电磁波无线通信论文范文第1篇
摘 要：针对现有馈能悬架无法很好地兼顾隔振性与馈能性的问题，提出一种混合励磁直线电机与液压减振器集成的车辆悬架减振器，实现输出可调阻尼力与回收振动能量同时进行。基于集总磁路法对混合励磁直线电机进行解析分析，并在Ansoft软件中建立有限元模型，以电磁阻尼力调节范围为目标，优化气隙长度、永磁体高度，确定负载阻值。Matlab仿真结果表明，与传统被动悬架相比，在随机路面激励下，混合励磁悬架不仅提升了隔振性，还能回收部分振动能量，验证了所提出结构的可行性。
关键词：悬架；混合励磁；减振器；能量回收；有限元分析
半主动悬架多包含阻尼可调减振器，功耗小、结构简单，可以获得接近主动悬架的性能，具有重要的研究意义。与此同时，将被动阻尼与可调阻尼集成的混合阻尼器日益得到重视，早在1999年，MARTINS等[1]就提出将传统被动阻尼减振器与主动电磁减振器集成，并在汽车悬架中加以应用。滑铁卢大学的EBRAHIM等[2]将液压减振器与电磁作动器组合，通过对电磁作动器部分进行主动控制，为悬架提供不同作动力。ASADI等[3]提出一种集成液压减振器与直线电机的混合阻尼器，并通过有限元法对其进行了结构优化。另一方面，传统悬架在汽车行驶过程中，振动能量转化为热能耗散掉，不利于燃油经济性。因此，提出在优化悬架性能的同时，回收振动能量，以提高燃油经济性。施德华等[4]提出一种半主动馈能悬架，借由永磁直线电机回收振动能量，通过步进电机调节节流阀面积以改变阻尼系数，但直线电机仅用作回收能量，利用效率不高。陈士安等[5]将液压蓄能器和油缸结合，通过压力阀进行能量存储和释放控制，达到减振和回收能量的作用。SUDA等[6]设计了能量自供给的两级式馈能悬架，一级馈能，一级进行车身姿态控制。
圆筒直线电机结构简单，绕组利用率高。无横向端部效应，不存在单边磁拉力，应用在车辆悬架中既可提供电磁阻尼力，也可以有效回收悬架振动能量。NAKANO等[7-8]通过改变馈能回路电阻调节在发电机模式下工作的直线电机电磁阻尼力，实现半主动控制，优化了悬架隔振性。陈龙等[9]提出通过控制馈能回路中DC-DC变换器，实时调节绕组感应电流，使电机电磁阻尼力在一定范围内连续可调。
本研究将基于混合励磁的圆筒直线电机与液压减振器集成，提出一种应用于车辆半主动悬架的馈能减振器。采用此新型馈能减振器的半主动悬架依据路况进行阻尼力调节，隔振性能良好，在车辆行驶过程中可以将振动能量转化为电能储存，降低整车能耗，并可满足故障-安全（Fail-Safe）特性。首先，介绍了混合励磁悬架减振器的结构与工作原理，基于集总磁路对混合励磁直线电机磁场进行解析，并借由Ansoft有限元分析软件进行结构优化，确定负载电阻大小。最后，通过仿真验证其隔振性与馈能性。
1 结构与工作原理
新型馈能减振器将传统液压减振器与混合励磁圆筒直线电机集成。混合励磁是由电励磁与永磁励磁共同作用的新型励磁方式，因此，混合励磁直线电机存在两种类型的励磁源，一种是永磁励磁源，它在气隙中产生一个基本不变的磁通；另一种是直流励磁绕组，工作时，通过调节励磁绕组上的电流大小和方向，使气隙中的磁通发生变化，两种励磁源磁场在气隙中共同作用产生电机内主磁场。与永磁电机比较，混合励磁电机具有调节气隙磁场的能力；与电励磁同步电机相比，具有较小的电枢反应电抗[10]。
混合励磁悬架减振器结构如图1所示。由图可知，混合励磁圆筒直线电机由初级与次级两部分组成，初级部分是与防尘罩焊接的导体管，其内部设有三相绕组。次级部分与初级部分之间有固定尺寸的气隙。次级部分设有开口矩形槽，焊接于减振器缸筒外壁，由永磁体、铁芯、直流励磁绕组组成。永磁体贴附于次级部分表面，次级部分的矩形槽内绕有直流励磁绕组。
气隙中的励磁磁场由永磁体与励磁绕组共同产生，永磁体提供直线电机运行时主要的气隙磁场，直流励磁电流作为磁场调节器起到调节气隙磁场的作用。当车辆行驶时，车身与车轮的相对运动使减振器工作，此时，与上吊耳、防尘罩相连的电机初级部分与次级部分产生相对运动，根据法拉第电磁感应定律，在三相绕组中产生感应电流，得以将振动能量转化为电能储存，实现馈能。同时，根据楞次定律，在产生感应电流的同时伴随着电磁阻尼力的产生。通过改变直流励磁绕组的励磁电流大小，可以使电磁阻尼力与感应电流大小改变，实现阻尼值可调。此外，如果混合励磁电机失效，液压减振器部分仍能继续工作，实现“Fail-Safe”。
2 电机解析与优化
2.1 磁感应强度推导
在电机设计分析中，根据需要，倾向于采用解析法寻找电磁设计规律，采用等效磁路法进行初步电磁和结构参数计算，使用有限元计算分析得到准确的磁场分布、电磁推力和反电动势[11]。为了分析此新型馈能减振器的工作特性，并推导出混合阻尼力和感应电动势表达式，基于集总磁路法进行混合励磁直线电机磁场分析。
混合励磁电机一对磁极结构如图2所示，其中，回路C为其等效磁回路。
对图2中各变量具体含义的描述见表1。
（1）永磁体为径向充磁，气隙中磁场完全为径向，且磁极中各部分磁感线方向都与回路C相平行。
（2）忽略结构中各部分漏磁。
（3）材料中无磁饱和。
（4）液压减振器与混合励磁电机连接部分为非导磁材料。
由式（8）、（11）可知，悬架簧上质量与簧下质量间相对速度越大，即车身振动越剧烈，由振动机械能转化成的电能也越多，即回收能量越多。同时，为了获得良好的平顺性与操纵稳定性，需要提供的电磁阻尼力越大。
2.2 磁感应强度优化
由式（8）、（11）可知，混合励磁直线电机输出的电磁阻尼力与回收能量大小都与磁感应强度Bm有关，且由式（4）可知，Bm的大小主要由电机结构尺寸与直流励磁电流决定。由于电机一旦设计完成，结构尺寸不可调，所以通过有限元法进行关键结构尺寸优化。
