磁铁相同的一极靠近，它们就相互排斥，反之，把相反的一极靠近，它们就互相吸引。托起磁悬浮列车的，那似乎神秘的悬浮之力，其实就是这两种吸引力与排斥力。

应用准确的定义来说，磁悬浮列车实际上是依靠电磁吸力或电动斥力将列车悬浮于空中并进行导向，实现列车与地面轨道间的无机械接触，再利用线性电机驱动列车运行。虽然磁悬浮列车仍然属于陆上有轨交通运输系统，并保留了轨道、道岔和车辆转向架及悬挂系统等许多传统机车车辆的特点，但由于列车在牵引运行时与轨道之间无机械接触，因此从根本上克服了传统列车轮轨粘着限制、机械噪声和磨损等问题，所以它也许会成为人们梦寐以求的理想陆上交通工具。

根据吸引力和排斥力的基本原理，国际上磁悬浮列车有两个发展方向。一个是以德国为代表的常规磁铁吸引式悬浮系统－－EMS系统，利用常规的电磁铁与一般铁性物质相吸引的基本原理，把列车吸引上来，悬空运行，悬浮的气隙较小，一般为10毫米左右。常导型高速磁悬浮列车的速度可达每小时400-500公里，适合于城市间的长距离快速运输；另一个是以日本的为代表的排斥式悬浮系统－－EDS系统，它使用超导的磁悬浮原理，使车轮和钢轨之间产生排斥力，使列车悬空运行，这种磁悬浮列车的悬浮气隙较大，一般为100毫米左右，速度可达每小时500公里以上。这两个国家都坚定地认为自己国家的系统是最好的，都在把各自的技术推向实用化阶段。估计到下一个? 磁悬浮的构想是由德国工程师赫尔曼?肯佩尔于１９２２年首先提出的。磁悬浮列车包含有两项基本技术，一项是使列车悬浮起来的电磁系统，另一项是用于牵引的直线电动机。

直线电动机的原理早在１８世纪末就已经出现，形象地说，是把圆形旋转电机剖开并展成直线型的电机结构。它依靠铺在线路上的长定子线圈极性交错变化的电磁场，根据同极相斥异极相吸的原理进行牵引。

在肯佩尔的主持下，经过漫长的研究，德国于１９７１年造出了世界上第一台功能较强的磁悬浮列车。

磁悬浮列车按悬浮方式又分为常导型及超导型两种。常导磁悬浮列车由车上常导电流产生电磁吸引力，吸引轨道下方的导磁体，使列车浮起。常导型技术比较简单，由于产生的电磁吸引力相对较小，列车悬

浮高度只有８到１０毫米。这种车以德国的ＴＲ型磁悬浮列车为代

表。

超导磁悬浮列车由车上强大的超导电流产生极强的电磁场，可使列车

悬浮高达１００毫米。超导技术相当复杂，并需屏蔽发散的强磁场。

这种车以日本山梨线的ＭＬＸ型车为代表。

2007-05-04 10:59

要以最快的速度从一个地方去到数百公里，甚至数千公里以外的地方，一般人都会选择乘搭飞机。可是，在不久的将来，一种新的交通工具将会带领人们以高速于城市之间穿梭。

目前为止，一般的子弹火车能以 200 km/h 的速度前进。由于火车与路轨之间的磨擦力限制了火车的最高速度，所以人们便开始研究能悬浮于路轨之上的火车，于是便有磁浮火车的出现了。

顾名思义，磁浮火车是利用磁力使火车悬浮于路轨之上。磁浮火车经常被称为MagLev，即 Magnetically Levitated train 的简写。但是，利用一般的磁铁并不能把火车稳定地浮起。要是你将两块磁铁的北极相对，你会发现无法使一块磁铁稳定地浮在另一块上 (图一)。所以，要把火车浮起并不如想象中般简单。

真正磁浮火车是如何浮起来的？目前，磁浮火车还在试验阶段。德国科学家设计了一个名为 Transrapid 的系统，利用了「电磁力悬浮法」(EMS) 把火车浮起 (图二)。在这个系统中，火车的底部包着一条导轨，在火车底部起落架的电磁铁向着导轨，磁力使火车悬浮在导轨之上约一厘米，即使在静止的时候，火车仍然保持浮起。其它导引磁铁则能使火车在行使时保持稳定。

