磁悬浮的前景展望

1真空磁悬浮列车

目前，西南交通大学牵引动力国家重点实验室课题组正在积极研发试验真空管道高速交通。在未来两三年内，实验室将推出时速600～1000千米的真空磁悬浮列车实验模型，10年之后可能投入运行。根据现在的理论研究，这种列车最高时速可达到2万千米。

2声悬浮

声悬浮是通过声音压力波使物质悬浮在稀薄的空气中。和电磁悬浮技术相比，它不受材料导电与否的限制，且悬浮和加热分别控制，因而可用以研究非金属材料和低熔点合金的无容器凝固。声悬浮现象最早是1886年被发现的，随着航天技术的进步和空间资源的开发利用，声悬浮逐渐发展成为一项很有潜力的无容器处理技术.声悬浮是高声强条件下的一种非线性效应，其基本原理是利用声驻波与物体的相互作用产生竖直方向的悬浮力以克服物体的重量，同时产生水平方向的定位力将物体固定于声压波节处。

3.发展前景问题

由于磁悬浮系统以电磁力完成悬浮、向导和驱动功能的，断电后磁悬浮的安全保障措施，尤其是列车停电后的制动问题仍然是要解决的问题。其高速稳定性和可靠性还需要很长时间的运行考验。常导磁悬浮技术的悬浮高度降低，因此对线路的平整度、路基下沉量级道岔结构方面的要求较超导技术更高。超导磁悬浮技术由于涡流效应悬浮能耗较常导轨技术更大，冷却系统重，强磁场对人体与环境都有影响。每一种新的交通工具的间世, 都极大地推动着社会的进步。回顾交通工具发展史, 我们发现汽车极大地方便了人们的生活,但长途运输能力差, 且日益增多的汽车数量使交通拥挤堵塞现象越来越严重，常规轮轨列车的运输量大, 但运行速度慢, 运行噪声大, 爬坡能力低, 高速轮轨列车要求轨道有很高的平整度, 在高速运行时, 能量消耗大, 铁轨和车轮的磨损很严重, 从而导致维修费用昂贵。飞机运行速度快, 但运精量小, 且事故往往是致命性的，磁悬浮列车是一种新的交通工具, 相对而言, 它有多方面的优点, 如高速, 运输量大, 安全,舒适, 无噪声等。综合各种因素，就目前而言，磁悬浮的发展是最有潜力，最有发展必要的。

纵览磁悬浮列车在世界上的发展状况, 一可以看到由于磁浮运输系统具有无轮轨接触、速度高、噪音小、能耗少、维持费用低、安全舒适等一系列优点, 使磁悬浮列车特别适于城市间或城市内的中短途交通运输, 并将成为介于传统火车、汽车与飞机之间的一种有力运输工具、日、英、美、加、苏等) 都已经或正在考虑将磁悬浮列车投入实际运营

世界上已开发的主要磁悬浮列车的发展现状及其速度适应范围归纳于表

磁悬浮技术在中国的前景

一：与发达国家相比, 我国磁悬浮系统的研发和建设环境具有以下特点：

(1)技术上.

我国磁悬浮技术的研发起步较晚, 尤其是工程层面的工作.不过, 我国通过中德技术合

作于2003年建成了世界上第一条商用高速磁悬浮线路, 即上海浦东机场线, 极大地推动了

我国磁悬浮技术的研发.在引进、消化、吸收的基础上, 我国已经逐步具备了再创新的能力.

例如, 20 世纪90 年代以来, 原国家科委正式将“中低速磁悬浮列车关键技术研究”列入“八五”国家科技攻关计划, 由铁道科学研究院牵头, 国防科技大学、中科院电工所、西南交通

大学等单位参加.1995 年5 月, 国防科技大学成功实现了实验室内1 :1 单转向架的载人运行.2001年研制成功的中低速磁浮试验车下线并成功进行了试验运行, 2005 年7 月又研制成功了磁浮工程化样车.目前, 中国已经先后在北京、长沙、成都、上海、大连等城市建立了多家研究基地和试验线路, 对不同制式的磁悬浮技术开展实用化研究, 实用型中低速磁浮列车及唐山2km 试验示范线也正在筹划中[ 10] , 关于磁悬浮应用技术的独立研发能力正在形成.经验表明, 科技发展中的赶超先进决不是一朝一夕之功, 工程技术领域更是如此, 我们还须耐住寂寞, 踏踏实实地作好磁悬浮技术应用前期的研发与论证工作.

(2)经济上

.磁悬浮系统单位运输能力的造价高于轮轨系统.作为发展中国家, 我国中央政府、各级直属部门与多数地方政府的财政预算能力总体上仍然是比较有限的, 但部分经济发达地区已经具备建设磁悬浮线路的能力.各国的论证经验表明:磁悬浮系统的自负盈亏能力是比较弱的, 各地区及政府部门对任何磁悬浮系统建造的决议应当考虑实施运营后进行经济补贴的可能性及财政能力.因此, 各城市在规划磁悬浮系统建设项目时必须要充分考虑地区经济承载能力.