假设圆筒混合励磁直线电机部分初定结构尺寸，见表2。这部分在初定尺寸的基础上，以电磁阻尼力和回收能量为目标利用有限元法进行尺寸优化，从而提高悬架隔振性与馈能性。在Ansoft 12.0中建立圆筒混合励磁直线电机模型，并在Maxwell/circuit模块设置馈能电路，进行联合仿真，分别以气隙长度、永磁体宽度为可变参数，进行优化设计。初级部分与次级部分的相对运动速度设定为0.26 m/s，馈能电路电阻设为10 Ω，为了避免直流励磁部分磁饱和对仿真结果的影响，励磁电流变化区间设置为0～2.5 A。
2.2.1 气隙长度
假设其它结构尺寸不变，气隙从0.5 mm变化到2.5 mm，励磁电流从0 A变化到2.5 A，电磁阻尼力与回收能量的变化如图3和图4所示。由所推导公式可知，随着气隙长度增大，电磁阻尼力与回收能量都将减少，符合有限元分析结果，同时可以看出，随着气隙的增大，不同励磁电流下阻尼力与回收能量的变化逐渐减小。由此得出结论，较大气隙会使阻尼调节的范围降低，气隙过小会使阻尼调节系统灵敏度过高，且电机初级部分与次级部分易发生碰撞。综上所述，取气隙为1 mm。
2.2.2 永磁体高度
永磁体高度的选取将很大程度影响减振器工作性能，高度增加则永磁体提供磁场强度增加，但同时会导致磁路饱和程度增加，削弱电励磁场的影响。因此，需要选取一个最佳值，既能使电励磁场最大程度起到调节磁场作用，又可充分利用永磁体。假设其它结构尺寸不变，永磁体高度从4 mm变化至6.5 mm，励磁电流从0 A变化至2.5 A，电磁阻尼力的变化如图5所示。随着永磁体高度增大，电磁阻尼力增大，但直流励磁的作用不断减弱。综上所述，为了提高输出的电磁阻尼力，并尽可能发挥励磁磁场的作用，选取永磁体高度5 mm作为最终结果。
2.3 优化结果
综合以上结论，考虑到边界条件，得到优化后的混合励磁电机尺寸，见表3。利用有限元软件分析尺寸优化前后电磁阻尼力与回收能量大小的变化，结果如图6和图7所示。尺寸经过优化后，在相同工况下，所能提供的电磁阻尼力与回收能量均得到了提升。
2.4 负载电阻确定
除了改变磁感应强度Bm大小，调节负载电路的电阻也可以使输出的电磁阻尼力与回收能量发生改变。为了得到负载电路电阻对工作性能的具体影响[13]，进行相同工况下，不同电阻值对电磁阻尼力大小与回收能量的影响仿真分析，从而确定出最佳电阻值。由图8可知，当负载电路电阻为0时，输出的电磁阻尼力达到最大，当负载电路电阻等于电机内阻时（内阻约为5.3 Ω），回收能量达到最大值。综上所述，为了使悬架时刻工作在最佳馈能状态，并能输出合适大小的电磁阻尼力，取5.3 Ω为负载电路阻值。
3 混合励磁悬架动力学分析与仿真
混合励磁的四分之一悬架等效模型如图9所示。
采用通过滤波器的一阶白噪声来模拟路面输入。假设汽车以20 m/s驶过 B 级路面，其它仿真参数为：簧载质量ms160 kg，非簧载质量mt20 kg，悬架刚度ks10 kN/m，轮胎刚度 kt100 kN/m，假设传统液压减振器的阻尼系数cs被设定为1 100 Ns/m，电机绕组经过整流器串接阻值为 5.3 Ω 的负载，仿真时间10 s。
通过仿真得到带有混合励磁悬架和传统被动悬架汽车的车身加速度对比曲线图与车轮动载荷对比曲线图，如图10和图11所示。
由图可知，带有混合励磁悬架的车辆车身加速度得到了明显优化，相比于传统被动悬架，车身加速度均方根值减少了30.13%，车身峰值加速度减少了17.16%，此外，轮胎动载荷幅值增加了2.67%，均方根值增加了4.21%，但对车辆操纵稳定性的影响不大。总体而言，混合励磁悬架的减振效果明显优于传统被动悬架。
在路面激励下，仿真得到的混合励磁悬架感应电动势如图12所示。图中电压的有效值为11.35 V，证明了混合励磁悬架在车辆行驶过程中除了有较好的减振效果外，还可回收部分振动能量。
由于液力阻尼系数cs为定值，在给定车辆参数下，cs值的选取将很大程度上影响悬架性能。通过仿真研究液力阻尼系数的选取对隔振性的影响，结果如图13所示。当液力阻尼系数取550 Ns /m时，隔振性最优。
4 结论与展望
（1）提出一种混合励磁直线电机与液压减振器集成的车辆悬架减振器，实现阻尼可调与振动能量回收，详细介绍其结构与工作原理，并利用集总磁路模型推导出混合励磁直线电机输出的电磁阻尼力与其感应电动势公式。
（2）建立混合励磁直线电机部分有限元模型，并对其进行有限元分析，分别优化了气隙长度与永磁体宽度。综合考虑输出电磁阻尼力大小以及对阻尼力的调节能力，取气隙长度为1 mm，永磁体高度为5 mm，对优化前后的混合励磁直线电机进行有限元分析，发现优化后输出电磁阻尼力能力较优且阻尼调节能力较佳。同时分析不同外电路电阻值对悬架性能的影响，确定负载电路阻值为5.3 Ω。仿真结果表明，混合励磁悬架在车辆行驶过程中除了有较好的减振效果，还能回收振动能量。
（3）在考虑悬架隔振性的前提下，进行液力阻尼与电磁阻尼的最优匹配分析，发现在给定悬架参数下，液力阻尼系数取550 Ns/m时，隔振性最优。而综合考虑馈能性与隔振性，进行阻尼匹配，值得进一步研究。
（4）当混合励磁直线电机中通入的励磁电流一定时，电机的力特性曲线近似线性，与减振器集成后，并不会影响减振器外特性。而在实际工作过程中，由于通入的励磁电流根据不同工况实时改变，导致在宏观角度直线电机的力特性产生变化，有可能在集成液力阻尼后，产生外特性的畸变，需要进行进一步的仿真与试验研究。