日本的科学家则利用了「电动力悬浮法」(EDS) 把火车浮起。还记得甚么是「电磁感应」吗？当磁铁在导体附近移动，导体内的磁场会因而改变 (图三)，并感应出电流。感应电流又能产生磁场，根据楞次定律，这样产生出来的磁场总是倾向于抗拒引起这个感应的改变。「电动力悬浮法」应用了电磁感应的原理。图四(a)显示了这种磁浮火车的原理。火车在导槽内行走，槽的两边安有一系列 "8" 字形的线圈。当一辆列车快速驶过时，车两边的超导磁铁便会在线圈上感应出电流。巧妙的是，超导磁铁在 "8" 字形的线圈中心以下经过，因此 "8" 字形线圈下半部的磁通量改变比上半部大，感应出如图四(b)所示的电流，产生磁力。"8" 字形线圈下半部的磁极与超导磁铁的磁极相同，上半部则与之相反，结果是这两部分的线圈对超导磁铁产生的磁力，都有一个向上的分力，把列车悬浮起来。由于 "8" 字形线圈只有在超导磁铁运动时才能感应出电流并产生磁性，因此当火车静止的时候，便不能浮起。所以，火车在启动时会首先靠轮子来滑行，直到产生的磁力足以承托火车的重量，才将轮子收起来，就好像飞机起飞一样。

那么，磁浮火车是怎样被推动的？它的基本原理很简单。以日本的磁浮火车为例。移动的列车带同超导磁铁在导槽两边的线圈感应出电流，根据这些讯息，系统便会把交流电输入导槽两边的推进线圈，产生南北梅花间竹的磁极 (图五)，对超导磁铁造成拉力和推力，使列车加速。

磁浮火车能悬浮在路轨上行驶，免除了火车与路轨之间的磨擦力，故能以高速飞驰。估计未来的磁浮火车能以高达 500 km/h 的速度行驶，比现在最快的火车速度要高一倍。此外，磁浮火车非常宁静。德国农民在磁浮火车路轨附近工作，几乎察觉不到有火车经过呢！但磁浮火车有一个缺点，就是建造导轨的费用昂贵。磁浮火车只能在这些导轨上走，大大限制了它的发展。估计未来的铁路发展，仍会以传统火车为主。

值得中国人民兴奋的是，世界上第一条商用的磁浮铁路将于 2003 年于中国面世。这个计划耗资 26 亿元人民币。到时 Transrapid 磁浮火车将会带领人们以 200 km/h 的高速穿梭于上海市中心和浦东国际机场之间，整个旅程只需 10分钟

磁悬浮的原理

磁悬浮的原理 转子、传感器、控制器、执行器 磁悬浮列车的原理。 1.磁悬浮列车的原理并不深奥。它是运用磁铁“同性相斥，异性相吸”的性质，使磁铁具有抗拒地心引力的能力，即“磁性悬浮”。科学家将“磁性悬浮”这种原理运用在铁路运输系统上，使列车完全脱离轨道而悬浮行驶，成为“无轮”列车，时速可达几百公里以上。这就是所谓的“磁悬浮列车”，亦称之为“磁垫车”。 由于磁铁有同性相斥和异性相吸两种形式，故磁悬浮列车也有两种相应的形式：一种是利用磁铁同性相斥原理而设计的电磁运行系统的磁悬浮列车，它利用车上超导体电磁铁形成的磁场与轨道上线圈形成的磁场之间所产生的相斥力，使车体悬浮运行的铁路；另一种则是利用磁铁异性相吸原理而设计的电动力运行系统的磁悬浮列车，它是在车体底部及两侧倒转向上的顶部安装磁铁，在T形导轨的上方和伸臂部分下方分别设反作用板和感应钢板，控制电磁铁的电流，使电磁铁和导轨间保持10—15毫米的间隙，并使导轨钢板的吸引力与车辆的重力平衡，从而使车体悬浮于车道的导轨面上运行。 磁悬浮列车与当今的高速列车相比，具有许多无可比拟的优点： 由于磁悬浮列车是轨道上行驶，导轨与机车之间不存在任何实际的接触，成为“无轮”状态，故其几乎没有轮、轨之间的摩察，时速高达几百公里； 磁悬浮列车可靠性大、维修简便、成本低，其能源消耗仅是汽车的一半、飞机的四分之一； 噪音小，当磁悬浮列车时速达300公里以上时，噪声只有656分贝，仅相当于一个人大声地说话，比汽车驶过的声音还小；由于它以电为动力，在轨道沿线不会排放废气，无污染，是一种名副其实的绿色交通工具，上海磁悬浮列车的最高时速430公里/小时，平均时速222公里/小时。 =重要部分。 2.自1825年世界上第一条标准轨铁路出现以来，轮轨火车一直是人们出行的交通工具。然而，随着火车速度的提高，轮子和钢轨之间产生的猛烈冲击引起列车的强烈震动，发出很强的噪音，从而使乘客感到不舒服。由于列车行驶速度愈高，阻力就愈大。所以，当火车行驶速度超过每小时300公里时，就很难再提速了。 如果能够使火车从铁轨上浮起来，消除了火车车轮与铁轨之间的摩擦，就能大幅度地提高火车的速度。但如何使火车从铁轨上浮起来呢？科学家想到了两种解决方法：一种是气浮法，即使火车向铁轨地面大量喷气而利用其反作用力把火车浮起；另一种是磁浮法，即利用两个同名磁极之间的磁斥力或两个异名磁极之间磁吸力使火车从铁轨上浮起来。在陆地上使用气浮法不但会激扬起大量尘土，而且会产生很大的噪音，会对环境造成很大的污染，因而不宜采用。这就使磁悬浮火车成为研究和试验的的主要方法。

