[发明专利]一种基于解析模型的磁悬浮运动实时仿真系统及方法

权利要求书

1.一种基于解析模型的磁悬浮运动实时仿真系统，包括磁悬浮运动平台，其特征在于：包括依次连接的控制模块、电流-磁力转换模块、磁力解析模块和运动反馈模块；控制模块用于根据运动误差计算出磁悬浮运动平台所需磁力；电流-磁力转换模块用于根据控制模块输出的磁力，逆模型求解磁力解析模块所需的驱动电流；磁力解析模块用于依据电流-磁力转换模块输出的驱动电流，实时计算磁悬浮运动平台所受磁力大小；运动反馈模块用于根据磁力解析模块输出的磁力大小，实时更新磁悬浮运动平台运动状态，并反馈至控制模块。

2.根据权利要求1所述基于解析模型的磁悬浮运动实时仿真系统的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：根据当前运动误差，通过控制模块实时计算磁悬浮运动平台所需磁力和磁力矩；

步骤2：将控制模块输出的磁悬浮运动平台所需磁力和磁力矩输入到电流-磁力转换模块中，通过逆模型运算，计算出磁悬浮运动平台所需驱动电流大小；

步骤3：根据电流-磁力转换模块求得驱动电流大小，磁力解析模块实时计算磁悬浮平台当前所受磁力及力矩大小；

步骤4：根据磁悬浮运动平台所受磁力及力矩，利用积分器计算磁悬浮运动平台实时位置，并将其反馈至控制模块。

3.根据权利要求2所述基于解析模型的磁悬浮运动实时仿真系统的测试方法，其特征在于：控制模块采用PID控制算法。

4.根据权利要求3所述基于解析模型的磁悬浮运动实时仿真系统的测试方法，其特征在于：步骤1的实现包括：

将磁悬浮平台目标位置及实时位置输入控制模块，获取在k时刻的位置误差e(k)＝[e_x(k) e_y(k) e_z(k) e_α(k) e_β(k) e_γ(k)]^T，根据PID控制原理，k时刻运动所需磁力与磁力矩大小为：

其中，K_x,1、K_x,2、K_x,3为平移运动的PID参数，K_α,1、K_α,2、K_α,3、K_γ,1、K_γ,2、K_γ,3为旋转运动的PID参数。

5.根据权利要求3所述基于解析模型的磁悬浮运动实时仿真系统的测试方法，其特征在于：步骤2的实现包括：

通过实际测量，获取与磁力和磁力矩、磁悬浮运动平台与线圈相对位置以及线圈中驱动电流的数据，通过曲线拟合的方式，得到磁力、电流以及磁悬浮运动平台与线圈相对位置这三个变量之间的数学关系式，通过该数学关系式实时解算线圈中驱动电流的大小：

I(k)为磁悬浮运动平台在k时刻运动所需的驱动电流。

6.根据权利要求3所述基于解析模型的磁悬浮运动实时仿真系统的测试方法，其特征在于：步骤3的实现包括：

步骤3.1、采用谐波模型，根据麦克斯韦方程组以及磁场边界条件，对拉普拉斯方程进行求解，得到动子坐标系下磁悬浮运动平台磁体阵列的磁场分布；

步骤3.2、利用空间坐标变换，将动子坐标系下磁悬浮运动平台磁体阵列的磁感应强度转化为定子坐标系下磁感应强度，坐标变换公式为：

通过坐标变换，空间磁场公式为：

其中，α、β、γ为磁悬浮运动平台相对于定子平台偏转角，B₀为磁阵列剩余磁通量，n为谐波系数，H_m、W_m为磁体相关尺寸参数，

步骤3.3、通过洛伦兹积分，对磁悬浮运动平台所受磁力大小进行计算，所得到的磁力表达式为：

其中，

7.根据权利要求3所述基于解析模型的磁悬浮运动实时仿真系统的测试方法，其特征在于：步骤4的实现包括：运动反馈模块根据磁力解析模块输出磁力大小，实时更新磁悬浮平台运动状态，并将当前位置反馈至控制模块，实现闭环仿真。