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电磁波无线通信论文范文第2篇
[摘 要] 针对学生学习“数字信号处理”课程时存在的概念理解难、实际应用能力弱等问题，提出基于问题探索与项目驱动相结合的实验教学方式。首先，发布实验小课题，包括雷达探测目标的工作原理模型建立仿真、快速傅里叶变换的应用、雷达信号处理中数字正交解调的设计与实现;其次，从数字信号处理基本理论的角度讲解课题内容对应的相关知识点，并让学生完成相关实验。该教学方式强调学生对雷达探测项目为中心任务下的数字信号处理理论和方法的理解与综合运用。
[关键词] 数字信号处理;问题探索;实验课程
[基金项目] 2018年度深圳大学教学改革研究项目“面向应用实践的‘数字信号处理’实验课程教学改革探索”（JG2018097）;2018年度广东省高等教育教学改革项目“传感器网络信息处理方向创新实践人才培养体系建设”
[作者简介] 阳召成（1984—），男，湖南浏阳人，博士，深圳大学电子与信息工程学院副教授，硕士生导师，主要从事雷达信号处理、阵列信号处理、压缩感知等领域的理论与教学研究。
一、引言
“数字信号处理”课程是电子信息类的一门核心基础课程，对于培养电子信息类专业人才具有重要作用。然而，由于数字信号处理具有抽象的概念、繁多的公式和专业理论的基础性，学生在学习课程时出现了概念理解困难、实际应用能力弱等问题。而且由于学生耗费大量精力在数学计算上，无法掌握数字信号处理的核心物理要义，无法体会到知识学习与解决实际工程问题的成就感，丧失了对该课程的学习兴趣。为了帮助学生更好地理解和掌握该课程，有学者通过引入案例或问题让学生自主学习[1，2];有学者通过MATLAB仿真[3]或教学辅助软件让学生直观地认识数字信号处理流程。但是，上述教学方式依然存在案例分散或实验内容偏多偏杂等问题，学生在短时间内无法深入掌握数字信号处理在案例应用中的精髓。
本文则采用问题探测与项目驱动结合的方式，提出基于雷达探测的“数字信号处理”实验课程改革方式。该改革的核心在于将雷达探测拆解成为一系列的子问题，对应数字信号处理的基本理论与方法，在讲解理论的同时，探讨实际应用;在完成实验的同时，理解实际工程问题的解决思路。最后通过实际雷达信号处理，让学生综合利用所学知识，通过小组方式进行课题探讨、任务分工与协作，并辅助以小组问答的考核方式，提高小组成员协作的荣誉感和完成项目任务的积极性。
二、教学组织与评价
（一）实验课题内容
1.雷达探测目标的工作原理模型建立仿真。该部分知识点主要涉及数字信号的产生与认识、离散时间线性时不变系统时域分析法（卷积、自相关做延时估计）。所对应的教学内容是：实际工程问题抽象为线性时不变系统的理解与掌握、线性时不变系统的时域分析方法（卷积、自相关）。
2.FFT的应用。该部分知识点主要涉及周期与非周期、连续与离散信号的傅里叶变换形式，以及离散傅里叶变换的快速傅里叶变换算法。所对应的教学内容是：傅里叶级数、傅里叶变换、离散傅里叶级数、离散时间傅里叶变换、DFT及其快速算法FFT。
3.雷达信号处理中数字正交解调的设计与实现。该部分知识点主要涉及频域分析法，即信号在调制或解调的时候，在频域是一个卷积关系，搬移;低通滤波器的加入，时域卷积、频域乘积的应用。所对应的教学内容是：调制与解调对应的基本原理的理解，雷达实际回波信号的理解、信号的数字正交解调方法设计（频谱分析、低通滤波器设计、群延时的理解）。
（二）教学组织实施
1.组队开展实验。在以上教学中采取分组的方式展开：学生根据自愿方式组队，每组4～5人，选派一位组长，每组根据具体任务进行执行与完成。
2.教学过程。（1）雷达探测目标的工作原理模型建立仿真。首先给学生讲述雷达探测的工作原理。雷达发射机产生发射信号，并调制到振荡器产生的载频信号上，然后经收发开关由天线辐射到探测区域中。若该探测区域内有目标存在，则目标会将部分电磁波朝各个方向散射。而朝向雷达接收方向的电磁波会被接收，然后基于振荡器产生的解调信号进行解调。最后，后端的信号处理将用于接收的回波從而获取回波所包含的目标信息。在讲述该部分原理时，从连续时间信号、连续时间线性时不变系统的角度出发进行原理讲解，并详细推导每一步的输出结果。该原理讲解融汇了输入信号、线性时不变系统单位冲激响应和输出信号的卷积关系、采样定理的理解、时间离散化的理解、信号调制与解调（即傅里叶变换的两信号相乘性质的运用）、信号的傅里叶分析（频谱）等基本概念，是非常适用的数字信号处理全过程学习案例。让学生基于原理的理解建立该模型为线性时不变系统，并以恰当的方式表述出来，如单位冲激响应。其次运用MATLAB工具仿真雷达的发射波形、系统的单位冲激响应，以及发射波形通过系统后的雷达回波数据仿真。（2）FFT的应用。首先给学生归纳傅里叶变换的四种形式;接着分析DFT、DFS、DTFT及z变换之间的关系，并让学生绘制框图加深DFT的理解;讲述DFT的主要性质及DFT的应用;继而，从DFT的运算量出发，介绍快速算法FFT;最后让学生运用MATLAB对书中例题进行仿真，加深对FFT的理解以及应用。（3）雷达信号处理中数字正交解调的设计与实现。首先讲述为什么要调制与解调及对应的基本原理;接着展示雷达实际回波信号，让学生加深对实际数字信号的理解;讲述正交解调的原理与原因;让学生分析雷达实际回波信号的频谱，理解载波与有用信号，理解信噪比、带宽等核心概念;让学生设计低通滤波器，充分理解信噪比、带宽等对数字滤波器核心指标的影响与要求，并选择与设计恰当的滤波器，采用MATLAB来实现该滤波过程;理解群延时的概念对数字滤波的影响，并设计恰当的方法来进行消除。