磁悬浮技术原理

磁悬浮技术原理 磁悬浮技术原理 空间电磁悬浮技术简介随着航天事业的发展，模拟微重力环境下的空间悬浮技术已成为进行相关高科技研究的重要手段。目前的悬浮技术主要包括电磁悬浮、光悬浮、声悬浮、气流悬浮、静电悬浮、粒子束悬浮等，其中电磁悬浮技术比较成熟。电磁悬浮技术（electromagnetic levitation )简称EML技术。它的主要原理是利用高频电磁场在金属表面产生的涡流来实现对金属球的悬浮。 目录 起源 概述 空间电磁悬浮技术 发展历史 国际 中国 中国磁悬浮技术 原理 应用 前景 磁悬浮列车 磁悬浮列车的优点 磁悬浮列车的缺点 起源 概述 空间电磁悬浮技术 发展历史 国际 中国 中国磁悬浮技术 原理 应用 前景 磁悬浮列车 磁悬浮列车的优点 磁悬浮列车的缺点

展开 编辑本段起源 磁悬浮技术的研究源于德国，早在1922年德国工程师赫尔曼·肯佩尔就提出了电磁悬浮原理，并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。1970年代以后，随着世界工业化国家经济实力的不断加强，为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要，德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。 编辑本段概述 利用磁力使物体处于无接触悬浮状态的设想是人类一个古老的梦。但实现起来并不容易。因为磁悬浮技术是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学为一体的典型的机电一体化技术(高新技术)。随着电子技术、控制工程、信号处理元器件、电磁理论及新型电磁材料的发展和转子动力学的进展，磁悬浮技术得到了长足的发展。 磁悬浮列车原理示意图 . 目前（2009年）国内外研究的热点是磁悬浮轴承和磁悬浮列车，而应用最广泛的是磁悬浮轴承。它的无接触、无摩擦、使用寿命长、不用润滑以及高精度等特殊的优点引起世界各国科学界的特别关注，国内外学者和企业界人士都对其倾注了极大的兴趣和研究热情。编辑本段空间电磁悬浮技术 随着航天事业的发展，模拟微重力环境下的空间悬浮技术已成为进行相关高科技研究的重要手段。目前的悬浮技术主要包括电磁悬浮、光悬浮、声悬浮、气流悬浮、静电悬浮、粒子束悬浮等，其中电磁悬浮技术比较成熟。 电磁悬浮技术（electromagnetic levitation )简称EML技术。它的主要原理是利用高频电磁场在金属表面产生的涡流来实现对金属球的悬浮。 磁悬浮列车工作示意图 将一个金属样品放置在通有高频电流的线圈上时，高频电磁场会在金属材料表面产生一高频涡流，这一高频涡流与外磁场相互作用，使金属样品受到一个洛沦兹力的作用。在合适的空间配制下，可使洛沦兹力的方向与重力方向相反，通过改变高频源的功率使电磁力与重力相

