Electromagnetic suspension, the suspension system used for Maglev trains, is now being applied to urban and inter-city transportation systems, offering environmental benefits. This suspension system is actively controlled to stabilize the suspended vehicle as it runs over an elevated guideway, which, for various reasons, may have deviations in its height. For this reason, frequency responses of the suspension to height deviations must be predicted in the system design cycle. The equations of motion of the electromagnetic suspension employing the 5 state feedback control law are derived for frequency analysis. The results of this paper could be used to determine design requirements for the urban Maglev transportation system currently under development in Korea.
Chopper and sensors failures resulting from electric shock and mechanical vibration generated by rail irregularities are the serious problem deteriorating the performance in the electromagnetic suspension systems. Thus, this paper proposes a reliable output feedback control scheme for the electromagnetic suspension systems in the present of chopper, gap sensor and acceleration sensor failures. The designed controller is an extended version of a novel design technique which has the design method of the output feedback controller using dynamic compensator. The benefits of this scheme are demonstrated through the simulation and experimental results for proposed controller against chopper, gap sensor and acceleration sensor failures of electromagnetic suspension system.
This paper describes the development of a clustering based fuzzy controller of an electromagnetic suspension vehicle using gain scheduling method and Kalman filter for a simplified single magnet system. Electromagnetic suspension vehicle systems are highly nonlinear and essentially unstable systems For achieving the levitation control of the DC electromagnetic suspension system, we considered a fuzzy system modeling method based on clustering algorithm which a set of input/output data is collected from the well defined Linear Quadratic Gaussian(LQG) controller. Simulation results show that the proposed clustering based fuzzy controller methodology robustly yields uniform performance with adequate gap response over the mass variation range.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.49
no.12
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pp.778-788
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2000
Chopper and sensors failures resulting from electric shock and mechanical vibration generated by rail irregularities are the serious problem deteriorating the performance in the electromagnetic suspension systems. Thus, this paper proposes a fault-tolerant control scheme with a dynamic compensator for the failure of the choppers, gap sensors and acceleration sensors in electromagnetic suspension system. The advantage of the proposed control method are demonstrated through simulation and experimental results for the levitation characteristics when the failures of the chopper and sensors occur, respectively.
In this paper, the electromagnetic damper (EMD), which is composed of a permanent-magnet rotary DC motor, a ball screw and a nut, is considered to be analyzed as a semi-active damper. The main objective pursued in the paper is to study the two degrees of freedom (DOF) model of the semi-active electromagnetic suspension system (SAEMSS) performance and energy regeneration controlled by on-off and continuous damping control strategies. The nonlinear equations of the SAEMSS must therefore be extracted. The effects of the EMD characteristics on ride comfort, handling performance and road holding for the passive electromagnetic suspension system (PEMSS) are first analyzed and damping control strategies effects on the SAEMSS performance and energy regeneration are investigated next. The results obtained from the simulation show that the SAEMSS provides better performance and more energy regeneration than the PEMSS. Moreover, the results reveal that the on-off hybrid control strategy leads to better performance in comparison with the continuous skyhook control strategy, however, the energy regeneration of the continuous skyhook control strategy is more than that of the on-off hybrid control strategy (except for on-off skyhook control strategy).
Based on the linear model of electromagnetic suspension (EMS) system, it is able to be further simplified into a standard second-order model with a modified PD control. In this paper static and dynamic characteristics of EMS with modified PD control are investigated when suspended weight of steel plate change. A experimental system has been built to verify static and dynamic characteristics of EMS system. Simulation and experiment are both given.
Park, Yon-Mook;Tahk, Min-Jea;Nam, Myeong-Ryong;Seo, In-Ho;Lee, Sang-Hyun;Lim, Jong-Tae
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.4
no.2
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pp.69-78
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2003
In this paper, we develop the so-called functional test model for magnetic bearing wheels. The functional test model developed in this paper is a kind of electromagnetic suspension systems and has three degree of freedom, which consists of one axial suspension from gravity and the other two axes gimbaling capability to small angle, and does not include the motor. For the control of the functional test model, we derive the optimal electromagnetic forces based on the least squares method, and use the proportional-integral derivative controller. Then, we develop a hardware setup, which mainly consists of the digital signal processor and the 12-bit analog-to-digital and digital-to-analog converters, and show the experimental results.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.65
no.6
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pp.1045-1051
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2016
This paper introduces a new optimal design method using a bacterial survival strategies for a ectromagnet of Maglev transportation vehicle. Usually, an electromagnetic suspension which has more advantages than electro dynamic suspension is used in Maglev systems. However, the structural constraints must be considered in the optimal design of an electromagnet for electromagnetic suspend system. In this paper, the optimal design method of a electromagnet based on a bacterial survival strategies optimization algorithm to design the electromagnet satisfying the structural constraints. The effectiveness of the proposed method was verified by Matlab simulations and the simulation results show that the proposed method is more efficient than conventional methods.
The basic element of the EMS suspension is the electromagnet system, which suspends the vehicle without contact by attracting forces to the rails at the guideway. The suspension of a vehicle by attractive magnetic forces is inherently unstable and consequently it is continuously adjusted by the strength of the suspending electromagnet from rail irregularity and bending of the guideway. In order to improve reliable tracking, it needs to get feedback signals without measurement delay time. In this paper the concept of feedback control system with Kalman Filter in EMS is proposed. The input signals in the feedback control system are an air-gap and an acceleration signal. The air-gap signal with noise from the gap sensor is transformed to the filtered air-gap signal y without measurement delay time by using Kalman Filter. The filtered air-gap signal is transformed to a relative velocity and a relative acceleration signal. Then it multiplies these values by gain matrix in order to get the actuator's reference voltage value. The simulation results show that the dynamic responses of the suspension system can be improved by reducing the influence of measurement delay time of air-gap signals.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.54
no.12
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pp.569-575
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2005
This paper proposes a gain scheduled control technique using time-delay for the nonlinear system with plant uncertainties and unexpected disturbances. The time delay-based gain scheduled control depends on a direct estimation of a function representing the effect of uncertainties. The information from the estimation is used to cancel the unknown dynamics and the unexpected disturbances simultaneously. The proposed estimation scheme with a finite convergence time is formulated in order to estimate the unknown scheduling variable variation. In other words, the time delay-based gain scheduled control uses the past observation of the system's response and the control input to directly modify the control actions rather than to adjust the controller gains or to identify system parameters. It has a simple structure so as to minimize the computational burden. The benefits of this proposed scheme are demonstrated in the simulation of an electromagnetic suspension system with plant uncertainties and external disturbances, and the proposed controller is compared with the conventional state feedback controller.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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