(3)市场需求.

我国不少交通通道系统仍有一定发展空间, 包括我国正积极筹建的上海-杭州高速磁浮列车线路等;这也是我国建造磁悬浮系统过程中明显优于发达国家之处.这一形势为磁悬浮技术在我国的发展提供了较好的需求环境, 也增加了该项技术的经济可行性.

(4)政策环境.

磁悬浮作为一项新技术, 可以产生良好的产业拉动效应、科技拉动效应和媒体宣传效应, 容易得到有关部门的偏爱.

(5)公众与专业环境.

社会各界关注的焦点主要是磁悬浮线路的造价, 目前, 我国交通行业的投融资政策已开始形成,为磁悬浮技术项目的投融资创造了良好条件.不过, 在具体操作方法上, 仍需要进一步研究行之有效的策略.

我国发展磁悬浮技术的指导思想是:立足市场需求, 发挥政府政策和资金的引导作用, 通过国家对磁悬浮技术产、学、研各环节的一体化组织与攻关, 促进我国磁悬浮技术的引进、研发、消化与创新, 实现磁悬浮技术满足运输需求、引领国际水平的任务.

二：可能建设领域

当前, 我国不同地区经济发展水平存在一定差异.在政府财政承担经济补贴的承载能力方面, 东部地区高于西部地区.从经济承载能力看, 长江三角洲、珠江三角洲、京津冀北地区具备建设磁悬浮线路的基本条件.具体来说, 未来磁悬浮技术的潜在空间可以分三个层次:第一层次包括沪宁、沪杭、京津、广深港等通道.这些通道具有较好的需求基础, 而且, 目前交通供给还不能满足交通需求.第二层次包括成渝、郑武、焦济、沈大等通道这些通道所在地区的地方政府的经济承载能力略差, 可以考虑在磁悬浮技术的成熟度提高、建设与运营成本进一步降低后再推广. 上述两个层次属于中短距离通道.第三层次是在上述基础上, 通过积累运营经验, 可以考虑在有经济承载能力的线路延建中、长距离通道, 如京广、京沪通道.通过磁悬浮技术, 使一些大城市之间的距离大幅度缩短, 改善城市间的出行可达性,提高服务质量和水平.此外, 国外论证较多、我国上海已经建成的机场模式也是有吸引力的, 其主要背景是机场乘客可能有更强的价格承受能力.不过, 多数情况下机场线路的运输需求规模不会太大, 如能适当结合沿线其他土地开发目标, 提高其需求规模, 将改善磁悬浮技术的经济可行性.

中低速磁悬浮技术及其前景

中低速磁悬浮系统是轻量化的城市轨道交通运输系统, 最高速度约为10 一15 0 k而h, 具有

安全舒适、环保、快速、便捷、易于修建、维护方便等多方面的特点,既适用于中低运量中心城市客流不太大的快速延伸线, 诸如与机场、城市郊区、产业区、大型娱乐场所等联系的专用快速线路上, 也适用于建筑物拥挤、线路布置困难的大中城市的交通缓解辅助线路。( l) 目前磁悬浮车辆的长度较短, 载客量少, 如果要将其应用于城市内部和市郊快速线, 发挥噪声低、环保、适应路况能力强的优点, 在运量上略显不足。因此, 对城市内部运输线路应着重研究提高行车密度, 保证系统的可靠性; 对于郊区快线, 应着重研究适当加长车辆长度来提高车辆载客量, 以及随之而来的系统控制更加复杂的问题。

( 2 ) 磁悬浮系统线路结构虽然减轻, 但是对于桥梁、结构以及供电系统的要求更加严格; 虽然系统省去了复杂的轮轨机构的设备维护, 但是其耗电量有所增加。由于缺乏实际线路的建设和运营数据, 因此对于系统节约与增加部分支出的比率，车辆的全寿命周期成本, 需要进一步收集相关数据计算( 比如日本东部丘陵线)。

( 3) 如果能够采用我国自主研制的磁悬浮技术将显著降低磁悬浮系统的建设和运营成本, 我国的磁悬浮技术虽然在设计参数上和日本HsS T 基本相当, 但还需要经过长实验线的运行测试, 以确定其是否能够达到相关技术指标而满足运营要求。同时, 可以考虑对悬浮、牵引、制动等关键技术先引进, 再消化的逐步国产化的策略。

（都市快轨交通·第19 卷第2 期2 0 0 6 年4 月）

纵览磁悬浮列车在世界上的发展状况, 一可以看到由于磁浮运输系统具有无轮轨接触、速度高、噪音小、能耗少、维持费用低、安全舒适等一系列优点, 使磁悬浮列车特别适于城市间或城市内的中短途交通运输, 并将成为介于传统火车、汽车与飞机之间的一种有力运输工具、日、英、美、加、苏等) 都已经或正在考虑将磁悬浮列车投入实际运营

