永磁电磁悬浮技术及应用研究

　　本书以永磁电磁悬浮技术为研究对象，研究领域涉及永磁电磁混合悬浮系统以及永磁电动与电磁混合悬浮系统，应用范围包括中低速、高速和超高速运载系统等。全书在分析磁浮交通系统原理、类型和特点等基础上，总结了国内外磁浮交通领域的研究应用成果，针对常导电磁悬浮技术和永磁电动悬浮技术的发展需求，研究了永磁电磁混合悬浮以及永磁电动与电磁混合悬浮的关键技术，并具体介绍了相关技术的应用成果。本书是国防科技大学磁浮团队承担“十五”863、“十一五”和“十二五”国家科技支撑计划以及国家自然科学基金等永磁电磁悬浮课题研究的总结。团队经过近20年的技术攻关，完成了永磁电磁悬浮原理研究、集成试验和整车（平台）验证的研制历程。全书以准确的数据、大量的仿真和现场实验为基础，深入浅出地全面介绍了永磁电磁悬浮关键技术，可为永磁电磁悬浮技术在运载工具、旋转机械、有关装备研发中的应用提供指导。

　　龙志强，国防科技大学智能科学学院研究员、博士生导师，控制科学与工程学科电磁悬浮与推进方向学术带头人，全军优秀教师，获国务院政府特殊津贴。多年来一直从事磁浮技术研究，我国中低速和高速磁浮领域知名专家，国家863高速磁浮重大专项专业组专家，国防科技大学磁浮方向技术总师。牵头国家科技支撑计划和重点研发计划等20项重大工程课题，带领团队形成多层次科研攻关能力体系。在磁浮核心装备研发与创新方面、新型中速磁浮和永磁电磁混合悬浮等方面进行了开拓性研究，牵头研制了一列两辆编组的永磁电磁混合悬浮高速试验车的悬浮控制系统并成功运行。作为磁浮核心装备总体组长，完成了北京市重大工程——中低速磁浮示范线研建；作为省政府集成顾问和悬浮控制项目负责人，完成了湖南省重点工程——长沙磁浮快线研建。获省部级科技进步一等奖4项、湖南省科技创新奖1项，出版专著2部，其中英文专著1部；授权专利60项。