磁悬浮原理及控制

magnetic suspension technique 本文介绍磁悬浮主轴系统的组成及工作原理，提出了一种在常规PID基础上的智能PID控制器的新型数字控制器设计。其核心部件是TI公司的TMS320LF2407A，设计了五自由度磁悬浮主轴系统的硬件总体框图。用C2000作为开发平台，设计在常规PID基础上的智能PID控制器。理论分析结果表明：这种智能PID控制器能实现更好控制效果，达到更高的控制精度要求。1 引言 主动磁悬浮轴承(AMB，以下简称磁轴承)是集众多门学科于一体的，最能体现机电一体化的产品。磁悬浮轴承与传统的轴承相比具有以下优点：无接触、无摩擦、高速度、高精度。传统轴承使用时间长后，磨损严重，必须更换，对油润滑的轴承使用寿命会延长、但时间久了不可避免会出现漏油情况，对环境造成影响，这一点对磁悬浮轴承就可以避免，它可以说是一种环保型的产品。而且磁轴承不仅具有研究意义，还具有很广阔的应用空间：航空航天、交通、医疗、机械加工等领域。国外已有不少应用实例。 磁悬浮轴承系统是由以下五部分组成：控制器、转子、电磁铁、传感器和功率放大器。其中最为关键的部件就是控制器。控制器的性能基本上决定了整个磁悬浮轴承系统的性能。控制器的控制规律决定了磁轴承系统的动态性能以及刚度、阻尼和稳定性。控制器又分为两种：模拟控制器和数字控制器。虽然国内目前广泛采用的模拟控制器虽然在一定程度上满足了系统的稳定性，但模拟控制器与数字控制器相比有以下不足：(一)调节不方便、(二)难以实现复杂的控制、(三)不能同时实现两个及两个以上自由度的控制、(四)互换性差，即不同的磁悬浮轴承必须有相对应的控制器、(五)功耗大、体积大等。磁轴承要得到广泛的应用，模拟控制器的在线调节性能差不能不说是其原因之一，因此，数字化方向是磁轴承的发展趋势。同时，要实现磁轴承系统的智能化，显然模拟控制器是难以满足这方面的要求。因此从提高磁轴承性能、可靠性、增强控制器的柔性和减小体积、功耗和今后往网络化、智能化方向发展等角度，必须实现控制器数字化。近三十年来控制理论得到飞速发展并取得了广泛应用。磁悬浮轴承控制器的控制规律研究在近些年也取得了显著的进展，目前国外涉及到的控制规律有：常规PID和PD控制、自适应控制、H∞控制等，国内涉及到的控制规律主要是常规PID及PD控制和H∞控制，但H∞控制成功应用于磁悬浮轴承系统中的相关信息还未见报道。 从当前国内外发展情况来看，国外的研究状况和产品化方面都领先国内很多年。国外已有专门的磁悬浮轴承公司和磁悬浮研究中心从事这方面的研发和应用方面工作，如SKF公司、NASA等。其中SKF公司的磁轴承的控制器所用控制规律为自适应控制，其产品适用的范围：承载力50～2500N、转速1,800～100,000r/min，工作温度低于220℃。NASA是美国航天局，他们开展磁悬浮研究已有几十年，主要用于航天上，研究领域包括火箭发动机和磁悬浮轨道推进系统(2002年9月已完成在磁悬浮轨道上加2g加速度下可使火箭的初始发射速度达到643～965km/h 。目前国内还没有一家磁悬浮轴承公司，要赶上国外磁悬浮轴承发展水平，必须加大人力、物力等方面的投入。国内对磁悬浮轴承控制器的控制规律研究起步较晚，当前使用较多的都是常规PID和PD控制，实际电路中也有使用PIDD的。控制精度相对来说不是很高，而且每个系统都必须对应相应的KP，KI，KD，调节起来很麻烦，使用者同样会觉得很不方便。为了使磁悬浮轴承产品化，必须解决上述问题，任何人都能很方便的使用，必须把它做成象“傻瓜型设备一样的产品”，这就得首先解决控制器的问题。解决此问题就是使控制器智能化。智能化的内容包括硬件的智能化和软件的智能化。本文仅讨论控制器在控制算法方面的智能化问题以及实现手段，可为最终解决磁悬浮轴承智能化奠定

磁悬浮离心式冷水机组节能原理

磁悬浮离心式冷水机组节能原理 1.采用磁悬浮无油压缩机 磁悬浮离心式冷水机组的核 心部件磁悬浮无油压缩机。磁悬 浮压缩机大致可分为压缩部分、 电机部分、磁悬浮轴承及控制器、 变频控制部分如图1所示。其中 压缩部分由两级离心叶轮和进口 导叶组成，两级叶轮中间预留补气口，可实现中间补气的两级压缩。压缩机采用永磁电机，结合集成在压缩机上的变频器设计，可实现0~48000r／min的宽广转速变化。叶轮直径小，磁悬浮轴承悬浮运转，启动转矩相应减小，结合变频和软启动模块，压缩机启动电流只需２A。磁悬浮轴承及其控制是该型压缩机的核心。 图2 磁悬浮轴承结构示意图 如图2所示，该压缩机设有２组径向和１组轴向磁悬浮轴承，在控制器的控制下，运行过程中可始终保证主轴与轴承座之间有约7μｍ的间隙由于无机械摩擦，相对于传统机组，减少了电机损耗，变频损耗，轴承损耗，轴承损耗。使输出能量损耗只有%，相比传统机组%，磁悬浮离心机组具有明显的节能优势，如图3所示 图1 磁悬浮压缩机图3 磁悬浮机组与其他机组能量损失对比

2.部分负荷优化节能 机组绝大部分时间是在部分负荷下运行的，当机组在部分负荷情况下，压缩机的部分节能优势来自于2个方面；第一是压缩机流量的减少而降低转速；第二是由于蒸发温度的提高和冷凝温度的降低带来的压力比下降从而降低转速。 当环境温度发生变化时，建筑冷负荷也相应变化。若冷水出水温度设定值不变，冷负荷降低。使得相应的冷水回水温度降低，对应的冷机蒸发温度上升。同时负荷小，冷却水进回水温度也会降低，冷凝温度相应降低。综合蒸发温度和冷凝温度变化，不难发现，部分负荷时冷机的工作压力比减小。传统离心机采用进口导叶调节，也只能在一定范围内适应这种压力比变化。只有采用变频技术的离心机才可以通过调节转速以适应压力比的变化。通过降低转速，降低压缩机功耗。而在实际工作中，普通变频离心机由于回油等技术限制，只能在一定范围内进行变频，因此获得的节能效果有限。只有采用磁悬浮变频冷水机组才能根据实际负荷和压力比调节转速，比传统技术的冷水机在部分负荷下表现出了极高的性能，如图4所示。从而获得最大的节能效果。 图4 磁悬浮机组与其他机组性能曲线对比