日本中低速磁悬浮技术及其应用前景

万方数据

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日本中低速磁悬浮技术及其应用前景 作者：石定寰， SHI Ding-huan 作者单位：国家科技部,北京,100862 刊名： 交通运输系统工程与信息 英文刊名：JOURNAL OF TRANSPORTATION SYSTEMS ENGINEERING AND INFORMATION TECHNOLOGY 年，卷(期)：2007,7(5) 被引用次数：9次 参考文献(7条) 1.王庆云中国交通发展的演进过程及问题思考[期刊论文]-交通运输系统工程与信息 2007(1) 2.吴晓我国"十一五"交通发展规划中若干问题的探讨[期刊论文]-交通运输系统工程与信息 2006(6) 3.石定寰论我国科技发展与科技创新的策略与技术关键[期刊论文]-交通运输系统工程与信息 2003(1) 4.毛保华磁悬浮技术在中国的应用前景分析 2006 5.Vukan R Vuchic;Jeffrey M Casello An evaluation of maglev technology and its comparison with high speed rail 2002(02) 6.吴丹高速磁悬浮列车运行控制与传统轮轨列车运行控制的比较[期刊论文]-交通运输系统工程与信息 2003(4) 7.严陆光;李耀华磁悬浮技术的发展及其在中国的商业应用 2007 本文读者也读过(10条) 1.佟力华.马沂文.胥刃佳适用于城市交通的中低速磁悬浮技术[期刊论文]-电力机车与城轨车辆2003,26(5) 2.戴政磁悬浮技术综述[期刊论文]-中小型电机2000,27(2) 3.王丽茹.张彦军磁悬浮技术在工程实践中的应用分析[期刊论文]-职业2010(17) 4.毛保华.黄荣.贾顺平.MAO Bao-hua.HUANG Rong.JIA Shun-ping磁悬浮技术在中国的应用前景分析[期刊论文]-交通运输系统工程与信息2008,8(1) 5.蒋金周磁悬浮技术及其应用与发展分析[期刊论文]-机电一体化2004,10(1) 6.张佩竹.Zhang Peizhu中低速磁悬浮技术特征及工程化研发[期刊论文]-铁道标准设计2006(z1) 7.张士勇磁悬浮技术的应用现状与展望[期刊论文]-工业仪表与自动化装置2003(3) 8.徐晓美.朱思洪.XU Xiao-mei.ZHU Si-hong磁悬浮技术及其工程应用[期刊论文]-农机化研究2005(6) 9.徐安.李永善磁悬浮技术在德国的发展[期刊论文]-城市轨道交通研究2001,4(2) 10.磁悬浮技术揭秘:全世界人都会到中国买技术[期刊论文]-硅谷2010(11) 引证文献(6条) 1.蒋艾伶单轨交通发展现状与趋势[期刊论文]-科技与企业 2015(13) 2.佟来生,张文跃,罗华军,李晓春单模块电磁铁静态悬浮特性研究[期刊论文]-电力机车与城轨车辆 2013(05) 3.俞洪磁悬浮轴承的数字仿真研究[期刊论文]-科技信息 2010(05) 4.陶兴中低速磁悬浮轨道梁关键设计参数研究[学位论文]硕士 2008 5.刘卫东日本Linimo磁浮线的技术特点和运行情况[期刊论文]-城市轨道交通研究 2014(04) 6.毛保华,黄荣,贾顺平磁悬浮技术在中国的应用前景分析[期刊论文]-交通运输系统工程与信息 2008(01) 引用本文格式：石定寰.SHI Ding-huan日本中低速磁悬浮技术及其应用前景[期刊论文]-交通运输系统工程与信息 2007(5)

哈工大_控制系统实践_磁悬浮实验报告

研究生自动控制专业实验 地点：A区主楼518房间 姓名：实验日期：年月日斑号：学号：机组编号： 同组人：成绩：教师签字：磁悬浮小球系统 实验报告 主编：钱玉恒，杨亚非 哈工大航天学院控制科学实验室

磁悬浮小球控制系统实验报告 一、实验内容 1、熟悉磁悬浮球控制系统的结构和原理； 2、了解磁悬浮物理模型建模与控制器设计； 3、掌握根轨迹控制实验设计与仿真； 4、掌握频率响应控制实验与仿真； 5、掌握PID控制器设计实验与仿真； 6、实验PID控制器的实物系统调试； 二、实验设备 1、磁悬浮球控制系统一套 磁悬浮球控制系统包括磁悬浮小球控制器、磁悬浮小球实验装置等组成。在控制器的前部设有操作面板，操作面板上有起动/停止开关，控制器的后部有电源开关。 磁悬浮球控制系统计算机部分 磁悬浮球控制系统计算机部分主要有计算机、1711控制卡等； 三、实验步骤 1、系统实验的线路连接 磁悬浮小球控制器与计算机、磁悬浮小球实验装置全部采用标准线连接，电源部分有标准电源线，考虑实验设备的使用便利，在试验前，实验装置的线路已经连接完毕。 2、启动实验装置 通电之前，请详细检察电源等连线是否正确，确认无误后，可接通控制器电源，随后起动计算机和控制器，在编程和仿真情况下，不要启动控制器。 系统实验的参数调试

