Abstract
本論文針對可控永磁式磁浮系統在運輸上的應用作探入的探討。有鑑於磁浮運輸乃一複雜之系統工程．本文提出一個系統化的設計程序用來整合磁浮系統的各子系統，包括：磁懸浮子系統，機械結構子系統，以及線型推進子系統。在可控永磁式電磁鐵的設計方面，針對懸浮升力，軌道不平整度所造成之調整功率消耗，和驅動該磁鐵之大功率額定進行詳細的分析，藉此可導出設計時所需之磁鐵性能與磁鐵尺寸的解析關係。根據所得之解析關係，應用一種非線性規劃法則－連續解限制最小化理－可達成可控永磁式電磁鐵之尺寸最佳化設計。應用該法所得之解，可在特定任務需求下達成輕磁鐵重，高升力對永磁重比，及低調整功率消耗等需求性能。在分權式多功能穩健控制器的分析設計方面，我們提出一種以新型迫近法則為基礎的可變結構控制法則用來提供強健懸浮性能同時有效消除傳統可變結構控制下所導致的強烈震顫問題。再者，該控制器可以單一控制架構達成四種操作功能，包括：平緩起飛，零功率懸浮，過載保護，以及軟性降落。此特性對提升系統可靠度及簡化控制器組裝有相當助益。更進一步，本文亦對隨機軌道不平整度所激發之磁懸浮動態響應作深入探討評估，藉以決定合適之控制器迴授增益，為了解決磁浮運輸系統在被動式軌道之高速切換問題，我們成功發展出一種結合混成觀測器與多功能控制器之新型無氣隙感測器之補償方式用以消除氣隙感測器在經過軌道縫隙時所導致之不穩定，同時能保存原多功能之控制目的。本文亦發表在一六米軌道上一二十五公斤級以線型感應馬達所推進之磁浮系統的詳細製造與測試結果，藉此可證明及示範本文所提出之系統方法在運輸應用上之可行性。This dissertation presents an indepth investigation of thecontrolled-PM Maglev system for transport application. Asystematic design procedure is developed to achieve successfulintegration of all the subsystems. For the design of thecontrolled-PM electromagnet, a nonlinear programming method -the sequentially unconstrained minimization technique - isemployed to solve the dimensional optimization problem. For thedecentralized multifunctional robust controller synthesis, anovel reaching-law-based variable structure control methodologyis proposed to provide robust performance but eliminating thechattering of the conventional variable structure controlmethod. To solve the problem of high speed transfer at passiveroute switch, a new scheme of gap-sensor-free compensator isalso developed to remove the instability due to gap sensorspassing through rail gaps. A 25-kg Maglev system propelled bylinear induction motors over a six meter guideway is fabricatedand tested to demonstrate the feasibility of the proposedsystem approach.