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研究生: 李家康
Lee, Chia-Kang
論文名稱: 混合磁浮避震系統的設計與實現
Design and Implementation for Hybrid Magnetic Vibration Absorber
指導教授: 林清一
Lin, Chin E
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 航空太空工程學系
Department of Aeronautics & Astronautics
論文出版年: 2002
畢業學年度: 90
語文別: 中文
論文頁數: 89
中文關鍵詞: 混合磁浮避震器控制
外文關鍵詞: vibration absorber, magnetic levitation, Hybrid, control
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  • 摘 要
    本論文探討磁浮避震系統的設計,主要以電磁力懸浮系統的重力並隔絕外來的震動。因為磁浮系統具有非機械式接觸、零摩擦與小型化的特點,在避震器應用上可以達到低噪音、高效率及高可靠度的性能。而整個系統中,包含避震器硬體、激磁線圈、電流驅動器、位置感測器和控制器,是一個典型的機電整合系統。在本文中將敘述說明永久磁鐵與電磁線圈混合式磁浮避震器系統的設計概念與方法,包括硬體設計、磁力模式分析、控制器設計與閉迴路系統性能分析,並以電腦模擬比較其響應。在完成硬體製作後,進行包括位置感測器、控制器和驅動器的類比電路實作與基本測試。最後以實驗來驗證本設計系統的可行性,並探討強健控制器在不同條件下的承載性能。最終目的是實現一個能承載2~3 N的震動,並能精確定位在位置誤差0.5mm之主動式避震器。

    Abstract
    This thesis studies the design of a magnetic vibration absorber, using electromagnetic force to suspend gravity force and isolate vibration force from the system. The magnetic suspension system possesses non-mechanical contact, zero friction, and miniature characteristics, it presents vibration absorber performance of low noise, high efficiency and high reliability in operation. The overall vibration absorber, including vibration absorber hardware, excitation coil, current driver, position sensor and controller, is a typical electro-mechanical integration system. In this thesis, the design concept and method of the proposed hybrid magnetic vibration absorber using electromagnetic coil and permanent magnet is discussed, including system hardware design, force model analysis, controller design and closed-loop performance analysis. The hardware construction, including position sensing, feedback controller, current driver in analog circuits are implemented with tests. Finally, a series of experiment is carried out to verify the design system feasibility, and its performance under different load conditions. The goal of this active vibration absorber is designed for small vibrations in 2~3 N with a control error under 0.5 mm.

    目 錄 目 錄 I 圖 目 錄 V 表 目 錄 IX 第一章 緒論 1 1-1. 前言 1 1-2. 研究動機與目的 2 1-3. 內文摘要 3 第二章 磁浮系統的發展 5 2-1. 磁浮系統介紹 5 2-2. 吸力型電磁鐵式磁浮系統 5 2-3. 併用永久磁鐵之吸力型電磁鐵式磁浮系統 9 2-4. 混合永久磁鐵與電磁鐵的磁浮系統 13 第三章 磁浮避震系統的設計構想 15 3-1. 避震系統的結構設計 15 3-2. 材料選取 16 3-3. 圓柱型線圈 18 3-4. 電磁鐵 18 3-5. 支撐軸 19 3-6. 套筒 21 3-7. 永久磁鐵簡介 21 3-8. 併用永久磁鐵 24 3-9. 磁浮系統的物理現象 27 第四章 磁浮避震器的系統分析 31 4-1. 簡介 31 4-2. 磁浮受控系統的建模 31 4-2-1. 電磁力的分析 32 4-2-2. 操作點的選取 33 4-2-3. 電磁力的數學模型 38 4-2-4. 轉移函數的建立 41 4-2-5 電壓電流轉換器(驅動器) 46 4-3. 感測器 49 4-3-1. 紅外線感測器 49 4-3-2. 感測器電路設計 50 4-3-3. 感測器輸出響應 51 4-4. 閉迴路系統方塊圖 55 4-5. 系統的不確定性與限制 58 第五章 控制器設計與響應模擬 60 5-1. 控制器設計目的 60 5-2. 古典控制器的設計 60 5-2-1. 干擾對系統的影響 62 5-2-2. 極零點的配置 64 5-2-3.響應模擬 65 5-3. 控制器的實現 68 第六章 實驗結果與討論 71 6-1. 擷取輸出電壓 71 6-2. 實驗硬體 72 6-3. 實驗結果分析 73 6-3-1. 強健性能測試 75 6-4. 二階控制器 78 6-4-1. 強健性能測試 79 6-5. 討論 81 第七章 結論與未來展望 84 7-1. 結論 84 7-2. 硬體部分的建議 84 7-3. 控制部分建議 85 7-3. 未來展望 86 參 考 文 獻 87

    參 考 文 獻
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    [2] 涂文超 “磁浮系統之製作分析與強健控制器之設計” 國立成功大學工程科學研究所碩士論文, 民國85年。
    [3] 陳政宏 “一種新型磁浮控制系統之研究” 國立成功大學電機工程研究所碩士論文, 民國88年。
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    下載圖示 校內:立即公開
    校外:2002-09-02公開
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