根据仿真的数据及控制规则进行参数调试（根轨迹、频率、PID 等），直到获得较理想参数为止。 四、实验要求 1、学生上机前要求 学生在实际上机调试之前，必须用自己的计算机，对系统的仿真全部做完，并且经过老师的检查许可后，才能申请上机调试。 学生必须交实验报告后才能上机调试。 2、学生上机要求 上机的同学要按照要求进行实验，不得有违反操作规程的现象，严格遵守实验室的有关规定。 五、系统建模思考题 1、系统模型线性化处理是否合理，写出推理过程？ 合理，推理过程： 由级数理论，将非线性函数展开为泰勒级数。由此证明，在平衡点)x ,(i 00对 系统进行线性化处理是可行的。 对式2x i K x i F )(),(=作泰勒级数展开，省略高阶项可得： )x -)(x x ,(i F )i -)(i x ,(i F )x ,F(i x)F(i,000x 000i 00++= )x -(x K )i -(i K )x ,F(i x)F(i,0x 0i 00++= 平衡点小球电磁力和重力平衡，有 (,)+=F i x mg 0 |,δδ===00 i 00 i i x x F(i,x) F(i ,x )i ；|,δδ===00x 00i i x x F(i,x)F (i ,x )x 对2 i F(i,x )K()x =求偏导数得：

中低速磁悬浮与轻轨、地铁的比较

中低速磁悬浮在城市轨道交通中的运用 磁悬浮技术的研究源于德国,1922年德国工程师赫尔曼·肯佩尔提出了电磁悬浮原理,1934年他申请了磁悬浮列车的专利,1953年完成科学报告《电子悬浮导向的电力驱动铁路机车车辆》。20世纪70年代以后,世界工业化国家经济实力不断加强,为提高交通运输能力以适应经济发展的需要,德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家相继开始对磁悬浮运输系统进行开发,并取得令人瞩目的进展。 磁悬浮列车与传统轮轨列车不同，它用电磁力将列车浮起，导向和驱动。在运行时不与轨道发生摩擦，中低速磁悬浮列车（时速小于200km）在运行时发出的噪声非常低。此外，磁悬浮列车还具有速度高，制动快，爬坡能力强，转弯半径小，振动小，舒适性好等优点。在修建城市轨道交通线路的造价攀升的情况下，中低速磁悬浮线的性能价格比好的优势得以显示出来。 1 磁悬浮技术的种类 目前，载人试验获得成功的磁浮列车系统有3种，它们的磁悬原理和系统技术完全不同，不能兼容。 （1）用常导磁吸式（EMS）进行悬浮导向，同步长定子直线电机驱动的高速磁浮列车系统。以德国的TR（Trans rapid）磁浮列车系统为代表。TR采用常规电导吸引的方式进行悬浮和导向，悬浮的气隙较小，一般为 10mm 左右；由地面一次控制的直线同步电机驱动。我国上海机场磁悬浮线就是引进的德国 TR系统 （2）采用超导磁斥式（EDS)进行悬浮和导向，同步长定子直线电机驱动的高速磁浮列车系统。 高速超导磁悬浮列车以日本的ML系统为代表。车上的超导线圈在低温下进入超导状态，通电后产生很强的磁场，列车运动时，超导磁体使线路上的导体产生感应电流，该电流也将产生磁场，并与车上的超导磁体形成斥力，使车辆悬浮（悬浮高度较大，一般为100mm左右）。列车由地面一次控制的线性同步电机进行驱动，同步电机定子三相绕组铺设在地面线路两侧，无需通过弓网受电方式供电。

