University of Pardubice Faculty of Electrical Engineering and Informatics

University

Employees
|
Students
Česky

Publication detail

Generalized first-principle model of magnetic levitation

Authors: Dušek František | Tuček Jiří | Novotný Aleš | Honc Daniel

Year: 2023

Type of publication: článek v odborném periodiku

Name of source: Journal of Magnetism and Magnetic Materials

Page from-to: 171330

Titles:

Language	Name	Abstract	Keywords
cze	Zobecněný analytický model magnetické levitace	Magnetická levitace (MagLev) si od své první demonstrace před více než půl stoletím získala významnou vědeckou pozornost jak z fundamentálního, tak z aplikovaného hlediska. MagLev v podstatě vykazuje vysoce nelineární dynamiku popsanou nelineárními diferenciálními rovnicemi. Pro využití jevu MagLev je tedy třeba vytvořit jak matematické modely, tak řídicí algoritmy. Často autoři používají zjednodušení modelu, a tím omezují použití modelu MagLev kolem nominálního pracovního bodu. V těchto zjednodušených případech mohou modely MagLev obsahovat parametry, které nejsou reprezentovány správnými fyzikálními veličinami. V této práci jsme proto revidovali problematiku modelování MagLev z hlediska tvorby analytického modelu. Konkrétně jsme teoreticky odvodili výrazy pro interakci mezi magnetickými poli solenoidu a malého magnetického objektu. Poté bylo popsáno chování indukčnosti v závislosti na vzdálenosti od solenoidu. Navržená koncepce modelování MagLev byla ověřena experimentálně, což potvrdilo platnost a správnost navrženého matematického modelu MagLev. Zde prezentované výsledky lze tedy považovat za velmi přínosné pro formulaci složitějších návrhů MagLev využitelných v oblasti prediktivního řízení polohy levitujícího objektu.	Magnetická levitace; nelineární matematický model; indukčnost solenoidu; magnetická síla solenoidu
eng	Generalized first-principle model of magnetic levitation	Since its first demonstration more than a half century ago, magnetic levitation (MagLev) has gained eminent scientific attention from both the fundamental and applied points of view. In essence, MagLev shows highly nonlinear dynamics, described with nonlinear differential equations. Thus, in order to exploit the MagLev phenomenon, both mathematical models and control algorithms must be constructed. Frequently authors use simplifications of the model, and in doing so, limit the application of the MagLev model around a nominal operating point. In these simplified cases, the MagLev models may contain parameters that are not represented by proper physical quantities. Thus, in this work, we revised the issue of MagLev modelling from the first-principle approach. More specifically, we theoretically derived expressions for the interaction between the magnetic fields of the solenoid and a small magnetic object. The behaviour of the inductance on a distance from the solenoid was then described. The suggested MagLev modelling concept was verified experimentally, confirming the validity and correctness of the proposed MagLev mathematical model. The results presented here could thus be regarded as highly beneficial for formulating more complex MagLev designs exploitable in the field of model predictive control of the position of a levitating object.	Magnetic levitation; Nonlinear math model; Solenoid inductance; Solenoid magnetic force