磁悬浮智能支承

　　本书尝试将磁悬浮旋转支承与磁悬浮直线支承结合起来，以磁悬浮支承技术为研究对象，阐述磁悬浮智能支承的共同特征。本书主要阐述了磁悬浮支承的发展历史与现状、磁悬浮智能支承的概念与内涵、磁悬浮支承结构的冗余与重构、磁悬浮支承的智能控制算法等磁悬浮智能支承的基础理论，介绍了常导磁悬浮列车、超导磁悬浮列车、真空管道磁悬浮列车的工作原理及发展现状与趋势，论述了磁悬浮电梯、磁悬浮导轨的应用，还介绍了磁悬浮支承的减振隔振原理、方法与装置。本书主要读者为从事磁悬浮研究的相关科研工作人员和高等学校的教师、研究生等。本书也可以作为研究生的教材使用。

　　胡业发 工学博士，武汉理工大学二级教授、博士生导师，机械工程专业责任教授，美国密歇根大学访问学者。国际磁悬浮轴承学术委员会委员、全国磁悬浮技术专业委员会副主任委员、中国人工智能学会智能制造专业委员会常务委员、湖北省电工技术学会副理事长。主要研究领域：磁悬浮技术、复合材料设计、数字制造。主持国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、中俄国际合作项目、湖北省自然科学基金重点类项目、湖北省科技创新项目重大专项和企业横向项目等30余项。长期从事磁悬浮技术方面的研究。获得湖北省科学技术奖（技术发明奖二等奖）1项；获得国家发明专利授权16项；出版学术专著2部，教材1部；发表论文100多篇，其中80篇被SCI/EI/ISTP收录。王晓光 工学博士，武汉理工大学教授。1982年毕业于华中工学院（今华中科技大学）机械系机械制造及其自动化专业；1982年至1989年在铁道部大桥工程局桥梁机械厂工作，工程师；1989年至今在武汉理工大学机电工程学院从事教学与科研工作。主要研究领域：机械制造、机电一体化设备、磁悬浮技术及其应用、工业工程。在国内外学术期刊和会议上发表学术论文60多篇；获得国家发明专利授权20多项。参与“磁悬浮转子的关键技术”项目，获2005年度湖北省科学技术奖（技术发明奖二等奖）。参与了《磁力轴承的基础理论与应用》一书的编写工作。宋春生 工学博士，武汉理工大学机电工程学院教授、博士生导师。湖北省磁悬浮工程技术研究中心副主任，入选武汉市“黄鹤英才计划”。主要研究领域：磁悬浮主动隔振技术、状态监测与故障诊断等。在国内外重要学术期刊及会议上发表高水平学术论文40余篇，其中SCI收录30余篇；参编专著1部；获批软件版权4项；申请国家专利30项，授权14项；主持国家自然科学基金项目3项，主持和承担其他*、省部级项目及军工与企业项目20余项。兼任中国电子学会电子机械工程分会委员、中国机械行业卓越工程师教育联盟智能制造专业委员会委员、全国材料新技术发展研究会第一届理事会理事、湖北省电机工程学会理事、中国机械工程学会高级会员、中国电子学会高级会员。

