单点混合磁悬浮系统的自抗扰控制仿真研究

电磁永磁混合悬浮技术比常导磁悬浮技术具有显著的节能优势。然而,由于永磁材料存在非线性特性,且实际工程应用中时常面临扰动突变与磁场变化等现象,因而提高了混合悬浮系统的抗扰动能力与控制精度要求。以单点磁-电混合悬浮球为研究对象,依据单自由度的简化结构,构建混合悬浮球的动力学模型并分析混合悬浮系统处于欠稳定状态。针对混合悬浮球系统的非线性、悬浮精度要求高与悬浮参数摄动等特点,设计基于Levant微分器的自抗扰控制算法,将Levant微分器安排在过渡过程可实现兼顾响应的快速性与滤波能力的同时简化控制器结构,一定程度上降低了调参难度。分析并验证基于Levant微分器的自抗扰控制算法在稳定性、冗余性、适应性和鲁棒性方面的优越性。仿真结果表明：相比于PID算法,基于Levant微分器的自抗扰控制算法可实现在超调量较小的情况下具备较快的响应速度、较强的抗扰动能力、适应性以及鲁棒性,由此为未来实现“永磁材料为基础,电磁控制为手段”的工程实践提供理论基础,进一步促进将自抗扰控制算法实践于混合悬浮技术的工程化应用中。     

超导电动磁悬浮列车模糊-改进型天棚阻尼横向半主动控制策略研究

为了提高超导电动磁悬浮列车动力学性能、改善列车运行平稳性和乘坐舒适性，提出基于可调因子的模糊-改进型天棚阻尼半主动复合控制方法。基于牛顿-欧拉方程建立车辆4自由度横向动力学模型，并通过逆傅里叶变换得到轨道随机不平顺激励；采用改进型天棚阻尼控制策略，结合模糊控制和可调因子方法，提出模糊-改进型天棚阻尼半主动复合控制策略和基于可调因子的模糊-改进型天棚阻尼半主动复合控制策略，探究列车在不同控制策略下的动力学性能。研究结果表明，模糊-改进型天棚阻尼策略和可调因子模糊-改进型天棚阻尼控制策略均可改善车辆的运行平稳性，且后者控制效果明显更优。     

中国高铁永葆工程领跑

本文从高铁工程发展的角度出发，陈述了中国高铁工程发展概况，解读了只有工程技术和工程科学的紧密结合才能实现高铁工程领跑，才能保持中国高铁工程继续领跑世界；回顾了中国高铁快速崛起、领跑世界的历程，包括酝酿期、探索期、成熟期和发展期；复兴号高速列车已经成为中国高铁自主创新的成功范例，标志着中国高铁工程由跟跑、并跑到领跑，初步实现了工程领跑.分析了中国高铁工程领跑面临德国、法国和日本等国家轮轨高铁更高速度、数字化转型以及日本和美国等国家高速及超高速管道磁悬浮高铁发展的严峻挑战.提出了围绕“轮轨天下，超导未来”等应对严峻挑战的积极对策，并展望了高铁时代和后高铁时代轮轨高铁的发展趋势和磁悬浮高铁的未来发展，力求中国高铁继续保持工程领跑的最佳境界.     

超高速磁悬浮交通车站技术方案研究

超高速磁悬浮交通是未来轨道交通技术朝向更高速度发展的重要方向。为实现超高速磁悬浮交通工程化，通过对真空管道特点的分析，提出地铁模式车站布局和国铁模式车站布局2种设计方案，并对不同类型的超高速磁悬浮交通车站平面布置方案进行研究；结合车站布局，提出真空与常压自然环境相互转换间旅客上下车方案，为后续超高速真空管道磁浮交通系统的发展提供研究依据。     

超高速永磁电动悬浮系统性能优化

为提高超高速永磁电动悬浮系统的综合性能，围绕浮重比、浮阻比和悬浮刚度3个重要指标开展了多目标性能优化研究.首先，对永磁电动悬浮系统进行横向延拓，推导三维电磁力模型，并进行有限元仿真分析；然后，针对浮重比、浮阻比和悬浮刚度的多目标优化问题，提出基于“系统级+子系统级”架构的并行优化策略，实现了线性加权意义下的系统性能最优.最后，搭建了“Halbach永磁阵列+凸缘式铝制转盘”实验平台，验证上述优化策略在提高系统性能上的有效性.研究结果表明：在超高速工况下，理论解析计算得到悬浮力与仿真结果误差在8%以内，而磁阻力几乎没有误差；通过优化设计，浮重比从11.0提升至18.3，增幅为75.50%；浮阻比从3.5提升至3.8，增幅为7.50%；单位质量永磁阵列的悬浮刚度从6.1 kN/m提升至20.6 kN/m，增幅为235.94%.     

磁悬浮柔性转子系统解耦控制仿真

目前磁悬浮转子系统的解耦控制研究主要基于刚性转子系统，但在高转速、高支撑刚度下，转子的弹性模态不能忽视.针对磁悬浮柔性转子的解耦控制问题，首先，建立柔性转子模型，采用模态截断法进行简化，通过状态反馈解耦得到解耦系统；然后，基于解耦系统设计了内模控制器，针对状态变量不易通过传感器获取的特点设计状态观测器；最后，仿真分析系统的解耦效果.仿真结果表明：未解耦系统的位移响应中含有与系统固有频率相关的多个频率成分，而解耦后系统的位移响应仅含激励同频成分；同一坐标平面内的机械耦合由10^-5m数量级减小到10^-6m数量级，由陀螺效应引起的两径向方向间的耦合由10^-6m数量级减小到10^-19m数量级，机械耦合和陀螺效应耦合均得到了有效控制；稳定悬浮时轴心到参考点距离的标准差由6.52×10^-9m减小到6.38×10^-12m，解耦后系统的运行波动更小；转子升速时和受到噪声干扰时系统响应不再受到固有频率影响，始终保持平稳；采用状态反馈解耦对不同的控制方法同样有效.     

EMS型中低速磁浮列车悬浮架技术研究综述

悬浮架是承载EMS(electro-magnetic suspension)型中低速磁浮列车运行的关键子系统，影响列车的悬浮稳定性、舒适性和安全性，需要对其进行深入研究.围绕国内外EMS型中低速磁浮列车应用案例，介绍了（悬挂）端置式悬浮架、（悬挂）中置式悬浮架的技术方案和特征，总结了主要技术指标.结合悬浮架技术研究、发展现状，讨论了磁轨作用关系、运动解耦能力、动力学性能、结构强度以及悬浮冗余设计五大研究方向，通过对研究内容梳理和总结，归纳了现有前沿科学问题和工程技术挑战：一是轨距亟须统一；二是动态磁轨关系研究欠缺；三是悬浮架横向动力学有待研究；四是悬浮架疲劳强度分析及试验不足；五是悬浮架机械结构冗余设计方案较少.