磁悬浮列车原理

第九篇磁悬浮列车原理 §9.1磁悬浮列车综述 你一定听说过磁悬浮列车吧，最近它的上镜率可是居高不下，大家都在密切地关注着它的发展态势。我们一直都在盼望着火车的提速，可经过几轮的努力，却总是达不到心中理想的标准，如果你家住在西安，距北京1000多公里，原先回家要17个小时，现在要14个小时，唉，只减少了区区3个小时，还要有难熬的一宿呀！可是你知道吗？普通磁悬浮列车的时速就可以达到500公里/小时，那么，回家就只需要不到3个小时，跟飞机差不多了！ 其实，在本世纪五、六十年代，铁路曾经被认为是一个夕阳运输产业。因为面对航空、高速公路等运输对手的强劲挑战，它蜗牛般的爬行速度，已越来越不适应现代工业社会物流和人流的快速流动需要了。但七十年代以来，特别是近几年，随着铁路高速化成为世界的热点和重点，铁路重新赢回了它在各国交通运输格局中举足轻重的地位。法国、日本、俄国、美国等国家列车时速由200公里向300公里飞速发展。据1995年举行的国际铁路会议预测，到本世纪末，德国、日本、法国等国家的高速铁路运营时速将达到360公里。 但要使列车在如此高的速度下持续行驶，传统的车轮加钢轨组成的系统，已经无能为力了。这是因为传统的轮轨粘着式铁路，是利用车轮与钢轨之间的粘着力使列车前进的。它的粘着系数随列车速度的增加而减小，走行阻力却随列车速度的增加而增加，当车速增至粘着系数曲线和走行阻力曲线的交点时，就达到了极限。据科研人员推算，普通轮轨列车最大时速为350-400公里左右。如果考虑到噪音、震动、车轮和钢轨磨损等因素，实际速度不可能达到最大时速。所以，欧洲、日本现在正运行的高速列车，在速度上已没有多大潜力。要进一步提高速度，必须转向新的技术，这就是超常规的列车－－磁悬浮列车。 尽管我们还将磁悬浮列车的轨道称为"铁路"，但这两个字已经不够贴切了。

磁悬浮原理

[转载]磁悬浮原理

磁悬浮转子真空计工作原理图 时间:2008-09-16 来源:真空技术网整理编辑:真空技术网 根据磁悬浮转子转速的衰减与其周围气体分子的外摩擦有关的原理制成的真空测量仪表称为磁悬浮转子真空计。 图22：磁悬浮转子真空计结构图 由图22可见，除了用于磁悬浮转子的螺旋线圈2外，在真空室下边还设置一敏感线圈5，通过伺服电路控制螺旋线圈2的电流，使转子悬浮在预定高度。在真空室两侧的一对驱动线圈3产生旋转磁场，驱动转子以每秒200～400转的速度自转。虽然转子在给定的垂直位置会自动地趋向磁场最强处(一般在垂直对称轴上)，但若受外界扰动，转子将围绕轴作水平振动。图中紧临真空室下方的阻尼钢针6可使这种振动衰减。 这种真空计是基于气体分子对自由旋转钢球的减速作用而工作的。当钢球被驱动线圈的磁场

从静止加速到每秒400转速之后，停止驱动场，由于气体分子摩擦的积分作用引起钢球自转速度衰减，其转速衰减与气体压力p有着严格的对应关系。 磁悬浮转子真空计是标准真空计，量程宽(10-1～10-5Pa)，用它作互校传递标准时，累积误差小，可靠性重复性好。 SKF公司最新推出磁浮轴承（图文） ＳＫＦ（斯凯孚）公司最新推出磁浮轴承。半导体工业需要极纯净的环境 来制造日益复杂的电路晶片，其中，ＴＭＰ（Turbo Molecular Pumps）涡轮子真 空泵主要是利用高速旋转的涡轮叶片转子，撞击气体分子后，把气体分子带出 制程腔体。由于需要高速旋转，传统陶珠轴承系统存在油气污染问题，目前业界已大量使用无接触的磁浮轴承。 ＳＫＦ磁浮轴承还可应用于三轴加工中心机床，主轴转速１０万转／分钟。 此主轴目前是展示阶段的原型，唯有依赖磁浮轴承才能达到如此高的转速，而如此高的表面加工精度及轴承寿命，是传统滚动轴承所无法达到的。 磁浮轴承的性能由于软件算法的改进而大大加强，坚固性，稳定性，经济性的提高使磁浮轴承从试验