3.实验完成情况举例。这里以雷达探测走动的人员的实际项目为例说明具体实验完成的细节。该项目中采用的雷达为挪威Novalda公司生产的X4M03雷达，该雷达的发射波形为：
在接收机端，以对射频数据直接采样的方式进行数字信号获取。由于直接采样后的数字信号含有载频信息，目标的包络无法有效获取。因此，可以采用数字解调获取目标响应的包络信息。于是提出了让学生完成雷达信号处理中數字正交解调的设计与实现的具体任务要求。该任务要求学生结合所学知识采用MATLAB对雷达原始回波数据进行处理，包括：回波数据的显示、频谱分析;对回波数据进行数字混频，并对混频后的数据进行频谱分析;基于前述的频谱分析，设计恰当的滤波器对混频后的数据进行滤波，获得IQ数据，并提取目标的响应包络。
图1和图2是其中一组学生完成的结果：图1为所设计的低通滤波器幅度谱和相位谱;图2为目标在混频滤波前后的响应包络。
实验中，学生首先通过FFT方法对原始回波数据进行频谱分析，接着根据已知载波信号对原始回波数据进行混频（解调），并且采用FFT对混频后的数据进行频谱分析。学生通过频谱分析，确定低通滤波器的截止频率为0.3，并选取了窗长度点数为1024的海明窗设计了一个10阶低通滤波器，如图1所示。图2展示了混频滤波前回波的响应和混频滤波后回波的响应包络。由图可见，相比于混频滤波之前，混频滤波之后目标的包络中可以明显观察到0.4m、0.6m和1m附近的幅度较大，可能是人体目标或者桌子和墙等强静止目标。后续可以通过雷达动目标检测进一步确定人体目标的存在。通过该实验，学生熟悉了数字信号处理的整体流程，掌握了如何运用数字信号处理理论解决实际工程问题的思路，并深刻地理解了数字信号处理在实际项目中的价值。
（三）实验考核与评价
实验考核评价方式为：（1）检查每组的具体处理结果，并由每组的一位组员进行相应的讲解;（2）针对每组提1个问题，由该组推荐相应成员回答;（3）由前面两点确定该组的成绩上限，譬如A+、A、B+、B等;（4）指定一位组员，进行提问，该成员的回答情况按照0、-1、-2等来确定，具体指维持上述成绩，将为下一级、下两级等;（5）由组长对每位组员的成绩进行打分，最高分为由上述规定确定的成绩，最低分不限。
该考核与评价方式可以激发学生的协作能力，使任何一个学生都不会置之于学习之外。而且，该方式强调学习能力强的学生带动学习能力弱的学生，使分享与团队意识得到最大程度的发挥。
三、改革教学实施效果
围绕上述改革教学方式，以深圳大学电子信息工程专业数字信号处理其中1个班的课程教学，进行了2018—2020年共三年的试点教学。表1给出了试点教学中各年度参与的人数、实验考核结果等级信息。由该表可见，在三年的试点教学中，有10组共53人取得成绩A+，9组共44人取得成绩A，7组共35人取得成绩B+，3组共13人取得成绩B。
通过该种教学方式，学生表现出了以下的反馈信息：（1）虽然学生刚开始理解雷达探测有点难度，但是这个难度激发了学生的求知欲，激发了学生对“数字信号处理”课程的认可度。表现在与实践结合的实验任务完成中，学生非常投入，提问问题的学生增多。（2）在完成最后一个实际信号处理任务中，学生真切地接触了实际工程问题，小组的讨论、攻关过程也加强了学生的求知欲望，以及完成任务的成就感。（3）最后的实际信号处理任务是综合任务，通过学生实验任务完成、任务细节讲解、教师提问与学生回答环节等，让全部学生一并参与思考数字信号处理究竟是如何解决实际问题，以及实际中有哪些问题。让那些枯燥无味的概念，譬如群延时、滤波器的线性、滤波器的设计指标、频谱的物理概念等鲜活起来。（4）学生纷纷表示最后的综合任务让他们真正学习到了一点数字信号处理的知识，但是考虑到期末考试的问题，也希望在更早的时候开展类似实验任务的完成，而不是邻近期末展开。
四、总结
本文提出了一种问题探索与项目驱动相结合的“数字信号处理”教学方式，在为期三年的教学过程中取得了较好的教学效果。该改革教学方式基于雷达探测一个中心任务，围绕数字信号处理的各个理论和方法细节，展开具体实施。首先发布围绕雷达探测为中心的系列实验小课题;接着从数字信号处理基本理论的角度出发讲解课题内容对应的相关知识点，并让学生自主分组完成相关实验。在实验考核与评价中，引入了学生答辩讲解、多级的教师提问与学生回答等综合考评机制，在保证公平的同时，兼顾了学生的学习掌握效果。为期三年的教学改革结果表明：该教学方式可以有效调动学生的学习兴趣，消除学生对枯燥课程内容的恐惧，帮助学生掌握数字信号处理的相关知识，特别是加强学生运用所学知识解决实际工程问题的能力。
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电磁波无线通信论文范文第3篇
摘 要： 为了对常导高速磁浮列车系统特性进行更深入研究，建立悬浮系统垂向动力学数学模型，并基于MATLAB/Simulink多体工具箱，对悬浮系统垂向动力学特性进行仿真分析。在额定负载条件下，系统起浮工况下的最大电流为80 A，当悬浮气隙调整为指令气隙12 mm时，稳态电流为27.5 A，与实际悬浮系统相符。此外，模型实现了变负载、气隙脉冲扰动、气隙指令调整等工况的模拟。模型将悬浮系统斩波电路、控制系统及动力学系统进行了统一，实现了系统电气特性与动力学特性的同步观测，改进了对系统单元进行分立仿真的传统方法。
关键词： 常导高速磁浮列车;悬浮系统;垂向动力学;MATLAB/Simulink;斩波电路;控制系统
