1. Desarrollo y situación actual de la tecnología de levitación magnética El desarrollo de la tecnología de levitación magnética se inició en el siglo pasado. Eamshanws descubrió que los objetos diamagnéticos pueden flotar libremente en campos magnéticos. Este fenómeno fue demostrado rigurosamente teóricamente por Braunbeck en 1939, pero la investigación sobre sus aplicaciones prácticas no se ha llevado a cabo ampliamente hasta las últimas dos décadas. En los últimos años, la tecnología de levitación magnética se ha desarrollado rápidamente y se utiliza ampliamente. Debido al desarrollo de tecnologías modernas como sensores, tecnología de control (especialmente tecnología de control digital), tecnología superconductora de baja y alta temperatura, la tecnología de levitación magnética ha aumentado rápidamente y muchos países han invertido mucha mano de obra y recursos materiales en investigación. Dado que la levitación magnética tiene características sin contacto, puede evitar la fricción y el desgaste entre objetos, extender la vida útil de los equipos y mejorar las condiciones de funcionamiento de los equipos. Por lo tanto, tiene amplias perspectivas de aplicación en transporte, metalurgia, maquinaria y aparatos eléctricos. materiales, etc 2. Aplicación de la levitación magnética El rango de aplicación de la tecnología de levitación magnética abarca desde cojinetes de levitación magnética de alta velocidad hasta trenes de levitación de alta velocidad, así como modelos de levitación magnética de túnel de viento con espacios de aire y otros campos. La investigación sobre cojinetes magnéticos es una dirección de investigación muy activa en el extranjero y el objeto típico son los cojinetes magnéticos de generadores (también llamados cojinetes magnéticos). Los rodamientos magnéticos activos (AMB) se utilizan ampliamente en la aviación, el sector aeroespacial, los reactores nucleares, las bombas de vacío, los entornos ultralimpios, el almacenamiento de energía del volante y otros campos debido a sus ventajas de ausencia de desgaste mecánico, ausencia de ruido, larga vida útil y ausencia de aceite lubricante. contaminación. Los motores sin rodamientos son una nueva dirección de investigación propuesta en los últimos años. Integra rodamientos y motores magnéticos, tiene capacidades de autolevitación y conducción, no requiere ningún soporte de rodamiento independiente y tiene las características de tamaño pequeño y alta velocidad crítica. Más adecuado para ocasiones de operación de velocidad ultraalta, así como para estructuras pequeñas o incluso ultrapequeñas. Desde mediados de la década de 1990, se han iniciado investigaciones en el extranjero y han aparecido uno tras otro varios tipos de motores de levitación magnética síncronos de imán permanente, motores de levitación magnética de reluctancia conmutada y motores de levitación magnética de inducción. Entre ellos, el motor de levitación magnética de inducción tiene las ventajas de una estructura simple, bajo costo, alta confiabilidad, entrehierro uniforme y fácil aumento de velocidad bajo un campo magnético débil, y es una de las soluciones más prometedoras. Un motor eléctrico tradicional consta de un estator y un rotor, que están conectados mediante cojinetes mecánicos. Existe fricción mecánica durante el movimiento del rotor, lo que aumenta la resistencia a la fricción del rotor, provoca el desgaste de las piezas móviles, produce vibraciones y ruidos mecánicos, hace que las piezas móviles se calienten, empeora el rendimiento de la lubricación e incluso hace que el motor El espacio de aire se vuelve desigual, lo que hace que los devanados se calienten y la temperatura aumente, lo que reduce la eficiencia del motor y, en última instancia, acorta la vida útil del motor. El motor de levitación magnética utiliza el principio de "repulsión similar y atracción opuesta" entre los campos magnéticos de excitación del estator y el rotor para levitar el rotor, y al mismo tiempo genera fuerza de propulsión para hacer que el rotor se mueva en un estado suspendido. La investigación sobre motores de levitación magnética ha recibido cada vez más atención y ha habido algunos informes exitosos. Por ejemplo, los motores de levitación magnética se utilizan en el campo de las ciencias biológicas, y países extranjeros han desarrollado con éxito bombas de sangre cardíacas artificiales de levitación magnética centrífugas y vibratorias. La estructura de levitación magnética sin contacto mecánico no sólo es altamente eficiente, sino que también previene la hemólisis, la coagulación y la trombosis causadas por el daño a las células sanguíneas. La investigación sobre bombas de sangre de levitación magnética no sólo puede aliviar el dolor de los pacientes cardiovasculares y mejorar su calidad de vida, sino que también tiene una importancia de gran alcance para la vida humana. tres. El principio de funcionamiento del sistema de control de bolas de levitación magnética se muestra en la Figura 1. El diagrama del principio funcional del sistema de control de bolas de levitación magnética La fuerza electromagnética se genera al pasar una determinada corriente por el devanado del electroimán. Siempre que la corriente en el devanado del electroimán se controle para equilibrar la fuerza electromagnética generada con el peso de la bola de acero, la bola de acero puede quedar suspendida en el aire y en un estado de equilibrio inestable. Esto se debe a que la fuerza electromagnética entre el electroimán y la bola de acero es inversamente proporcional a la distancia entre ellos. Mientras el estado de equilibrio se altere ligeramente, la bola de acero caerá o será atraída por el electroimán, por lo que se debe implementar un control de circuito cerrado. Se utiliza un dispositivo de medición que consta de una fuente de luz eléctrica y un sensor para medir los cambios en la distancia y entre la bola de acero y el electroimán. Cuando se perturba la bola de acero y aumenta la distancia entre la bola de acero y el electroimán, la corriente de control en el devanado de control del electroimán aumenta en consecuencia y la bola de acero es succionada de regreso al estado de equilibrio, y viceversa. Lo que se discute anteriormente es el control de la bola de acero en dirección vertical. Para que la bola de acero flote de manera estable en el aire, la bola de acero también debe tener un cierto rango de estabilidad en la dirección horizontal. Para resolver este problema, un extremo del núcleo del electroimán que apunta hacia la bola de acero tiene una forma cónica, como se muestra en la Figura 1. Cuando la bola de acero se desvía de la posición de equilibrio central en dirección horizontal, la fuerza electromagnética apunta nuevamente a la dirección rugosa de la superficie de la bola de acero. Esta fuerza se puede descomponer en dos componentes, vertical y horizontal. El componente horizontal devuelve la bola de acero a su posición central de equilibrio original. En cuarto lugar, se diseña teóricamente el controlador de bola de levitación magnética. Primero, se establece un modelo matemático de la bola de acero: seleccionando los parámetros del modelo y analizando el rendimiento del sistema de control de la bola de levitación magnética, finalmente se establece un modelo matemático del sistema.
Por lo tanto, la función de transferencia modificada del controlador de bola de levitación magnética es la siguiente: 5. El análisis de rendimiento de la función de transferencia G (s) se muestra en la Figura 2. Se puede ver que el sistema tiene un ancho de banda más amplio y una frecuencia de corte mayor, por lo que el sistema de control es más rápido cuanto menor sea el margen del ángulo de fase, mejor; Cuanto más características de amortiguación sea el sistema, más estable será el proceso dinámico. La pendiente de alta frecuencia es grande, el sistema de control tiene una fuerte capacidad antiinterferente y la bola de acero está suspendida de manera estable.
Espero adoptar