中低速磁悬浮技术简析

中低速磁悬浮技术简析 中低速磁悬浮轨道交通是一种依靠磁悬浮列车五个转向架悬浮系统及直线电机牵引系统实现无接触和非粘着牵引抱轨运行的交通方式，因其技术先进、功能强大、节能环保、性价比高，我国具有自主知识产权，受到社会广泛青睐，是一种先进、经济、环保的交通方式。一般认为，高速磁悬浮适合远距离交通，而中低速磁悬浮适合近距离交通。 长沙中低速磁浮工程连接高铁长沙南站和长沙黄花国际机场，初期设车站3座，预留车站2座，线路全长18.54公里，总投资46.04亿元，于2014年5月开工，2015年12月26日建成并试运行，建设工期20个月，计划2016年上半年正式通车运营。 长沙中低速磁浮工程是中国国内第一条自主设计、自主制造、自主施工、自主管理的中低速磁悬浮，是继上海以来又一个开通磁悬浮的城市，也是湖南省践行“一带一路”的重点项目。铁四院以中国铁建名义采取“股权投资+设计施工总承包+采购+研发+制造+联调联试+运营维护+后续综合开发”独创性建设模式承建的长沙磁悬浮工程，是中国第一条中低速磁悬浮轨道交通商业线。 相对于地铁、轻轨、新型有轨电车等主要城市轨道交通运输方式，中低速磁悬浮轨道交通具有以下优势： 一是低噪音。运行噪声约62分贝，低于人正常说话的噪声值，是“超静交通”的代表。 二是低成本。长沙中低速磁浮交通转弯半径小、爬坡能力强，特别适合在城市中穿梭。综合造价约2亿元/公里，与地铁相比具备明显的价格优势。其次目前轮轨交通的年运营维护成本是总投资的

4.4％左右。中低速磁悬浮轨道交通后期维护费用较低，年运营维修费理论值约为总投资的1.2％。 三是低辐射。经科学检测，长沙磁浮交通辐射值1米外小于电磁炉、3米外不到微波炉的一半、5米外比电动剃须刀更低，堪称绿色“环保交通”的典范。 四是低震动。列车沿轨道无接触运行，无车轮摩擦与冲击。可实现有害气体零排放，由于没有车轮磨耗，也不会在运行中产生铁粉或橡胶粉尘，最大限度避免环境污染。 中低速磁悬浮在柳州落地，存在以下几点问题： 1、运量较低，且其车厢编组调整较其他制式困难。轻轨每小时运量为1.5至3万人，中低速磁悬浮每小时运量为0.8至1.5万人。目前长沙磁悬浮采用三节车厢编组，每列最大载客量约为500人，且调整其车厢编组过程需要2-3个月周期（咨询中车株机技术人员数据）。轻轨一般采用四节车厢编组，B型车厢最大载客量约为1000人，客流高峰期间增加车厢编组方便。 2、一般来说中低速磁悬浮采用高架敷设。线路经过市区采用高架，对柳州的山水城市景观是否有影响需要进一步论证。 3、中低速磁悬浮在长沙尚处于试运营阶段，国内尚未有成熟的商业运营城市，其技术还在提升阶段，运营的成熟性、可靠性还有待实践检验。 4、中低速磁悬浮作为一种新的技术进行推广，大众的接受需要过程。深圳8号线曾经计划以磁悬浮高架方式建设，曾受到莲塘和沙头角片区居民的强烈反对，导致项目方案全盘否定，前期工作进展缓慢，目前新的方案正在论证中。长沙磁悬浮也是选择从长沙火车南站至黄花机场的郊区线路。

2018年中低速磁悬浮行业分析报告

2018年中低速磁悬浮行业分析报告 2018年6月

目录 一、高中低速磁悬浮技术差异悬殊，中低速磁悬浮优势明显 (4) 1、高、中、低速磁悬浮应用场景 (5) 2、中低速磁悬浮的比较优势突出优势 (6) （1）优势 (6) （2）劣势 (6) 二、多年积累，我国在中低速磁悬浮领域已实现自主知识产权 (8) 1、专业视角看磁悬浮技术原理 (8) （1）悬浮技术 (8) （2）牵引技术+制动技术 (9) （3）导向技术 (10) 2、我国中低速磁悬浮技术经过了宝贵的产业验证 (10) （1）产学研结合，不断突破核心技术 (11) （2）轨道建设企业以中国铁建、中国中铁为主体 (11) （3）车辆生产厂商以中国中车、新筑股份为代表 (12) 三、磁悬浮接棒轮轨开始发力，全国多个城市加大布局 (13) 1、现有、在建、规划线路全方位梳理 (14) （1）现有路线统计 (14) （2）在建路线统计 (15) （3）规划路线方面 (16) 2、政策助推，地铁建设降温提振磁悬浮需求 (16)