第1章绪论1
1.1背景与意义3
1.2国内外磁浮交通的主要应用成果5
1.2.1国外研究现状和主要成果5
1.2.2国内研究现状和主要成果6
1.3永磁电磁混合型悬浮技术研究现状与挑战14
1.3.1电磁铁设计16
1.3.2悬浮控制技术16
1.3.3吸死防护技术17
1.4永磁电动与电磁混合悬浮技术研究现状与挑战18
1.4.1永磁电动悬浮技术18
1.4.2永磁电动与电磁混合悬浮技术19
1.5本章小结21
第2章永磁电磁混合型高速磁浮列车悬浮电磁铁设计技术23
2.1概述25
2.2永磁电磁混合型磁铁的基本设计要求26
2.2.1节能要求26
2.2.2提升永磁体利用率的要求28
2.2.3提高PEM可控性能的要求29
2.3永磁电磁混合型磁铁的结构设计与对比分析32
2.3.1现有EM的基本结构32
2.3.2三种安装永磁体的方案分析32
2.3.3PEM的有限元计算与分析33
2.4节能型永磁电磁混合型磁铁设计36
2.4.1节能型PEM的设计要求36
2.4.2节能型PEM的参数计算37
2.4.3节能型PEM的设计结果39
2.4.4节能型PEM的研制与实验40
2.5安全型永磁电磁混合型磁铁设计41
2.5.1安全型PEM的设计要求42
2.5.2安全型PEM的参数计算42
2.5.3安全型PEM的设计结果45
2.6综合型永磁电磁混合型磁铁设计45
2.6.1综合型PEM的设计要求45
2.6.2综合型PEM的参数计算45
2.6.3综合型PEM的设计结果51
2.7本章小结51
第3章永磁电磁混合型高速磁浮列车悬浮控制技术53
3.1概述55
3.2永磁电磁混合悬浮系统建模与分析56
3.2.1系统模型56
3.2.2开环特性分析58
3.2.3永磁参数和漏磁因素对系统开环特性的影响59
3.3基于状态反馈的零功率控制器设计61
3.3.1状态反馈控制器设计61
3.3.2状态反馈控制器仿真分析63
3.4基于参数自适应的零功率控制器设计64
3.4.1参数自适应控制器设计65
3.4.2参数自适应控制器稳定性分析66
3.4.3参数自适应控制器仿真分析67
3.5永磁电磁混合悬浮系统实验研究68
3.5.1永磁电磁混合悬浮双磁浮架实验研究68
3.5.2整车运行实验测试73
3.6本章小结74
第4章永磁电磁混合型中低速磁浮列车悬浮技术75
4.1概述77
4.2永磁电磁混合悬浮电磁铁设计78
4.2.1磁铁结构选择78
4.2.2磁铁结构参数设计79
4.2.3有限元仿真分析80
4.3永磁电磁混合悬浮系统抗扰控制83
4.3.1错台干扰83
4.3.2冲击干扰86
4.3.3负载变化对悬浮系统的影响90
4.4实验测试验证93
4.4.1电磁悬浮与永磁电磁混合悬浮实验测试对比93
4.4.2整车运行实验测试97
4.5本章小结100
第5章永磁电磁混合悬浮系统的安全防护技术101
5.1概述103
5.2中低速磁浮系统机械防护策略103
5.2.1吸死力学特性与危害性分析103
5.2.2防撞铜块厚度优化设计105
5.3中低速磁浮系统主动控制防护策略108
5.3.1防吸死控制算法108
5.3.2防吸死实验研究111
5.4高速磁浮系统主动控制防护策略114
5.4.1永磁电磁混合型悬浮吸死故障分析114
5.4.2基于线性矩阵不等式的防吸死控制算法120
5.4.3防吸死实验研究127
5.5本章小结129
第6章超高速永磁电动悬浮技术131
6.1概述133
6.2永磁电动悬浮的机理分析134
6.2.1Halbach永磁体阵列与空间磁场分析134
6.2.2离散轨道形式电磁力计算140
6.2.3连续轨道形式电磁力计算144
6.3Halbach结构永磁体阵列的优化设计149
6.3.1理想Halbach结构永磁体阵列优化分析149
6.3.2准Halbach结构永磁体阵列优化分析152
6.4永磁电动悬浮系统的稳定性分析159
6.5永磁电动悬浮实验测试161
6.5.1永磁电动悬浮实验平台设计161
6.5.2实验结果与分析162
6.6本章小结164
第7章超高速永磁电动与电磁混合悬浮技术165
7.1概述167
7.2永磁电动与电磁混合悬浮系统的结构方案168
7.2.1车体与轨道结构168
7.2.2悬浮与导向系统结构169
7.3永磁电动与电磁混合悬浮系统建模172
7.3.1永磁电动与电磁混合悬浮系统172
7.3.2永磁电动悬浮系统阻尼特性分析173
7.3.3永磁电动与电磁混合悬浮系统模型178
7.4永磁电动与电磁混合悬浮系统控制器设计182
7.4.1永磁电动与电磁混合悬浮系统能控能观性182
7.4.2永磁电动与电磁混合悬浮系统速度反馈控制器设计183
7.4.3永磁电动与电磁混合悬浮系统间隙反馈控制器设计192
7.4.4永磁电动与电磁混合悬浮系统控制方案205
7.5永磁电动与电磁混合悬浮实验测试208
7.5.1永磁电动与电磁混合悬浮实验平台设计208
7.5.2永磁电动与电磁混合悬浮控制实验结果分析209
7.6本章小结211
参考文献212