工業技术创新 URL： http： //www.china-iti.com DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2019.06.005
引言
磁浮列车具有高速、低噪、爬坡能力强、转弯半径小等特点，是下一代轨道交通的发展趋势[1]。
目前，众多学者对磁浮技术进行了广泛研究。文献[2]对磁浮列车的机械耦合特性进行了分析，并提出了解耦控制方案;文献[3]对中低速磁浮列车电磁铁搭接结构进行了分析，建立了悬浮系统多输入多输出的数学模型，实现了悬浮系统解耦控制;文献[4]基于控制理论，分析了悬浮系统的非线性控制方法;文献[5]设计了基于负载扰动观测的负载解耦控制策略;文献[6]基于逆系统理论，建立了悬浮系统车桥耦合模型，优化了悬浮控制方法。通过以上分析不难发现，磁浮技术研究虽然取得了丰富成果，但它们均是将悬浮系统分立为电路、控制系统或动力学系统单独进行的研究。
本文综合悬浮系统斩波电路、控制系统及动力学系统，建立常导高速磁浮列车的数学模型，基于MATLAB/Simulink多体工具箱，对悬浮系统垂向动力学特性进行更为全面的仿真研究。
1 常导高速磁浮列车结构
常导高速磁浮列车整体结构示意图如图1a所示，主要由车体、二系悬挂系统和悬浮架组成，车长27.5 m，车宽3.7 m。单悬浮架模块结构如图1b所示，它是车辆的走形机构，一节车包含4个悬浮架，每个悬浮架有左右两组悬浮臂，每组悬浮臂上安装一块电磁铁，每两个悬浮架之间搭接一块电磁铁，电磁铁与悬浮臂之间通过橡胶弹簧连接。因此，一节车共有14块电磁铁，其中有6块是搭接电磁铁。二系悬挂系统由空气弹簧、摇臂、摆杆、牵引拉杆等机构组成，负责连接车体与悬浮架。车体垂向悬挂刚度是由布置在悬浮架上的空气弹簧提供的，每个悬浮架上布置4个空气弹簧，整节车共有16个空气弹簧，即系统依靠16个空气弹簧将悬浮电磁铁产生的悬浮力平稳地传递给车体。
悬浮电磁铁是悬浮系统的关键部件，悬浮电磁铁与轨道之间的关系如图2a和2b所示。一块悬浮电磁铁由10个全磁极和2个半磁极组成，通过调节线圈绕向来实现磁极N/S交错排布。一块悬浮电磁铁有12个悬浮励磁线圈，悬浮电磁铁两端相邻6组线圈串联后与一套悬浮控制器相联，构成一套悬浮控制回路。一节车共有32套悬浮控制回路，表1给出了悬浮电磁铁的各物理参数，部分参数在图2b中有所标示。
2 磁浮系统垂向动力学数学建模分析
磁浮列车是一个复杂的多体系统，根据系统结构特点，其垂向动力学建模过程可以按照车体、悬浮架、悬浮电磁铁分层展开。
2.1 车体垂向受力分析及数学模型
一节车体通过16个空气弹簧与悬浮架相连，因此垂直方向主要承受自身重量、旅客重量及空气弹簧支撑力。以车体的质点中心为坐标系原点，车的运动方向为x轴正方向，建立右手笛卡尔坐标系，并将力的作用点平移至同一平面内，其垂向受力示意图如图3所示。
图3中，表示第i个悬浮架的第j个空气弹簧的支撑力（i=1，2，3，4; j=1，2，3，4），mr和mb分别表示乘客质量和车体质量，g为重力加速度。则车体的垂向运动学方程如式（1）～（3）所示。
其中，表示车体的垂向加速度，表示车体所受的垂向扰动。Ld、Wd分别为扰动力到导向轴、运行轴的距离，Laij、Waij分别为对应位置的空气弹簧的力到导向轴、运行轴的距离;z为车体垂直方向运行距离，δc为侧滚角，ψc为俯仰角;Jcx为车体绕x轴的转动惯量，Jcy为车体绕y轴的转动惯量。由于整车的重心位于车体底部，在计算转动惯量Jcx、Jcy时可以认为等效导向轴和运行轴位于车体底部。
2.2 悬浮架垂向受力分析及数学模型
车体通过空气弹簧与悬浮架相连，而悬浮电磁铁通过橡胶弹簧与悬浮架相连。以悬浮架的质点中心为坐标系原点，车的运动方向为x轴正方向，建立右手笛卡尔坐标系，并将力的作用点平移至同一平面内，则当系统处于悬浮状态时，悬浮架的垂向受力示意图如图4所示。
图4中，表示第i个悬浮架上第k个橡胶弹簧对悬浮架的垂向作用力，表示第i个悬浮架上第j个空气弹簧对悬浮架的垂向作用力（i=1，2，3，4; j=1，2，3，4; k=1，2，…，8），ms表示悬浮架的质量，则第i个悬浮架的垂向运动学方程可以用式（4）～（6）描述。
其中，表示第i个悬浮架的垂向加速度，fisd表示第i个悬浮架的垂向扰动。Lsd、Wsd分别为扰动力到转向架坐标系导向轴、运行轴的距离;Wsij、Wsik分别为橡胶弹簧距离转向架坐标系导向轴和运行轴间的距离;Lsij、Lsik分别为空气弹簧距离转向架坐标系导向轴和运行轴间的距离;zis为车体垂直方向运行距离，δs为转向架侧滚角，ψs为转向架俯仰角;Jsx转向架绕x轴的转动惯量，Jsy为转向架绕y轴的转动惯量。
2.3 悬浮电磁铁垂向受力分析及数学模型
悬浮电磁铁通过橡胶弹簧连接至悬浮臂上，列车运行时磁极面与轨道面相互作用，产生电磁吸力，而一块悬浮电磁铁上12组励磁绕组分成2组，由2个控制器分别进行控制，因此悬浮电磁铁的垂向受力情况如图2a所示。、分别表示第i块悬浮电磁铁中控制器1和控制器2控制部分产生的电磁力大小;和分别表示第i块悬浮电磁铁的1号和2号橡胶弹簧对其产生的作用力; 表示电磁铁的质量。因此一块电磁铁的垂向动力学方程可以用式（7）描述。
其中，表示第i块悬浮电磁铁的垂向加速度，fied表示第i块悬浮电磁铁的垂向扰动。根据电磁力计算原理及电磁铁结构易知，各控制回路电磁力计算公式如式（8）所示。
其中，i1表示控制器1控制的线圈电流大小，i2表示控制器2控制的线圈电流大小，A0为半磁极面积。
3 仿真结果与讨论