新筑股份和中铁二院合作切入中低速磁悬浮领域。新筑股份今年5月与中铁二院签署《内嵌式中低速磁悬浮轨道交通系统战略合作协议》，共同推进内嵌式中低速磁浮交通系统技术的引进、消化、吸收 和再创新工作。6月5日，公司公告拟投资 6.8亿元在成都市新津县天府新区建设一条 4.5公里长内嵌式中低速磁浮综合试验线及相关配 套附属设施，设计最高时速200km/h。中低速磁悬浮比较优势突出。定义上看，高、中、低速磁悬浮分别对应时速大于200公里；时速大于120公里但是小于200公里；时速小于120公里。 高速磁浮适用于长大干线，如京沪线，对标的是高铁。而中低速磁浮则运用于城市轨道、旅游景区等短途，对标的是地铁、轻轨。实 际上，考虑到中低速磁悬浮技术的运载能力和入地性较差，中低速磁悬浮更准确应对标轻轨，而非地铁。在造价与轻轨接近的前提下，磁 悬浮在爬坡、转弯、噪声等方面优势突出。最适合中低速磁悬浮的应 用场景是站间距较大、可建设高架的市郊或城际地区，以充分发挥磁悬浮高速、稳定的优势。 国内中低速磁悬浮产业、技术积累丰富。目前我国是全球各国中中低速磁悬浮线路最多，里程最长的国家。日本、德国虽然技术领先，但迟迟没有得到产业的验证。轨道建设以中国铁建、中国中铁为代表，在建成并运营长沙磁浮快线之后，中国铁建为了加快磁悬浮建设，于2016年10月成立了全额出资的中铁磁浮交通投资建设有限公司。整 车方面，中国中车在磁悬浮列车上的技术优势明显，中国铁建专门成立了中国铁建重工集团有限公司进入该领域，新筑股份通过购买德国

磁悬浮系统建模及其PID控制器设计

《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 2 学生姓名 *＊ 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 bａｓe ｄon 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、机械工业与生命科学等高科技领域有着广泛得应用背景。 随着磁悬浮技术得广泛应用,对磁悬浮系统得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得基础上,建立磁悬浮控制系统得数学模型，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，得出较好得控制参数，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得重点进行了思考，提出了自己得见解。 PＩD控制器自产生以来,一直就是工业生产过程中应用最广、也就是最成熟得控制器。目前大多数工业控制器都就是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控制器还就是以其结构简单、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: 磁悬浮就是利用悬浮磁力使物体处于一个无摩擦、无接触悬浮得平衡状态,磁悬浮瞧起来简单,但就是具体磁悬浮悬浮特性得实现却经历了一个漫长得岁月。由于磁悬浮技术原理就是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学为一体得典型得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得发展与转子动力学得进一步得研究，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得若干猜想--也就就是磁悬浮得早期模型。并列出了无摩擦阻力得磁悬浮列车使用得可能性。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得办法来实现这一目标。 1842年，英国物理学家Earnshow就提出了磁悬浮得概念,同时指出:单靠永久磁铁就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得悬浮状态。

磁悬浮系统建模及其PID控制器设计

《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 201110710247 学生姓名 ** 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。 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

(完整版)基于单片机的磁悬浮小球控制系统设计毕业设计

基于单片机的磁悬浮小球控制系统设计 摘要 随着越来越多的磁悬浮技术应用到现实生活中的各个领域，磁悬浮这个在几年前还是很陌生的一个词现在已经广为人知。磁悬浮以悬浮力产生的原理分类可以分为超导磁悬浮和常导磁悬浮。磁悬浮的控制系统是一个很复杂的问题。本文 研究的重点就是这两种磁悬浮的控制问题。 超导磁悬浮是利用处于超导状态下的超导体具有斥磁力的原理产生的。超导磁悬浮的悬浮物体就是超导体本身，所以超导磁悬浮的控制重点就落在了超导体上。本文从介绍超导磁悬浮的基本应用入手，逐步深入地介绍超导体的基本物理性质，然后介绍超导磁悬浮系统的控制方法、过程和原理。 与超导磁悬浮相比，常导磁悬浮的应用就更为广泛，因为常导磁悬浮的实现过程要简单得多。常导磁悬浮可以分为应用电磁铁的磁悬

浮和引用非电磁性磁铁（稀土永磁铁、普通磁铁等）的磁悬浮。但是由于电磁铁便于控制和利用，所以利用电磁铁的磁悬浮义勇更为广泛。本文在常导磁悬浮方面的研究是从一个实例入手，分析电磁铁式磁悬浮的原理，从而进一步研究电磁铁式磁悬浮的控制方法、过程和原理。 在本文的最后，我利用在大学里所学的知识，结合本文的研究重点——磁悬浮装置的控制问题，做出了一个简单的电磁悬浮装置。这个悬浮装置的原理是利用对电磁铁电流的控制来实现一个铁球在空中的来回反复运动，达到视觉上的悬浮效果。这虽然与实际的电磁铁悬浮控制方原理不同，但是利用这简单手段也能够达到相同的目的。这个实例给了我们一个启示：简单的演示实验装置也能够说明磁悬浮列车等高新技术的工作原理，磁悬浮并不是遥不可及的。 关键词：常导磁悬浮，超导磁悬浮，磁悬浮的控制，演示实验装置，磁悬浮列车