磁悬浮技术

磁悬浮基本原理及磁悬浮列车的应用与分析 姓名：张迪 学号：5120309486 班级：F1203017 日期：2013.10.8

磁悬浮技术 空间电磁悬浮技术简介 随着航天事业的发展，模拟微重力环境下的空间悬浮技术已成为进行相关高科技研究的重要手段。目前的悬浮技术主要包括电磁悬浮、光悬浮、声悬浮、气流悬浮、静电悬浮、粒子束悬浮等，其中电磁悬浮技术比较成熟。电磁悬浮技术（electromagnetic levitation）简称EML技术。它的主要原理是利用高频电磁场在金属表面产生的涡流来实现对金属球的悬浮。 磁悬浮是利用悬浮磁力(图1）使物体处于一个无摩擦、无接触悬浮的平衡状态，磁悬浮看起来简单，但是具体磁悬浮悬浮特性的实现却经历了一个漫长的岁月。由于磁悬浮技术原理是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学为一体的典型的机电一体化高新技术。伴随着电子技术、控制工程、信号处理元器件、电磁理论及新型电磁材料的发展和转子动力学的进一步的研究，磁悬浮随之解开了其神秘一方面。 1900年初，美国，法国等专家曾提出物体摆脱自身重力阻力并高效运营的若干猜想--也就是磁悬浮的早起模型。并列出了无摩擦阻力的磁悬浮列车使用的可能性。然而，当时由于科学技术以及材料局限性磁悬浮列车只处于猜想阶段，未提出一个切实可行的办法来实现这一目标。1842年，英国物理学家Earnshow就提出了磁悬浮的概念，同时指出：单靠永久磁铁是不能将一个铁磁体在所有六个自由度上都保持在自由稳定的悬浮状态。1934年，德国的赫尔曼·肯佩尔申请了磁悬浮列车这一的专利。在20世纪70、80年代，磁悬浮列车系统继续在德国蒂森亨舍尔测试和实施运行。德国开始命名这套磁悬浮系统为“磁悬浮”。1966年，美国科学家詹姆斯·鲍威尔和戈登·丹比提出了第一个具有实用性质的磁悬浮运输系统。1970年代以后，随着世界工业化国家经济实力的不断加强，为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要，德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。目前（2009年）国内外研究的热点是磁悬浮轴承和磁悬浮列车，而应用最广泛的是磁悬浮轴承。它的无接触、无摩擦、使用寿命长、不用润滑以及高精度等特殊的优点引起世界各国科学界的特别关注，国内外学者和企业界人士都对其倾注了极大的兴趣和研究热情。 图1

PID控制器设计磁悬浮小球控制系统

MATLAB课程设计 课程名称：采用PID控制器设计磁悬浮小球控制系统 学院：电气工程学院 学号：P101813409 姓名：徐敏敏 班级：10级自动化一班 指导教师：杨成慧老师

目录 摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 1.引言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 2.系统分析与设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 5 2.1系统建模及仿真．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 2.2建立磁悬浮小球系统框图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 2.3 PID控制系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 2.4 仿真结果分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13 2.5 总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13 2.6 答谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13 3.参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14

摘要： 本文通过对一个磁悬浮小球的分析，简单的描述了磁悬浮列车的原理。控制要求通过调节电流使小球的位置始终保持在平衡位置。通过对磁悬浮小球系统进行数学建模，求出它的系统传递函数，采用PID算法设计调节器，对小球的稳定性进行了分析和仿真，在MATLAB平台仿真获得适当的PID参数范围，进行频域分析，使得磁悬浮小球系统处在平衡状态，在仿真过程中对PI,PD,及PID三种方式进行了比较和分析，对其加入扰动信号，即正弦扰动信号，观察输出波形，对扰动进行分析。本文通过对磁悬浮小球系统的分析，体现了MATLAB的强大功能，突出了它在运算以及作图仿真方面的优势。 关键字： MATLAB, PID控制器, 磁悬浮小球系统，稳定性 1.引言 磁悬浮列车的原理并不深奥。它是运用磁铁“同性相斥，异性相吸”的性质，使磁铁具有抗拒地心引力的能力，即“磁性悬浮”。将“磁性悬浮”这种原理运用在铁路运输系统上，使列车完全脱离轨道而悬浮行驶，成为“无轮”列车，时速可达几百公里以上。这就是所谓的“磁悬浮列车”，亦称之为“磁垫车”。由于磁铁有同性相斥和异性相吸两种形式，故磁悬浮列车也有两种相应的形式：一种是利用磁铁同性相斥原理而设计的电磁运行系统的磁悬浮列车，它利用车上超导体电磁铁形成的磁场与轨道上线圈形成的磁场之间所产生的相斥力，使车体悬浮运行的铁路；另一种则是利用磁铁异性相吸原理而设计的电动力运行系统的磁悬浮列车，它是在车体底部及两侧倒

