摘要：针对永磁电动悬浮系统的垂向动态稳定性问题,研究了永磁电动悬浮系统的临界稳定特性;提出了一种永磁铁加常导线圈混合构成的新型Halbach阵列,通过在永磁体表面缠绕有源常导线圈,实现了永磁电动悬浮系统阻尼的主动控制,并对比了新型Halbach阵列与其他2种主动电磁阻尼控制方案;建立了新型Halbach阵列永磁电动悬浮系统垂向动力学模型,并采用经典PID闭环控制方法设计了悬浮控制器,分别在无外界干扰、外界扰动力干扰和轨道不平顺干扰3种情况下仿真分析了该系统的垂向动态稳定性。研究结果表明:永磁电动悬浮系统在扰动力作用下将进行等幅震荡而不能稳定悬浮,连续扰动力干扰下甚至可能撞轨;提出的新型Halbach阵列具有磁场耦合计算方便、力调节范围大的优点;设计的悬浮控制器能使系统稳定悬浮于额定气隙0.03 m的平衡位置,且线圈电流为0,不产生损耗,仿真分析所得系统悬浮气隙和线圈电流与理论分析结果的相对误差小于0.01%;当出现轨道不平顺干扰时,系统能快速稳定悬浮于额定气隙0.03 m的平衡位置,稳定后的线圈电流仍为0,实现了永磁电动悬浮系统的零功率平衡;当外界扰动力为±1 500 N时,系统能快速稳定悬浮于额定气隙0.03 m的平衡位置,稳定后的线圈电流分别为29.68和-30.40 A,表明新型Halbach阵列永磁电动悬浮系统能够实现垂向动态稳定。

关键词：车辆工程 电动悬浮系统 halbach阵列 阻尼 稳定性 

单位：西南交通大学电气工程学院; 四川成都610031; 西南交通大学磁浮技术与磁浮列车教育部重点实验室; 四川成都610031