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

磁悬浮控制系统设计——自动控制原理大作业

原题 原题图片 物理背景描述 对于上图所示的磁悬浮系统,如果钢球在参考位置附近有很小的位移时,影像探测器上的电压e(伏特)由球的位移x（米)决定,即e=100x。 作用在钢球上向上的力f(牛顿）由电流i（安培）以及位移共同决定,其近似关系为f= 0.5i+20x 功率放大器为压流转换装置，其输入输出关系为i=u+V0。 钢球质量m=20（克），地球表面的重力加速度为g=9.8（牛顿／千克)。 其中V0为恒定偏置电压,以保持钢球处于平衡状态时的位移x=0。 问题的描述 以电压ｕ为控制信号，位移x为输出信号,建立系统的传递函数;以影像探测器输出电压e为反馈信号，并给定参考位移(输入)信号ｒ,构成闭环负反馈系统。试设计适当的控制器,使得闭环系统满足下列性能指标: 跟踪阶跃信号的稳态误差为零，跟踪单位斜坡信号的稳态误差小于０.01; 单位阶跃响应的超调量不大于3０％，过渡过程时间不大于1秒(?=2%)。

求控制器的传递函数。 问题推导 1．当x=0，r=0时： e=0,u=0; i=V0; f=0.5V0; 0.5V0?mg=m d 2x dt2 =0； mg=0.5V0 2．系统闭环传递函数： u=r?e; i=r?e+V0=r+V0?100x; f=0.5r+0.5V0?50x+20x=0.5r+0.5V0?30x; F=f?mg=0.5r+0.5V0?30x?mg=m d 2x dt2 ; m d2x dt2 +30x=0.5r+0.5V0?mg; (mg=0.5r) m d2x dt2 +30x=0.5r；取拉氏变换 G(s)=x(s) r(s)=0.5 ms2+30 ; （m=0.02kg） G(s)=25 s2+1500 3.系统开环传递函数 前向通道传递函数： F=f?mg=m d2x dt2 ; 20x+0.5i?mg=m d2x dt2 ; 20x+0.5u+0.5V0?mg=m d2x dt2 ; （mg=0.5r) m d2x dt2 ?20x=0.5r; 取拉氏变换 G(s)=x(s) r(s)=0.5 ms?20 ; (m=0.02kg) G(s)=25 s2?1000开环传递函数:

2019-2020年电磁悬浮系统课程设计报告.docx

研究生课程考核试卷 科目：现代控制理论教师： 姓名：学号： 专业：类别： 上课时间： 考生成绩： 卷面成绩平时成绩课程综合成绩阅卷评语： 阅卷教师 (签名) 重庆大学研究生院制

电磁悬浮系统课程设计报告 1.设计要求 简易电磁悬浮系统的物理模型如下图所示。其中电源提供高频交流电压从而使得电磁铁线圈流过高频交流电流，产生高频交变的电磁场，进而在金属小球表面产生涡流，涡流形成的电磁场与线圈产生的电磁场之间产生相互作用力。通过控制电磁铁线圈中流过的电流，使之产生的电磁力与金属球的重力相平衡，金属球则可稳定的在空中保持悬浮。电磁力与线圈电流i的平方成正比，与电磁铁和小球之间的距离x成反比，即 2 Ki F h 其中K为电磁力系数。 假设系统的参数为M=0 g，K=0.0001，L=0.01H，R=1Ω，g=9.8m/ s2。当电流i=7A时，小球位于平衡点h=0.01m处，试求： （1）以线圈电压v为输入量，电磁铁和小球之间的距离x为输出量，通过近似线性化处理建立系统的状态空间表达式； （2）对系统作稳定性分析，判断小球能否位于平衡点； （3）假设系统的控制要求为：偏离平衡点后能够自动回到平衡点，其中稳定时间<0.5s、超调量<5。试设计带状态观测器状态反馈系统，并绘制模拟仿真图； （4）根据模拟仿真图，绘制系统综合前后的响应曲线，判断系统在外加扰动的情况下小球能否回到平衡点。

2.系统分析与设计 设控制对象处于悬浮的平衡位置，电磁铁绕组上的电流为i，当它对控制对象产生的吸力F和控制对象的重力Mg相平衡时，控制对象将处于一种平衡状态,静止在该位置上。 假设在平衡位置悬浮体受到一个向下的扰动，悬浮体就会偏离其平衡位置向下运动，此时传感器检测出悬浮体偏离其平衡位置的位移并将位移相对应的电压输出至控制器，控制器将这一位移信号变换为控制信号，功率放大器又将该控制信号变换为控制电流。相对于平衡位置，此时的控制电流增大，因此,电磁铁的吸力F变大了，从而使控制对象返回到原来的平衡位置。 如果控制对象受到一个向上的扰动并向上运动,此时控制器使得功放的输出电流减小，电磁铁的吸力F变小了,控制对象也能返回到原来的平衡位置。因此，不论控制对象受到向上或向下的扰动，只要在控制器的控制下相应地及时改变控制电流的值，控制对象始终能处于稳定的平衡状态。 控制系统组成如图2.1所示。 图2.1 磁悬浮控制系统组成 2.1状态空间表达式 1）求原系统的状态空间表达式 由题中条件可以得到原系统KVL的如下关系式： di =+ v iR L dt 当系统稳定时，即小球悬浮静止时有： 2 Ki F Mg == h 取向下为正方向，a为小球向下的加速度，对小球在竖直方向受力分析：