第1章绪论/1
1.1磁悬浮支承的发展历史与现状/3
1.2磁悬浮旋转支承/9
1.2.1主动磁悬浮轴承/9
1.2.2被动磁悬浮轴承/10
1.2.3超导磁悬浮轴承/11
1.2.4混合磁悬浮轴承/14
1.3磁悬浮轴承的特点/18
1.4智能支承/19
1.4.1轴承智能化的研究及其发展现状/20
1.4.2磁悬浮智能支承/23
1.5本章小结/25
本章参考文献/25
第2章磁悬浮智能支承的结构/28
2.1磁悬浮支承原理/28
2.1.1完全约束磁悬浮支承系统/28
2.1.2非完全约束磁悬浮支承系统/29
2.2非完全约束磁悬浮系统的实际案例/29
2.2.1磁悬浮盘片系统的动力学模型/29
2.2.2磁悬浮盘片系统盘片空间状态信息的获取/31
2.2.3磁悬浮盘片系统盘片控制信号的计算/32
2.2.4电磁铁三个方向电磁力的特性/33
2.2.5磁悬浮支承边缘效应电磁力的实验测定/36
2.2.6磁悬浮盘片系统的实验/38
2.3磁悬浮支承的冗余设计与可靠性/42
2.3.1径向磁悬浮支承冗余设计方案/43
2.3.2轴向磁悬浮支承冗余设计方案/44
2.3.3控制系统冗余结构设计方案/45
2.3.4径向磁悬浮支承残余承载力/46
2.3.5轴向磁悬浮支承残余承载力/46
2.3.6磁悬浮支承冗余设计的可靠性/48
2.4弱耦合径向磁悬浮支承/50
2.4.1力平衡补偿控制/51
2.4.2弱耦合径向磁悬浮支承冗余设计/54
2.4.3参数的计算与选择/55
2.4.4各种失效类型的补偿/56
2.5弱耦合轴向磁悬浮支承/59
2.5.1结构参数的确定/60
2.5.2六环冗余结构残余承载力/62
2.5.3六环冗余结构附加弯矩/63
2.5.4六环冗余结构与两环冗余结构的性能对比/67
2.5.5六环冗余轴向磁悬浮支承的热性能/69
2.6本章小结/79
本章参考文献/80
磁悬浮智能支承目录第3章磁悬浮轴承磁场分析与支承参数识别/83
3.1磁悬浮轴承三维磁场有限元分析/83
3.1.1有限元建模/83
3.1.2求解/89
3.1.3解后处理/89
3.2磁悬浮轴承磁场耦合分析/95
3.2.1不同磁极布置形式的磁场分布比较/95
3.2.2不同磁极布置形式的磁力比较/98
3.3磁悬浮支承特性参数的测试和辨别/99
3.3.1力电流系数的实验测定/100
3.3.2力位移系数的实验测定/101
3.3.3电控环节的数学模型辨别/102
3.3.4磁悬浮轴承动力特性参数的辨别/106
3.4本章小结/107
本章参考文献/108
第4章磁悬浮智能支承的控制算法/109
4.1磁悬浮支承的PD控制算法/109
4.2磁悬浮支承的PID控制算法/116
4.3磁悬浮支承的智能控制算法/118
4.4磁悬浮支承系统模糊控制/120
4.4.1模糊控制概述/120
4.4.2模糊控制原理/120
4.4.3模糊PID控制/121
4.4.4基于模糊PID控制的磁悬浮系统/124
4.5磁悬浮系统神经网络控制/126
4.5.1神经网络控制概述/126
4.5.2人工神经元模型/126
4.5.3神经网络学习规则/127
4.5.4BP神经网络PID控制/128
4.5.5单神经元自适应控制及仿真/129
4.6BP神经网络控制实例/130
4.7本章小结/132
本章参考文献/133
第5章磁悬浮支承的故障诊断与重构/134
5.1磁悬浮支承的故障分类/134
5.1.1针对位移检测环路的故障分析/135
5.1.2针对电流控制环路的故障分析/136
5.2磁悬浮智能支承的重构/138
5.2.1基于冗余位移传感器的容错控制/139
5.2.2强耦合冗余支承结构的重构策略/140
5.2.3弱耦合冗余支承结构的重构策略/149
5.3本章小结/160
本章参考文献/160
第6章磁悬浮直线支承/164
6.1常导磁悬浮列车/164
6.1.1EMS式磁悬浮列车/164
6.1.2EDS式磁悬浮列车/167
6.2超导磁悬浮列车/169
6.3真空管道磁悬浮列车/171
6.3.1常导电磁悬浮/171
6.3.2永磁悬浮/172
6.3.3电动悬浮/174
6.3.4高温超导悬浮/174
6.3.5混合磁悬浮/175
6.3.6真空管道磁悬浮列车方面的研究/175
6.4磁悬浮列车的特点与悬浮模型/178
6.4.1磁悬浮列车特点/178
6.4.2磁悬浮列车悬浮原理与悬浮模型/179
6.5磁悬浮直线支承其他应用/185
6.5.1磁悬浮机床导轨/185
6.5.2磁悬浮电梯/185
6.6本章小结/187
本章参考文献/187
第7章磁悬浮主动隔振技术/191
7.1磁悬浮主动隔振技术原理/191
7.2差动式磁悬浮隔振器数学模型/192
7.3磁悬浮隔振器的设计与分析/194
7.3.1结构设计及参数选择/194
7.3.2磁悬浮隔振器电磁场分析/195
7.3.3电磁力模型辨识/198
7.4磁悬浮主动隔振系统动力学特性/200
7.4.1磁悬浮单层隔振系统动力学特性/200
7.4.2磁悬浮双层隔振系统动力学特性/202
7.4.3磁悬浮浮筏隔振系统动力学特性/208
7.5磁悬浮隔振系统的控制系统/215
7.5.1控制策略/215
7.5.2控制模型/216
7.6LQR控制系统仿真/217
7.6.1磁悬浮单层隔振系统/217
7.6.2磁悬浮浮筏隔振系统/218
7.7实验分析/220
7.7.1隔振系统结构设计/220
7.7.2磁悬浮单层隔振系统实验分析/223
7.7.3磁悬浮浮筏隔振系统实验分析/224
7.8本章小结/224
本章参考文献/225
第8章磁悬浮微重力隔振系统/226
8.1空间微重力环境与磁悬浮隔振装置/226
8.1.1空间微重力环境与空间科学实验/226
8.1.2空间微重力隔振装置/228
8.1.3磁悬浮微重力主动隔振系统面临的基础理论问题/235
8.2磁悬浮微重力隔振系统建模/236
8.2.1隔振控制系统基本原理/236
8.2.2磁悬浮微重力隔振结构设计/236
8.2.3微重力隔振装置测量模型建立/238
8.2.4微重力隔振系统动力学建模/246
8.3磁悬浮微重力隔振控制系统设计/253
8.4本章小结/258
本章参考文献/258