磁悬浮技术原理及其应用

产业观察 Industry Observation 2017.08 数字通信世界 43 1 引言 自古以来，使物体在空中处于无接触悬浮状态一直是人类无法企及的梦想。但随着电子通信、系统控制、电气工程、电磁学和材料力学的研究进一步深入，人类利用磁悬浮技术已经实现了这一梦想。磁悬浮技术是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学为一体的典型的机电一体化高新技术。目前来说，人类利用磁悬浮技术已经实现了许多应用，如磁悬浮轴承、磁悬浮列车、磁悬浮工作台等。本文针对磁悬浮技术，提出了该技术的原理及特点，并根据其特点分析了它在工业及工程上的应用，并进行了展望。 2 磁悬浮原理及其特点 磁悬浮技术原理及其应用 纪 源 （南京金陵中学，南京 210007） 摘要： 磁悬浮技术是一门多学科交叉，并具有良好发展前景的学科。随着电子通信、系统控制、电气工程、电磁学和材料力学的研究进一步深入，磁悬浮技术目前来说已经广泛的应用与各个领域内，如航空航天、精密仪器、轨道交通等。本文针对磁悬浮技术，提出了该技术的原理及特点，并根据其特点分析了其在工业及工程上的应用，并相应地作出了展望。 关键词： 电磁学；磁悬浮技术；应用doi： 10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.08.018中图分类号： TM57 文献标示码：A 文章编码：1672-7274（2017）08-0043-02变化，从而使电磁铁周边产生磁场，通过控制器，使 悬浮体受到的磁力与其重力相等，从而使悬浮体在空中悬浮。并且，假设因为某种原因，悬浮体在平衡位置处出现了微小的扰动，偏离了平衡位置。此时，由位置传感器检测出悬浮体偏离的位移大小，并将该数据通过控制器的微处理器转换为控制信号，再通过功率放大器将该控制信号转换为控制电流，根据位移的方向和大小确定控制电流的大小，经过多次迭代微调，从而迫使悬浮体返回原来的平衡位置。由该原理可以看出，无论悬浮体的扰动位移方向是朝下还是朝上，它均能通过控制系统处于平衡状态[1]。磁力弹簧是磁悬浮系统中最重要的原件，根据产生磁力的方式，可分为电磁弹簧和永磁弹簧。电磁弹簧是由密集线圈产生电磁场而提供磁力，永磁弹簧通常仅由永久磁铁来提供磁力，而永久磁铁常选取稀土类磁性材料。通常来说，由于悬浮体不与外界有直接接触，因此优点明显：一是磨损很小，并且在真空和腐蚀性介质中可以长期使用；二是机械摩擦力几乎等于零，仅有少量的转动空气摩阻力，因此功耗较低，噪声小，且不需要润滑剂，从而适用于机械工程中的高速转动工程。因为磁悬浮体对于外界干扰有着很好的稳定性，同时，传感器也可实时记录数据，用于故障的诊断与运营过程中的监测。 3 磁悬浮技术应用 3.1 磁悬浮轴承 目前来说，国内外对于磁悬浮技术方面，研究比 较火热的主要有两个方向，磁悬浮轴承与磁悬浮列 图1 磁悬浮工作原理示意图 磁悬浮技术是一种依靠电磁力将物体无机械 接触地悬浮起来的技术，其简要装置示意图如图1所示。该装置由五部分组成：传感器、电磁铁、控制器、功率放大器和磁浮体。其工作原理为，通过给电磁铁提供交变电流，使电磁铁中线圈产生磁通量的

磁悬浮列车的工作原理及技术经济特性

磁悬浮机车及技术经济特性 魏庆朝，冯雅薇（北京交通大学土木建筑工程学院翃北京 100044） 施翃翃（北京城建设计研究总院北京 100037) 摘要：直线电机已开始在磁悬浮铁路、城市轨道交通中应用。介绍了直线电机的分类、3种典型的磁悬浮铁路和直线电机驱动的轮轨交通，对上述交通方式的技术经济特征进行了对比，总结了上述交通方式的适用范围。 关键词：直线电机；磁悬浮；城市轨道交通；适用范围 The Modes and features of the Transit Systems Driven by Linear Motor WEI Qingchao1, FENG Yawei1, SHI Hong1,2 (1. School of Civil Engineering and Architecture, Beijing Jiaotong University 2. Beijing Urban Engineering Design & Research Institute.) Abstract: Linear motor has been successfully used in Meglev transit system and rapid rail transit system for years. The transit systems driven by linear motor are classified as Maglev system and wheel-rail system. The typical Maglev system includes Japanese MLX system, German TransRapid system and Japanese HSST system. The technical and economic features of these systems are compared and the suitable application fields of these systems are summarized in the paper. Keywords: linear motor; Maglev; urban rapid rail transit; suitable application fields 1、引言 从1825年世界第一条铁路出现算起，轨道交通已有近180年的历史。特别是上个世纪中叶以来，随着科技的进步，轨道交通运输方式不仅在诸如速度、密度、重量等性能方面有了很大提高，而且轨道交通方式本身也发生了巨大的变革。快速轨道交通有地铁、轻轨、单轨等多种方式。牵引方式历经蒸汽牵引、内燃牵引、电力牵引等阶段，目前在世界范围内又发展出直线电机牵引的交通方式，包括磁悬浮铁路、直线电机轮轨交通、磁悬浮飞机等。该交通方式目前正在迅速发展，将来会成为本世纪的主要交通方式之一。 本文介绍以直线电机作为牵引方式的新型客运交通方式，主要包括技术原理和技术经济分析，最后对我国发展轨道交通系统提出发展建议。 2. 直线电机及分类 2.1 直线电机原理 传统的轮轨接触式铁路，车辆所获得的牵引力（或称驱动力）、导向力和支承力均依靠轮轨相互作用获得，电传动内燃机车或电力机车的牵引动力来自于传统的旋转电机。直线电机交通系统不使用传统的旋转电机而使用直线电机(liner motor)来获得牵引动力。可以