悬浮系统斩波电路采用不对称全桥结构[7]，控制系统采用传统的气隙—电流双环控制[8]，垂向动力学系统基于式（1）～（7）原理及表2所给的系统参数，用MATLAB/Simulink多体工具箱搭建。
悬浮系统多体模式示意图如图5所示。
在悬浮系统多体模式下进行仿真。图6～9分别给出了悬浮系统单个控制单元起浮工况、变负载工况、气隙脉冲扰动工况和气隙指令调整工况下电流和气隙响应波形。由图6可知，系统起浮过程的最大电流为80 A，在系统启动的0～0.4 s阶段，气隙从20 mm调整至指令气隙12 mm位置，稳定后线圈电流为27.5 A，与实际悬浮系统相符。在图7的加载工况中，1 s时刻加载50%额定负载，2 s时刻恢复至额定负载。由图7可知，系统加载50%额定负载时，电流增大为35 A，加载过程中气隙波动不超过1 mm;减载过程中，气隙波动比加载时小，稳定后电流恢复至27.5 A。在图8的气隙脉冲扰动工况中，为系统施加幅值2 mm、宽度2 ms的脉冲气隙扰动（1 s时刻施加正脉冲，2 s时刻施加负脉冲）。由图8可知，正脉冲扰动使得系统悬浮气隙出现较大幅度波动，最大波动不超过3 mm;負脉冲扰动引起的气隙波动没有正脉冲时严重。由图9可知，当0.75 s时刻气隙指令由12 mm增大为14 mm时，气隙最大值达到16 mm，有2 mm的超调;当气隙指令在1.5 s时刻恢复至12 mm以及在2.25 s时刻由12 mm减小为10 mm时，超调量不超过1 mm。整体而言，在所给控制条件下，可以满足系统稳定悬浮要求。
4 结束语
本文综合悬浮系统斩波电路、控制系统、动力学系统，基于MATLAB/Simulink多体工具箱建立了常导高速磁浮列车垂向动力学模型，并进行了仿真研究。该模型可以较好地模拟悬浮系统各工况的电流、气隙响应情况，实现对悬浮系统电气特性和动力学特性的同步观测，为悬浮系统综合仿真提供了新思路。
参考文献
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Key words： Normal Conductive High Speed Maglev Train; Suspension System; Vertical Dynamics; MATLAB/Simulink; Chopper Circuit; Control System
电磁波无线通信论文范文第4篇
因此, 我们有必要对电磁炉的基本工作原理进行了解, 进而了解电磁炉简单的维修方法, 对电磁炉常见故障进行维修。
1 电磁炉基本结构图
1) 陶瓷板:又叫微晶玻璃板, 位于电磁炉顶部, 用于锅具的垫放, 要求具有足够机械强度, 耐酸碱腐蚀, 耐高低温冲击。
2) 上盖:用耐热塑料制成, 作为电器的外保护壳。
3) 面板:用塑料薄膜制成, 用于功能显示及按键操作指示。
4) 灯板:又叫显示控制板, 位于壳内, 进行功能显示及功能按键操作, 有些电磁炉把控制单元集成到灯板上。
5) 炉面传感器组件:位于壳内, 嵌在发热盘的中间, 用橡胶头或其它方式顶住陶瓷板, 用于检测炉面锅具的温度。
6) 加热线盘:位于壳内, 主工作器件, 产生交变的电磁场, 锅体利用电磁场涡流加热原理发热, 自身也会发热。
7) 主控板:又叫电源板、主板, 位于壳内, 作为整个电磁炉加热、控制、电源转换的主体部件。
8) 电源线及线卡:连接市电与电磁炉, 提供电源通道。
9) 电风扇:位于壳内, 通过吸风将炉内热量带出壳外, 主要对线圈和加热组件进行降温。
10) 下盖:用耐热塑料制成, 作为电器的下保护壳, 及支撑内部器件及锅具作用。
2 电磁炉加热基本原理
电磁炉加热的基本原理主要是电磁感应原理, 工作时将电能转换为热能。由整流电路将50/60Hz的交流电压转换成直流电压 (AC-DC-AC、交流-直流-交流) , 再经过控制电路将直流电压转换成频率为20~35KHz的高频信号, 高速变化的电流流过线圈产生高速变化的磁场, 当变化的磁场通过金属器皿底部金属体内就产生无数的小涡流, 使器皿本身自行高速发热, 然后再加热器皿内的东西, 达到用户烹饪的目的。
正是由于这个工作原理, 所以电磁炉的器皿一般是用钢质、铁质材料来加热;铝锅、铜等材料由于材质电阻率太小, 而不易被加热;陶瓷、木材等又由于表面电阻率太大, 使产生的电流太小, 所以也不易被加热。因此, 我们一定要用与电磁炉配套的锅具才能进行加热使用。
3 电磁炉常见故障及维修方法
维修思路按照先易后难, 先外后内、先排除简单故障后解决疑难故障的思路进行。
3.1 上电后无任何反应
原因分析:1) 没有电源或插座接触不良。2) 保险管或整流桥烧毁。3) 二极管被击穿, 芯片损坏。4) 电路出现断路、短路。
检修方法及顺序:1) 检查电源是否接好, 若没有则接好电源。2) 使用万用表检查保险管, 整流桥等容易烧毁的元件是否损坏, 检查二极管是否被击穿, 若是则替换为新的元件。3) 芯片是否输入正常的5V电压, 若否则接好线路或更换芯片。4) 检查开关电源部分的焊点是否有虚焊, 线路是否有断路现象, 若是则把虚焊重新焊好, 断路重新接好。
检修流程图:
3.2 显示正常、开机只有检锅声, 不工作
原因分析:1) 盘线没有接好。2) 盘线两端电阻出现问题。3) 推挽电路有问题。4) Lm339损坏。
检修方法及顺序:1) 通电后, 观察是否显示故障代码, 若有故障代码, 根据故障代码提示初步判断故障部位。2) 检查盘线是否接好, 否则接好盘线。3) 同步接LM339电压8脚 (负端) 比9 (正端) 脚电压低0.2v~0.4v之间, 否则替换盘线之间的电阻。4) 检查推挽电路是否能正常工作, 否则在检查LM339是否损坏, 损坏则替换为新的芯片。
