传统的EMS型磁浮列车在技术上已经比较成熟,在实践中得到了成功的应用。但由于常导EMS型磁浮列车存在悬浮气隙小、悬浮功率大、轨道精度要求高等问题,人们开始研究纯高温超导悬浮系统。本文的研究以增大悬浮间隙和减小悬浮功率为目标,设计了基于高温超导的磁悬浮系统,对高温超导电磁铁的设计和悬浮控制算法进行研究。论文主要包括如下内容:1.根据工程实际的需要设计了基于超导的磁悬浮单转向架结构和电磁铁参数,运用高温超导磁体技术,用Bi2223/Ag超导带材制作高温超导悬浮电磁铁;采用有限元的分析方法对高温超导悬浮系统的电磁特性做了详尽的仿真研究,结合高温超导带材的超导特性分析了悬浮间隙、线圈中通过的实际电流和临界电流三者之间的关系,得出了高温超导线圈的极限临界电流和在不失超的情况下最大悬浮间隙。分析了高温超导线圈在稳定悬浮时的功率损耗,并选用G-M制冷机作为制冷系统。2.建立了超导单铁悬浮系统的数学模型,从理论上分析了系统的可控性。传统的悬浮控制器的设计大都是建立在将非线性系统在平衡点附近进行局部线性化的基础上,当扰动过大而引起系统偏离平衡点过大时,可能导致控制性能迅速恶化,影响系统的稳定。本文在反馈线性化的基础上设计了基于质量干扰解耦控制思想的控制器,并用观测器观测系统质量的变化。仿真结果表明,观测器能迅速跟踪系统质量的变化,采用该控制方案能提高悬浮系统的整体性能,使系统有很好的抗干扰能力和鲁棒性能。3.为实现控制算法搭建了以DSP为核心的数字控制器硬件平台,编制了悬浮控制算法程序,设计了适合超导悬浮系统的压控电流源。本文的研究工作是面向工程应用展开的,对高温超导悬浮系统的设计和工程化应用有很好的借鉴意义。虽然文章中设计的高温超导悬浮系统在结构上较常导EMS悬浮系统复杂,而且工作环境和条件更加苛刻,但能够显著降低悬浮功耗、增大悬浮间隙,极大地节约轨道的建设成本。随着高温超导材料及制冷技术的发展,纯高温超导EMS悬浮系统将在磁浮列车上得到广泛的应用。