磁悬浮系统建模及其PID控制器设计说明

《Matlab仿真技术》 设计报告 题目磁悬浮系统建模及其PID控制器设计专业班级电气工程及其自动化 11**班 学号 7 学生 ** 指导教师 ** 学院名称电气信息工程学院 完成日期： 2014 年 5 月 7 日

磁悬浮系统建模及其PID控制器设计 Magnetic levitation system based on PID controller simulation 摘要 磁悬浮技术具有无摩擦、无磨损、无需润滑以及寿命较长等一系列优点，在能源、交通、航空航天、机械工业和生命科学等高科技领域有着广泛的应用背景。 随着磁悬浮技术的广泛应用，对磁悬浮系统的控制已成为首要问题。本设计以PID 控制为原理，设计出PID控制器对磁悬浮系统进行控制。 在分析磁悬浮系统构成及工作原理的基础上，建立磁悬浮控制系统的数学模型，并以此为研究对象，设计了PID控制器，确定控制方案，运用MATLAB软件进行仿真，得出较好的控制参数，并对磁悬浮控制系统进行实时控制，验证控制参数。最后，本设计对以后研究工作的重点进行了思考，提出了自己的见解。 PID控制器自产生以来，一直是工业生产过程中应用最广、也是最成熟的控制器。目前大多数工业控制器都是PID控制器或其改进型。尽管在控制领域，各种新型控制器不断涌现，但PID控制器还是以其结构简单、易实现、鲁棒性强等优点，处于主导地位。 关键字：磁悬浮系统；PID控制器；MATLAB仿真

一、磁悬浮技术简介 1.概述： 磁悬浮是利用悬浮磁力使物体处于一个无摩擦、无接触悬浮的平衡状态，磁悬浮看起来简单，但是具体磁悬浮悬浮特性的实现却经历了一个漫长的岁月。由于磁悬浮技术原理是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学为一体的典型的机电一体化高新技术。伴随着电子技术、控制工程、信号处理元器件、电磁理论及新型电磁材料的发展和转子动力学的进一步的研究，磁悬浮随之解开了其神秘一方面。 1900年初，美国，法国等专家曾提出物体摆脱自身重力阻力并高效运营的若干猜想--也就是磁悬浮的早期模型。并列出了无摩擦阻力的磁悬浮列车使用的可能性。然而，当时由于科学技术以及材料局限性磁悬浮列车只处于猜想阶段，未提出一个切实可行的办法来实现这一目标。 1842年，英国物理学家Earnshow就提出了磁悬浮的概念，同时指出：单靠永久磁铁是不能将一个铁磁体在所有六个自由度上都保持在自由稳定的悬浮状态。 1934年，德国的赫尔曼·肯佩尔申请了磁悬浮列车这一的专利。 在20世纪70、80年代，磁悬浮列车系统继续在德国蒂森亨舍尔测试和实施运行。德国开始命名这套磁悬浮系统为“磁悬浮”。 1966年，美国科学家詹姆斯·鲍威尔和戈登·丹比提出了第一个具有实用性质的磁悬浮运输系统。 1970年代以后，随着世界工业化国家经济实力的不断加强，为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要，德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。 2009年时，国外研究的热点是磁悬浮轴承和磁悬浮列车，而应用最广泛的是磁悬浮轴承。它的无接触、无摩擦、使用寿命长、不用润滑以及高精度等特殊的优点引起世界各国科学界的特别关注，国外学者和企业界人士都对其倾注了极大的兴趣和研究热情。 2. 磁悬浮技术的应用及展望 20世纪60年代，世界上出现了3个载人的气垫车试验系统，它是最早对磁悬浮列车进行研究的系统。随着技术的发展，特别是固体电子学的出现，使原来十分庞大的控制设备变得十分轻巧，这就给磁悬浮列车技术提供了实现的可能。1969年，德国牵引机车公司的马法伊研制出小型磁悬浮列车模型，以后命名为TR01型，该车在1km 轨道上的时速达165km，这是磁悬浮列车发展的第一个里程碑。在制造磁悬浮列车的