检修流程图:
3.3 风扇不转
原因分析:1) 风扇电机损坏。2) 风扇驱动电路损坏。3) 控制芯片损坏。4) 电路出现断路。
检修方法及顺序:1) 检查风扇插座是否插好, 否则将电源接好。2) 检查电机是否损坏, 是则换风扇。3) 检查风扇是否接上18V, 若没有再检查风扇与18V之间的连线是否接好, 否则接好。4) 检查风扇驱动电路是否正常, 若否, 按照具体情况分析。5) 检查芯片控制端口是否有高电平输出 (5V) , 否则再检查芯片是否损坏或接线有问题。
检修流程图:
3.4 疑难故障处理
在实际维修过程中, 有可能会遇到疑难故障。例如, 判断主控板CPU (单片机) 损坏, 而CPU很难买到;或者同步检测电路故障不好维修;或者电压比较电路故障;有些电磁炉无法找到电路原理图;换件维修成本太高等。
当我们遇到这些无法解决的问题时, 我们还可以通过换主控板的方法进行维修。现在市场上有专门的电磁炉通用改装板, 例如精彩科技出品的电磁炉改装板, 成本在50块钱左右。
我们只需要利用原电磁炉的外壳、线圈、炉面温度传感器、电源线加上一套改装板就可以改造成功, 非常方便。
摘要：电磁炉现在是普通家庭中最为普及的家用电器之一, 非常适合现代家庭使用, 市场普及度相当高。本文对电磁炉一些常见故障出现的原因进行分析, 并对故障维修的方法进行介绍, 让普通用户也能对电磁炉出现的问题进行简单处理。
关键词：电磁炉,故障,维修
参考文献
电磁波无线通信论文范文第5篇
摘 要：随着电磁兼容学科技术水平的发展和提高，铁路通信电子系统设计中电磁兼容工作势将朝着系统间电磁兼容性的预测、预估与仿真验证的方向发展。实施铁路电磁兼容管理工作是铁路技术管理发展成熟的标志之一，因此需要重点加强研究。基于此本文分析了铁路通信电子系统设计中的电磁兼容性。
关键词：铁路通信；电子系统设计；电磁兼容性
1、铁路通信电子系统设计中的电磁兼容管理的必要性
首先，铁路通信信号技术使设备的数字化、信息化、智能化程度大大提高，设备硬件微电子化、集成化程度高，电磁敏感性增大，对电磁兼容技术水平的要求提高。要想从整体上全面解决电磁兼容问题，就必须从系统的层面，从铁路建设的全周期来进行铁路电磁兼容工作的管理及预测、防范工作。
第二，铁路各专业间系统集成化程度高，集成化已经成为铁路技术的一个重要特征，因此，对系统间的电磁兼容问题需要通过各专业间的协调和配合才能解决，这需要通过管理的方式进行。第三，铁路建设成本高，运营维护同样需要投入大量人力物力，对所有技术问题的应对和评估若采取事后增加措施，必将提高运营维护成本，影响运营效率，不如事前采取管理控制手段。因此，在铁路安全保障体系中加入电磁兼容管理的理念，实施电磁兼容管理是铁路电磁兼容工作有效可靠实施的方式之一。在铁路建设到运营的全周期内实施电磁兼容管理，让电磁兼容问题从设计阶段就得到充分的考虑和预测，在施工、设备生产、安装、集成调测、运营每个阶段依据管理程序对电磁兼容问题进行相应的测试、评估，确保电磁兼容问题解决在事前。
2、铁路通信电子系统设计中的电磁兼容性干扰
2.1 通信线路电涌保护器安装
通信线路电涌保护器的选型和安装是防雷项目中最复杂、最容易出问题的环节，不同于直击雷防护，即使没有雷电波侵入，仍可能由于设计失误或产品选择不当，导致保护无效、数据包丢失甚至通信中断。因此，根据通信线路（DDN、工 SD N 等）、通信接口（R S232 等）、供电方式（交、直流）、工作频率、带宽等要求，选择在系统数字、模拟等各种接口处插入损耗小、响应速度快、频带宽、通流量大的电涌保护器。
2.2 电磁干扰抑制技术
1）滤波。该技术在运用过程中使用滤波器件分离干扰信号或噪声，能够从中获得有用信号。其中，滤波器件主要包括电容，电感、磁珠、电阻、共模电感等，为了提高工作质量与效率，可选择几种组合使用，电容、电阻与电感便是生活中最常见的滤波器组合，应用效果良好。这几种滤波器件有各自的特点与适用范围，工作人员应根据实际情况进行选择，以免降低电磁干扰抑制效果。2）屏蔽。利用导磁或导电性良好的材料制成屏蔽体，可将设备的内、外部进行分离，具有双向屏蔽性，能够控制电磁干扰的范围。随着科学技术的不断发展，越来越多的材料用于屏蔽器制作，但屏蔽效果也有较大差别，综合考虑方方面面的因素，銅、铝是效果最好的屏蔽材料。
2.3 隔离设计
想要降低电磁干扰，可以设置相应的物理隔离措施，如加大受干扰电路或者期间与干扰源之间的距离，干扰程度与距离平方呈反比，距离每增加一倍，干扰会降低四倍左右，因此，设计人员需要综合考虑器件或者设备的布局和布线，增加干扰源与受扰电路之间的距离，以此来降低系统故障率。在安装布线环节，需要依照干扰灵敏度或者本身功率来进行分别处理，布置的顺序应该依照低电平模拟信号、一般数字信号、交流控制装置、直流动力装置等。依照上述顺序，将其相互隔离，保持一定距离，不过，部分设备在布线环节会受到各种因素的影响，无法满足物理隔离的要求，需要考虑其他措施。
3、铁路通信电子系统设计中的电磁兼容性优化
3.1 轨道电路防止电磁干扰的措施
3.1.1选择合适的信号电流频率。电流为 50HZ 基波和谐波，选定的信号电流频率要既不同于电力牵引电流的基波，也不同于奇次和偶次谐波，以确保轨道电路可靠地正常动作。目前在提速线路上普遍采用 25HZ 相敏轨道电路，具有较强的抗干扰能力。
3.1.1 增加适配器，并采用与最大牵引电流相匹配的高容量扼流变压器来改善牵引电流对轨道电路的干扰状况。
3.1.2 轨道电路受电端继电器线圈并接防护盒，滤掉不平衡电流的 50HZ 基波及谐波成分，并保证信号电流衰耗很小。
