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西南交通大学本科毕业设计（论文）常导/超导磁悬浮演示试验装置的控制年级:2002级学号:20023569姓名:吴华专业:电子科学与技术指导老师:陈汉军2006年6月西南交通大学本科毕业设计（论文）第2页院系理学院电子科学与技术系专业电子科学与技术年级2002级姓名吴华题目常导/超导磁悬浮演示实验装置的控制指导教师评语指导教师(签章)评阅人评语评阅人(签章)成绩答辩委员会主任(签章)年月日西南交通大学本科毕业设计（论文）第3页毕业设计（论文）任务书班级电科2班学生姓名吴华学号20023569发题日期：2006年3月5日完成日期：2006年6月15日题目常导/超导磁悬浮演示实验装置的控制1、本论文的目的、意义本文目的是通过磁悬浮技术的理论研究，让跟多的人认识磁悬浮，了解磁悬浮。通过本文的理论知识的介绍，我自己设计制作了一个简单的磁悬浮装置，用于实现磁悬浮原理。通过一个简单的装置就能实现磁悬浮原理，让人们认识到磁悬浮并不是遥不可及的。本文的意义是通过对磁悬的原理分析，结合自做的小装置，希望更多采用磁悬浮技术产品应用到高校的实验室和日常生活中。让人们更多的认识磁悬浮，普及磁悬浮知识。2、学生应完成的任务了解磁悬浮的基本知识，磁悬浮技术的应用，磁悬浮技术在国外以及在国内的发展情况。了解超导体的性质，超导磁悬浮的基本原理，并且结合实际中应用最广泛的超导磁悬浮列车说出其具体的工作原理。了解常导磁悬浮的基本知识及实现原理，并且能够对现有的常导磁悬浮列车了解出其工作原理。理论分析在超导/常导磁悬浮系统中的控制过程，方法。学生根据自己所学习到的知识设计一个小模型，用来演示磁悬浮现象。整个装置用于解释和说明磁悬浮原理和现象。通过这个装置，使磁悬浮的演示实验内容更加丰富。西南交通大学本科毕业设计（论文）第4页3、论文各部分内容及时间分配：（共12周）第一部查找与论文有关的英文资料和论文资料(1周)第二部分学习磁悬浮相关的理论知识，进行对英文文献的学习和翻译。(2周)第三部分了解所写论文的目的、意义。并开始构思论文的内容。(3周)第四部分根据设计的装置购置所需的器材，并且完成设计的装置。(3周)第五部分攥写论文，并完成设计装置的制作(3周)评阅及答辩(周)备注指导教师：年月日审批人：年月日西南交通大学本科毕业设计（论文）第5页目录摘要………………………………………………6第一章绪论………………………………………91.1问题提出………………………………………………………………………………91.2磁悬浮的应用小装置举例…………………………………………………………101.3磁悬浮列车简介……………………………………………………………………111.3.1德国的常导磁悬浮列车………………………………………………………131.3.2日本的超导磁悬浮列车………………………………………………………131.3.3中国磁悬浮列车的研究状况…………………………………………………141.4磁悬浮列车悬浮方式………………………………………………………………151.4.1电动悬浮（EDS，磁斥式）……………………………………………………151.4.2电磁悬浮（EMS，磁吸式）……………………………………………………161.4.3永磁悬浮（PMS，磁吸式）……………………………………………………161.5本文研究的主要内容、目标与方法………………………………………………19第二章常导磁悬浮的物理模型………………202．1常导磁悬浮列车的物理模型………………………………………………………202.1.1悬浮力的公式推导……………………………………………………………202.1.2磁极侧向偏移时的悬浮力和导向力…………………………………………212.1.3磁浮列车的驱动原理…………………………………………………………212.1.4参数……………………………………………………………………………242.1.5悬浮力损失的原因分析………………………………………………………252.1.6悬浮力的补偿…………………………………………………………………262.3常导磁悬浮系统设计………………………………………………………………30第三章超导磁悬浮的物理模型………………323.1超导体基本现象……………………………………………………………………323.2超导磁悬浮的原理…………………………………………………………………413.3超导磁悬列车的物理模型…………………………………………………………423.4超导磁悬浮列车的悬浮力和导向力………………………………………………45第四章一个简单的悬浮装置…………………504.1概述………………………………………………………………………………504.2主要部件尺寸、数量及相关材料………………………………………………54第五章总结………………………………………57参考文献…………………………………………59西南交通大学本科毕业设计（论文）第6页摘要随着越来越多的磁悬浮技术应用到现实生活中的各个领域，磁悬浮这个在几年前还是很陌生的一个词现在已经广为人知。磁悬浮以悬浮力产生的原理分类可以分为超导磁悬浮和常导磁悬浮。磁悬浮的控制系统是一个很复杂的问题。本文研究的重点就是这两种磁悬浮的控制问题。超导磁悬浮是利用处于超导状态下的超导体具有斥磁力的原理产生的。超导磁悬浮的悬浮物体就是超导体本身，所以超导磁悬浮的控制重点就落在了超导体上。本文从介绍超导磁悬浮的基本应用入手，逐步深入地介绍超导体的基本物理性质，然后介绍超导磁悬浮系统的控制方法、过程和原理。与超导磁悬浮相比，常导磁悬浮的应用就更为广泛，因为常导磁悬浮的实现过程要简单得多。常导磁悬浮可以分为应用电磁铁的磁悬浮和引用非电磁性磁铁（稀土永磁铁、普通磁铁等）的磁悬浮。但是由于电磁铁便于控制和利用，所以利用电磁铁的磁悬浮义勇更为广泛。