精密磁浮运动系统电磁力的非线性建模分析-华侨大学学报自然科学版.PDFVIP

第 30 卷 　第 1 期 华 侨 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) Vol . 30 　No . 1 　 　 　2009 年 1 月 J ournal of Huaqiao U niver sit y (Nat ural Science) 　J an . 2009 　 文章编号 : 　100050 13 (2009) 0 1002205 　 精密磁浮运动系统电磁力的非线性建模分析 齐 　斌 , 戴利明, 周海波 , 黄 　毅 , 段吉安 ( 中南大学 机电工程学院 , 湖南 长沙 4 10083) 摘要 : 　为了对磁悬浮运动系统中电磁力进行精确建模 ,运用磁路理分析气隙边缘效应 、铁芯磁阻效应和磁路 漏磁通对电磁力模型的影响. 推导并给出不同情况下电磁力模型的表达式 ,绘制不同电磁力模型之间的误差 曲线. 从图形曲线及定点计算数据中可以得出 3 点主要结论. ( 1) 仅考虑气隙边缘效应时 ,对电磁力模型的精 度影响较大. (2) 漏磁通对模型的影响较小 , 同时考虑 3 种因素影响时的曲线和不考虑漏磁通效应影响时的 曲线非常相近. 但这并不说明磁路中漏磁通量很少. (3) 随着悬浮气隙的增大 ,按理想磁路理论建立的简化电 磁力表达式计算的磁动势 ,与同时考虑气隙边缘效应 、铁芯磁阻和漏磁通时的表达式计算结果之间的误差也 不断增大 ,会对系统的控制产生较大的影响. 关键词 : 　电磁力 ; 非线性模型 ; 边缘效应 ; 磁阻效应 ; 漏磁通 中图分类号 : 　O 44 1 ; TP 273 文献标识码 : 　A 磁悬浮系统具有强非线性的特点 ,在研究过程中通常对磁悬浮系统进行各种简化. 在建立电磁力模 型时 ,常将电磁铁系统的实际磁路理想化. 按理想磁路理论进行分析建模 , 即假设悬浮气隙中磁场无畸 变 ,磁力线垂直分布 ,忽略铁芯磁阻和磁路漏磁通[ 1 ] . 按照以上假设推导出的电磁力计算公式对一般的 磁悬浮系统具有很好的应用价值 ,具有一定的优越性 但是 , 当磁浮系统的运动精度达到微米级以上 时 ,上述因素对电磁力模型精度的影响将不可忽视[25 ] . 本文分析气隙边缘效应 、铁芯磁阻效应和磁路漏 磁通对磁悬浮系统建模的影响. 1 　铁芯材料 BH 曲线及其线性拟合 以 E 型吸力式结构 ,单铁直流磁浮系统为研究对象 ,系统模型如图 1 所示. 文中所用各参数意义及 ( ) 数值如下 :z 为悬浮气隙 m ; a , a , a 分别为中间 0 1 2 和两边的铁芯柱宽度 , a0 = 0 . 020 m , a1 = a2 = 0 . 10 m ; b 为中间铁芯柱与单边铁芯柱之间的宽度 , b = 0 . 030 m ;c 为电磁铁长度, c = 0 . 070 m ; d 为铁芯柱 高度, d = 0 . 030 m ; m , n , l 分别为铁芯中磁路各部分 μ μ 长度, m = 0 . 035 m , n = 0 . 045 m , l = 0 . 005 m ; 0 , μ πμ 分别为真空磁导率和铁芯磁导率, 0 = 0 . 4 H · m - 1 ;A 0 为中间铁芯柱截面积, A 0 = a0 ×c = 14 . 0 2 ( 2 ) cm ;A 1 为中间工作气隙的有效截面积 m , A 1 = ( ) ( )