3.2 机车信号防干扰措施
对机车信号的防护措施包括防护干扰和防损坏两方面。
3.2.1 制式选择：对于提速区段，作为行车凭证的列车运行控制系统基础的机车信号应为主体信号，是由车载信号和地面信号设备共同构成的系统，必须符合故障导向安全的原则。
3.2.2 设备布线及安装方面的防护措施：机车信号属于弱信号，应采用屏蔽线，且屏蔽线段的屏蔽网只允许一端接地或接机壳，不允许两端接地。
3.2.3 主机应放在电力机车的电气间内，尽量减少高温、高湿和电磁对设备的影响。
3.2.4 列车速度不断提高，形成气流可能会击坏强度较差的接收线圈或信息传感器及其引线，应进行防护。
3.3 系统抗扰度优化
3.3.1 抗扰度测试
1）抗静电释放测试。该测试主要的作用是用于检测车载电子电气设备、相关的系统以及外设对静电力的免疫能力。测试的环境温度要控制在 15 ～ 35℃，湿度控制在 30%～ 60%范围内。
2）脉冲抗干扰测试。该测试主要是用来验证电气和电子设备在瞬态切换过程中各种类型瞬态变骚扰所具有的抗干扰的能力。可以在单部件下在实验室中完成该项测试，也能够按照用户需求完成整车测试。
3.3.2 抗干扰度优化
通过电磁兼容性问题的分析，系统受外界干扰的主要途径是电源及信号、接口电路。为提高系统的抗干扰能力，系统必须加设电源及信号防雷抗干扰装置。防雷抗干扰装置是否有效，一是防雷抗干扰电路设计是否合理、先进（如，加信号隔离及保护等），再就是接地问题，系统设备接地效果好坏，直接影响到防雷装置的防雷抗干扰性能。对于防雷器的人线与出线必须分开，这一点容易被忽视，人线与出线在一起通过线容藕合，防雷器不起作用，外线雷击或干扰直接进人系统设备，造成设备损坏。
3.4 电磁兼容检测
电磁兼容性在通信设备运行中占据着举足轻重的重要地位，它的性能优劣将直接影响到通信系统的安全稳定运行。在电磁兼容检测中，需要注意以下问题：（1）电磁兼容现场试验的结果由于其在试验过程中可能的影响因素比较多，在重复性试验中，试验结果的再现比较困难；（2）随着电磁兼容技术的发展，新的标准已经对电磁兼容试验的频率范围进行了扩展，并要求在实际测试的试验级别之下的级别也要符合相关标准的要求；（3）通信设备种类繁多，相关的产品标准可在本文基础上根据实际情况进行修正。如试验级别和判定方法等；（4）对于特殊的通信设备，应当增加专门的电磁兼容试验项目，如增加对外辐射的限值，工频磁场以及工频谐波和谐间波等项目。
总之，铁路新技术的升级换代及广泛使用，使铁路处于一个更加复杂恶劣的电磁环境中，可能导致路内敏感设备受到干扰；同时，内部的传导和辐射骚扰电平的升高和设备敏感度的提高也使电磁兼容问题发生的概率和复杂程度大大提高，进一步加强对其的研究非常有必要。
参考文献：
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（作者身份证号132329198112081412）
电磁波无线通信论文范文第6篇
2、“四个一流”建设背景下地方高校教学改革与实践
3、二维瞬态磁场有限元建模及计算
4、CSNS四极陶瓷真空盒镀膜系统的电磁场模拟计算分析
5、电动力学教学中调动学生积极性的对策研究
6、仿真项目引入电磁场与电磁波课程的探讨
7、浅谈雷电感应电磁场的计算
8、基于MATLAB的电磁波极化波仿真教学
9、外源性再生促进因子对周围神经再生影响的研究进展
10、电磁场理论教学中可能存在的一个问题
11、“新工科”背景下《电磁场与电磁波》教学新思考
12、信号与系统思维在“电磁场理论”教学中的探索
13、基于并行机的矩量法研究
14、“电磁场与电磁波”课程教学方法创新的研究
15、伺服系统抗干扰设计研究
16、电磁场理论课程教学的几点思考
17、自由空间中电磁波传播的教学探讨
18、电磁场理论多媒体教学的研究与探讨
19、外界电磁场对有线通信设备干扰的预警探测
20、“电磁场与电磁波”课程教学改革的探索
21、电力电子技术中的变压器和感应器理论、设计和应用
22、Maple在电磁场与电磁波理论教学中的运用浅析
23、电气工程及其自动化专业《电磁场》课程教学内容整合及教学方法研究
24、灯泡发光的能量是靠谁传递的
25、以学生为中心的“电磁场”教学方法探讨
26、基于应用背景的“电磁场与电磁波”教学研究
27、电磁系列课程教学改革的研究与实践
28、基于Mathematica的电磁场散度和旋度分布仿真实验研究
29、应用型高校的《电磁场与电磁波》教材建设
30、职业技能大赛对电磁场与微波技术专业建设的引领作用
31、基于工程案例的工程电磁场教学实践探讨
32、浅谈电磁仿真软件在电磁场与微波技术教学中的应用
33、微波加快化学反应中非热效应研究的新进展
34、“电磁场与电磁波”课程教学探讨
35、电磁场对复杂黄铜凝固组织及性能的影响
36、音频大地电磁法在某隧道塌方勘察中的应用
37、高职物理课中电磁场与电磁波教学策略的探讨
38、“电磁场理论”课堂教学改革的探讨
39、《工程电磁场》课程双语教学的体会和思考
40、思维导图在地球物理电磁场理论教学中的应用
41、探讨电磁学现象与应用
42、实战化要求下《电磁场微波技术与天线》课程建设
43、电磁场与电磁波教学改革探索
44、基于HFSS的电磁场与电磁波教学虚拟实验研究
45、电磁场与电磁波课程教革的探讨
46、电磁场课程中矢量分析的教学研究
47、基于“雨课堂”的工程电磁场翻转课堂教学探索
48、新形势下高校工程电磁场课堂教学改革探索
49、关于电磁场与电磁波课程思政的几点思考