永磁悬浮无尘传送系统零悬浮力及节能特性研究

【摘要】：随着科学技术的发展，制造业行业对于加工环境的要求越来越高，比如生物工程、医疗器械、半导体生产等场合需要绝对的无尘环境。灰尘主要来于人为因素及加工机械等，设计研发好的无尘传送设备不仅能减少灰尘的来源而且能减少人工的参与，实现更高的自动化，提高生产效率。目前国内外主要使用无人运输车、防尘传送设备等，上述机械设备不可避免的均存在润滑需求、机械摩擦等，而这些过程均伴随着粉尘的产生。磁悬浮技术具有无接触、无摩擦、无须润滑等一系列优点，应用于无尘传送场合可有效解决传统设备所存在的问题。 根据永磁悬浮技术结构紧凑、控制系统简单等特性，提出一种永磁悬浮无尘传送系统。基本结构由伺服电机、盘状永磁铁、“F”形导磁铁轭、悬浮导轨及驱动装置组成，其中永磁铁与伺服电机直连，通过控制伺服电机转角可直接改变永磁铁旋转角度，进而改变导磁回路中的有效磁通量，这样便能实时改变悬浮系统所受悬浮力的大小。为使系统稳定及提供足够大的悬浮力，悬浮系统由4组相同的结构对称布置构成。 文章介绍了无尘传送系统结构及其工作原理，并利用系统辨识方法建立了悬浮系统数学模型，同时研究了系统悬浮特性。基于上述分析，解释了系统零悬浮力的存在及影响，利用有限元分析软件计算了优化后系统悬浮力的变化规律并进行相关对比分析，通过实验方法解决了系统自动悬浮上升及下降回落的关键问题。 根据永磁悬浮系统节能环保特性，通过实验方法对比分析相同悬浮力情况下无铁芯电磁铁、有铁芯电磁铁、永磁悬浮系统三者间能源消耗大小，分析各种方案的优缺点及其节能特性。 基于永磁悬浮系统结构，构建了可变磁路式并联型永磁悬浮系统，即将悬浮物替换为两个大小不同的铁球。根据系统运行机理建立了理论模型并分析了系统稳定悬浮控制器参数所需满足条件，其次通过实验验证了分析的正确性并研究了其悬浮特性，分析了系统受阶跃外扰及外力干扰不同情况下的动态响应特性。 【关键词】：无尘传送 永磁悬浮 零悬浮力 节能特性
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH139
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 磁悬浮技术的发展与现状9-11
• 1.2 磁悬浮传送系统研究动态11-13
• 1.3 磁悬浮系统控制策略特点及研究状况13-14
• 1.4 课题的提出及研究意义14-15
• 1.4.1 课题的提出14-15
• 1.4.2 研究意义15
• 1.5 主要研究内容15-16
• 第2章 永磁悬浮系统研究16-26
• 2.1 永磁悬浮无尘传送装置结构及原理16-17
• 2.2 永磁悬浮系统结构及工作原理17-18
• 2.3 永磁悬浮系统悬浮力的理论分析18-20
• 2.4 永磁悬浮系统的模型辨识20-25
• 2.4.1 输入输出数据采集21-22
• 2.4.2 模型结构选择及辨识22-23
• 2.4.3 模型验证23-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 永磁悬浮系统零悬浮力研究26-34
• 3.1 系统结构对零度角状态悬浮力的影响26-29
• 3.1.1 零度角状态悬浮力分析27-28
• 3.1.2 系统磁感应强度分析28-29
• 3.1.3 悬浮力分析29
• 3.2 悬浮物自动悬浮及准零悬浮力实现29-33
• 3.2.1 悬浮物自动悬浮实验29-32
• 3.2.2 悬浮物稳定下落实验32-33
• 3.3 本章小结33-34
• 第4章 永磁悬浮无尘传送系统节能特性研究34-42
• 4.1 概述34
• 4.2 不同悬浮方式下节能特性对比研究34-39
• 4.2.1 无铁芯电磁悬浮34-36
• 4.2.2 有铁芯电磁悬浮36-37
• 4.2.3 永磁悬浮37-39
• 4.3 对比分析39-41
• 4.4 本章小结41-42
• 第5章 可控磁路式并联型永磁悬浮系统42-53
• 5.1 系统结构及工作原理42
• 5.2 模型建立及分析42-52
• 5.2.1 模型建立42-44
• 5.2.2 可观可控性分析44
• 5.2.3 控制器反馈增益分析44-47
• 5.2.4 悬浮特性分析47-52
• 5.3 本章小结52-53
• 第6章 结论53-55
• 6.1 结论53
• 6.2 展望53-55
• 参考文献55-58
• 在学研究成果58-59
• 致谢59

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