磁悬浮演示装置设计设计报告

磁悬浮演示装置设计设计报告

毕业设计 题目：磁悬浮演示装置设计 院：电气信息学院 专业：电子信息工程班级： 1101 学号： 25 学生姓名：余东升 导师姓名：李延平 完成日期： 2015年 6月 10日

诚信声明 本人声明： 1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果； 2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料； 3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。 作者签名：日期：年月日

毕业设计（论文）任务书 题目：磁悬浮演示装置设计 姓名余东升学院电气信息学院专业电子信息工程班级1101 学号201101030125 指导老师李延平职称讲师教研室主任刘望军 一、基本任务及要求： 课题内容是以TI公司的Tiva C平台为基础实现一个磁悬浮实验演示装置，具体要求如下： 1、搭建实验装置的实物平台； 2、实现对磁铁的悬浮控制； 3、磁平衡的控制参数可调； 4、完成实物制作 二、进度安排及完成时间： 1、第一周至第二周：查阅资料、撰写文献综述和开题报告； 2、第三周至第四周：毕业实习； 3、第五周至第六周：各参数测试算法研究； 4、第七周至第八周：完成硬件的设计及模型组装；

5、第九周至第十一周：完成系统硬件电路的设计及调试； 6、第十二周至第十三周：完成单片机程序的编写及调试； 7、第十四周至第十五周：撰写设计说明书； 8、第十六周：毕业设计答辩

目录 摘要.................................................................... I Abstract ............................................................... II 第1章概述. (1) 1.1磁悬浮的研究背景 (1) 1.2磁悬浮研究的现状 (1) 第2章系统方案 (3) 2.1 系统总体方案设计 (3) 2.2 霍尔传感器 (3) 2.3 信号处理方案 (4) 2.4 线圈驱动器选型 (5) 2.5 主控芯片选择 (5) 第3章系统硬件设计 (7) 3.1 主控模块设计 (7) 3.2电源设计 (8) 3.3 传感器电路设计 (8) 3.4 控制线圈驱动模块设计 (8) 3.5霍尔元件与控制线圈的安装 (9) 第4章软件设计 (10) 4.1 编程语言的选择 (10) 4.2 主程序设计 (10) 4.3 模块程序设计 (11) 第5章调试与运行 (15) 5.1 编程工具CCS的介绍 (15) 5.2程序调试与下载 (16) 5.3 PID调试与结果 (17) 第6章结论与展望 (19) 参考文献 (20) 致谢 (21) 附录程序 (22)

磁悬浮列车技术基础

磁悬浮列车技术基础 磁悬浮列车主要由悬浮系统、推进系统和导向系统三大部分组成，见图。尽管可以使用与磁力无关的推进系统，但在目前的绝大部分设计中，这三部分的功能均由磁力来完成。下面分别对这三部分所采用的技术进行介绍 悬浮系统：目前悬浮系统的设计，可以分为两个方向，分别是德国所采用的常导型和日本所采用的超导型。从悬浮技术上讲就是电磁悬浮系统（EMS）和电力悬浮系统（EDS）。图4给出了两种系统的结构差别。 电磁悬浮系统（EMS）是一种吸力悬浮系统，是结合在机车上的电磁铁和导轨上的铁磁轨道相互吸引产生悬浮。常导磁悬浮列车工作时，首先调整车辆下部的悬浮和导向电磁铁的电磁吸力，与地面轨道两侧的绕组发生磁铁反作用将列车浮起。在车辆下部的导向电磁铁与轨道磁铁的反作用下，使车轮与轨道保持一定的侧向距离，实现轮轨在水平方向和垂直方向的无接触支撑和无接触导向。车辆与行车轨道之间的悬浮间隙为10毫米，是通过一套高精度电子调整系统得以保证的。此外由于悬浮和导向实际上与列车运行速度无关，所以即使在停车状态下列车仍然可以进入悬浮状态。 电力悬浮系统（EDS）将磁铁使用在运动的机车上以在导轨上产生电流。由于机车和导轨的缝隙减少时电磁斥力会增大，从而产生的电磁斥力提供了稳定的机车的支撑和导向。然而机车必须安装类似车轮一样的装置对机车在“起飞”和“着陆”时进行有效支撑，这是因为EDS在机车速度低于大约25英里/小时无法保证悬浮。EDS系统在低温超导技术下得到了更大的发展。 超导磁悬浮列车的最主要特征就是其超导元件在相当低的温度下所具有的完全导电性和完全抗磁性。超导磁铁是由超导材料制成的超导线圈构成，它不仅电流阻力为零，而且可以传导普通导线根本无法比拟的强大电流，这种特性使其能够制成体积小功率强大的电磁铁。