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专利号: 2024115883858
申请人: 金陵科技学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-24
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.主动驱动磁悬浮双滑块减摇装置,其特征在于:包括安装在船体甲板下方、重心以上位置的配重滑块(1)、磁悬浮导轨(2)、直线电机次级绕组固定架(3)以及直线电机次级绕组(4),所述配重滑块(1)设置有两个,分别包括滑块悬架(1‑1)、配重块(1‑2)、直线电机初级绕组(1‑3)、磁悬浮装置(1‑4)、限位导轮支架(1‑5)以及限位导轮(1‑6),所述滑块悬架(1‑

1)呈“工”字形,中间有通孔,所述配重块(1‑2)设置有两个,分别均匀安装于滑块悬架(1‑1)的两侧,所述直线电机初级绕组(1‑3)安装于通孔内部的两侧,所述磁悬浮装置(1‑4)包括磁悬浮装置定子铁芯(1‑41)和磁悬浮装置定子绕组(1‑

42),所述磁悬浮装置(1‑4)分别安装于滑块悬架(1‑1)的四个顶点位置且相互独立,所述磁悬浮导轨(2)呈圆管形且穿过磁悬浮装置定子绕组(1‑42)的内侧设置,当磁悬浮装置定子绕组(1‑42)通电时,对磁悬浮导轨(2)产生电磁吸力,当电磁吸力达到预设值时,克服配重滑块(1)的重力,使整个配重滑块(1)与磁悬浮导轨(2)之间保持气隙,并沿着磁悬浮导轨(2)自由移动,所述直线电机次级绕组固定架(3)穿过滑块悬架(1‑1)通孔,所述直线电机次级绕组(4)贴合于直线电机次级绕组固定架(3)两侧,所述限位导轮支架(1‑5)安装在磁悬浮装置(1‑4)的外壁上,所述限位导轮(1‑6)分别安装在限位导轮支架(1‑5)上,防护板(5)固定在船体内壁上,当磁悬浮装置(1‑4)移动到靠近船体内壁时,所述防护板(5)在限位导轮(1‑6)的作用下,使配重滑块(1)与磁悬浮导轨(2)之间的气隙保持在安全限度内,还包括PID控制器和角度传感器,所述角度传感器分别安装在船体上,所述角度传感器与PID控制器连接,当装置停用时,两个配重块(1‑2)分别移动到磁悬浮导轨(2)的两侧,当船体受到外界扰动而发生水平晃动时,PID控制器通过角度传感器检测船体横摇角度,调节直线电机初级绕组(1‑3)和次级绕组中的电流,使两个配重滑块(1)沿着磁悬浮导轨(2)做直线运动,从而改变船体整体重心的位置,使船体保持水平,PID控制器的传递函数模型为:

其中, 为PID控制器的输出, 为PID控制器的输入,K为PID控制器的比例系数,为比例环节, 为积分环节, 为积分环节增益, 越大积分效果越弱, 为不完全微分环节, 为微分环节增益, 。

2.根据权利要求1所述的主动驱动磁悬浮双滑块减摇装置,其特征在于:还包括端部固定架(7),所述端部固定架(7)的一侧固定在船体内壁上,所述磁悬浮导轨(2)和直线电机次级绕组固定架(3)的端部分别固定在端部固定架(7)的另一侧上。

3.根据权利要求1或2所述的主动驱动磁悬浮双滑块减摇装置,其特征在于:还包括缓冲器(6),所述缓冲器(6)包括缓冲弹簧和限位凸起,所述缓冲弹簧的一端固定在端部固定架(7)侧面,所述限位凸起固定在滑块悬架(1‑1)的侧面,所述限位凸起与缓冲弹簧位于同一直线上。

4.根据权利要求1所述的主动驱动磁悬浮双滑块减摇装置,其特征在于:所述磁悬浮导轨(2)设置两个及其以上,两个及其以上的磁悬浮导轨(2)均匀安装于配重滑块(1)左右两侧或上下两侧。

5.根据权利要求1所述的主动驱动磁悬浮双滑块减摇装置,其特征在于:所述PID控制器为自适应控制器,所述自适应控制器根据控制系统模型,配合角度传感器反馈信号,控制配重滑块(1)的位置和加速度。

6.根据权利要求1所述的主动驱动磁悬浮双滑块减摇装置,其特征在于:所述电磁吸力由磁悬浮装置定子铁芯(1‑41)和磁悬浮装置定子绕组(1‑42)产生,其大小与配重滑块(1)的重力相互平衡,即:;

其中, 为第 个电磁铁芯产生的电磁吸力, 为真空磁导率,A为绕组铁芯横截面积,N为电磁绕组匝数,为绕组电流大小, 为磁悬浮装置定子铁芯和磁悬浮导轨的气隙大小,为单侧配重块质量, 为重力加速度。

7.根据权利要求1‑6任一项所述的主动驱动磁悬浮双滑块减摇装置的控制方法,其特征在于:包括如下步骤:

当磁悬浮装置定子绕组(1‑42)通电时,可对磁悬浮导轨(2)产生电磁吸力,当电磁吸力达到预定值时,能够克服配重滑块(1)的重力,使整个配重滑块(1)与磁悬浮导轨(2)之间保持有气隙,并可沿着磁悬浮导轨(2)自由移动,所述直线电机次级绕组固定架(3)穿过滑块悬架(1‑1)的通孔,所述直线电机次级绕组(4)贴合于直线电机次级绕组固定架(3)两侧,当装置停用时,两个配重块(1‑2)分别移动到磁悬浮导轨(2)两侧,当船体受到外界扰动而发生水平晃动时,PID控制器通过检测船体横摇角度,调节直线电机初级绕组(1‑3)和次级绕组中的电流,使两个配重滑块(1)沿着磁悬浮导轨(2)做直线运动,从而改变船体整体重心的位置,使船体保持水平;

当装置停用时,两个配重滑块(1)移动到靠近船体两侧的位置后保持停止,此时配重滑块(1)仍能依靠自身质量对横向扰动起到抑制作用;

当装置启用时,PID控制器根据角度传感器反馈的信号计算当前船体倾斜的角度,进而估计出两个配重滑块(1)的最佳位置,控制直线电机初级绕组(1‑3)和直线电机次级绕组(4)中的电流,使配重滑块(1)移动到预定位置。