本文在常导磁悬浮方面的研究是从一个实例入手，分析电磁铁式磁悬浮的原理，从而进一步研究电磁铁式磁悬浮的控制方法、过程和原理。在本文的最后，我利用在大学里所学的知识，结合本文的研究重点——磁悬浮装置的控制问题，做出了一个简单的电磁悬浮装置。这个悬浮装置的原理是利用对电磁铁电流的控制来实现一个铁片在空中的来回反复运动，达到视觉上的悬浮效果。这虽然与实际的电磁铁悬浮控制方原理不同，但是利用这简单手段也能够达到相同的目的。这个实例给了我们一个启示：简单的演示实验装置也能够说明磁悬浮列车等高新技术的工作原理，磁悬浮并不是遥不可及的。关键词：常导磁悬浮，超导磁悬浮，磁悬浮的控制，演示实验装置，磁悬浮列车Abstract西南交通大学本科毕业设计（论文）第7页Asmoreandmoremaglevtechnologyisappliedtoeachfieldinactuallife,thewordofmagneticsuspensionaseveralyearsagowasverystrangehasalreadywidelyknownbythepeople.Magneticsuspensionisclassifiedandcanbedividedintosuperconductivemagneticsuspensionandelectromagneticmagneticsuspensionfromthematerialwhichproducesliftforce.Itisaverycomplicatedproblemtocontrolthemagnetismsuspensionsystem.Thefocalpointthatthistextstudiesisthatthesetwokindsofmagneticsuspensiondemonstratethedesignaboutquestionofcontrollingoftheexperimentalprovision.Superconductivemagneticsuspensionistoutilizethesuperconductorinsuperconductivestatetoupbraidmagneticforceprinciples.Tosuspendobjectsuperconductor,sosuperconductivecontrolfocalpointofmagneticsuspensiondroponthesuperconductorsuperconductivemagneticsuspension.Thistextisfromrecommendthattheusingbasicallyofsuperconductivemagneticsuspensionisstartedwith,introducethebasicphysicalpropertyofthesuperconductor,thenthecontrolmethod,courseandprincipletointroducesuperconductivemagneticsuspensiondeeplyprogressively.Comparedwithsuperconductivemagneticsuspension,theapplicationthatelectromagneticmagneticsuspensionismuchmoreextensive,becausetherealizationcoursethatelectromagneticmagneticsuspensionismuchsimpler.Magneticsuspensionthatelectromagneticmagneticsuspensionandcanbedividedintothemagneticsuspensionwhichusetheelectro-magnetandquotedthenon-electricmagneticmagnet(tombarthitepermanentmagnet,ordinarymagnet,etc.).Butbecausetheelectro-magnetismoreconvenientandutilizescontrolling,itismoreextensivetousethemagneticsuspensionoftheelectro-magnet.Theresearchinelectromagneticmagneticsuspensionofthistextistoproceedwithainstance,analysethataccordingtotheprincipleofelectro-magnettypemagneticsuspension,thusstudyelectromagnetictypemagneticsuspensioncontrolmethod,courseandprinciplefurther.Attheendofthistext,Iutilizeknowledgestudiedintheuniversity,combinetheresearchfocalpointofthistext--Demonstratethecontrolquestionoftheexperimentalprovision,hasmadeasimpleelectricmagneticsuspensiondeviceinmagneticsuspension.Theprincipleofthedeviceistomakeuseofcontrolonelectro-magnetelectriccurrenttorealizemovingrepeatedlybackandforthintheskyofanironplatethatthissuspends,reachtheresultofsuspendingonthevision.Thisisitc