大學(xué)生主題創(chuàng)新區(qū)創(chuàng)新項目發(fā)布一、主題創(chuàng)新區(qū)介紹磁懸浮技術(shù)是利用磁力使物體處于無接觸懸浮狀態(tài)，是一種集電磁學(xué)、機械動力學(xué)、控制工程、信號處理、電工電子學(xué)、材料學(xué)等為一體的典型的機電一體化技術(shù)。目前，磁懸浮技術(shù)在國內(nèi)外的研究熱點為磁懸浮列車和磁懸浮軸承。磁懸浮列車利用磁懸浮技術(shù)在鐵軌上方懸浮運行，鐵軌與車輛不接觸，運行速度快，無噪音，平穩(wěn)舒適；同時由于無車輪，不存在輪軌摩擦產(chǎn)生的磨損，維護工作量和經(jīng)營成本大大降低，列車壽命大幅增加。日本、德國、英國、美國等國家均在積極研究磁懸浮列車，在國內(nèi)，上海、北京、長沙等地已開通多條磁懸浮列車線路，并有更多線路正在建設(shè)與規(guī)劃中。磁懸浮軸承是磁懸浮技術(shù)的最廣泛的應(yīng)用。磁懸浮軸承利用電磁力使轉(zhuǎn)子懸浮，以其無接觸、無摩擦、精度高、轉(zhuǎn)速高、壽命長等優(yōu)點，帶來了軸承行業(yè)的革命。使用磁懸浮軸承的壓縮機、膨脹機、分子泵等旋轉(zhuǎn)機械不僅性能得到了極大的提升，在無油無污染、節(jié)能減排等方面也有無可比擬的優(yōu)勢。隨著“碳達峰、碳中和”目標的提出，磁懸浮軸承作為一種高性能節(jié)能產(chǎn)品，應(yīng)用越來越廣泛。圖1磁懸浮列車圖2磁懸浮軸承磁懸浮技術(shù)的發(fā)展前景無比廣闊，磁懸浮技術(shù)與應(yīng)用大學(xué)生主題創(chuàng)新區(qū)有助于激發(fā)大學(xué)生對磁懸浮技術(shù)的興趣，提升大學(xué)生的創(chuàng)新能力及多學(xué)科交叉綜合應(yīng)用能力，培養(yǎng)獨立思考、團隊協(xié)作的意識，打造復(fù)合型創(chuàng)新設(shè)計人才，促進磁懸浮技術(shù)的進一步普及與推廣。主題創(chuàng)新區(qū)以磁懸浮技術(shù)的研究與應(yīng)用為主題，以解決實際問題為導(dǎo)向，開展磁懸浮技術(shù)的設(shè)計、優(yōu)化、制造、控制、集成、應(yīng)用等工作，內(nèi)容涵蓋機械設(shè)計、機械振動、電磁學(xué)、轉(zhuǎn)子動力學(xué)、電工電子、控制算法、電機設(shè)計與驅(qū)動、數(shù)據(jù)采集與分析等眾多研究方向。主題創(chuàng)新區(qū)指導(dǎo)教師團隊從2002年起，依托于南京航空航天大學(xué)“機械結(jié)構(gòu)力學(xué)及控制國家重點實驗室”、“直升機傳動技術(shù)國家級重點實驗室”和“機械工程”國家雙一流學(xué)科，已在磁懸浮技術(shù)方面開展了近20年的研究。在國家自然科學(xué)基金、國家863計劃、民機專項、航空預(yù)研計劃、航空科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金、江蘇省重點研發(fā)計劃、上海寶鋼、沈陽黎明航空發(fā)動機集團公司、中科院理化技術(shù)研究所、中船離心機公司等多項基礎(chǔ)研究基金及國家行業(yè)龍頭企業(yè)項目的資助下，開展了對民用和航空用磁懸浮技術(shù)各項關(guān)鍵技術(shù)的研究和開發(fā)，在復(fù)雜機電一體化模型修正與精確建模、轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析、控制器、控制策略、高精度電渦流傳感器、功率放大器等方面具有深入的研究和豐富的經(jīng)驗。主題創(chuàng)新區(qū)指導(dǎo)教師團隊完成的“高速大功率磁懸浮鼓風機關(guān)鍵技術(shù)”于2016年獲江蘇省科學(xué)技術(shù)一等獎，“高溫磁懸浮軸承研究”、“片狀五洲城永磁電機機理研究”分別于2005、2006年獲得國防科學(xué)技術(shù)獎一等獎、三等獎各1項。發(fā)表論文120余篇、其中SCI/EI檢索50余篇，授權(quán)發(fā)明專利20余項。與公司合作研發(fā)了磁懸浮葉輪機械，已創(chuàng)造了超數(shù)億元的產(chǎn)值。二、課題介紹（僅供參考，表格格式可修改）課題一指導(dǎo)教師：周瑾、徐園平項目名稱：心肺復(fù)蘇板及其監(jiān)測方法項目來源：合作項目/自選課題項目簡介：心搏驟停(CA)一直是一種威脅生命的急癥。而心肺復(fù)蘇術(shù)(CPR)是針對CA能形成暫時的人工循環(huán)與人工呼吸，以求達到心臟自主循環(huán)恢復(fù)(ROSC)、自主呼吸和自主意識的挽救生命技術(shù)。針對于醫(yī)護人員很難持續(xù)保證心肺復(fù)蘇質(zhì)量這一問題，設(shè)計一種具有監(jiān)測功能的心肺復(fù)蘇板。新型的心肺復(fù)蘇板在基于給病人背部提供穩(wěn)定支撐的基礎(chǔ)上，集成了對CPR各項關(guān)鍵指標進行實時監(jiān)測的功能，同時根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，對醫(yī)護人員CPR過程進行實時反饋指導(dǎo)，以此實現(xiàn)CPR高質(zhì)量持續(xù)進行。監(jiān)測裝置主要使用加速度/應(yīng)變/超聲傳感器作為監(jiān)測裝置。本項目基于心肺復(fù)蘇板實現(xiàn)背部支撐功能，基于加速度/應(yīng)變/超聲傳感器監(jiān)測裝置實現(xiàn)對CPR指標進行監(jiān)控反饋，具體包括（1）心肺復(fù)蘇板外形設(shè)計、制作；（2）傳感器信號處理分析（3）監(jiān)測裝置控制器設(shè)計。學(xué)生要求：學(xué)生需具備：（1）大學(xué)物理基本知識；（2）電工電子、測試技術(shù)、控制的基本知識；（3）編程的基本知識。課題二指導(dǎo)教師：金超武、徐園平項目名稱：磁懸浮人工心臟泵項目來源：合作項目/自選課題項目簡介：心力衰竭是21世紀人類所面臨最具挑戰(zhàn)性的心血管流行疾病，它是引發(fā)死亡的原因之一。終末期心力衰竭患者只有進行心臟移植手術(shù)才能維系自己的生命。然而，各種因素導(dǎo)致的心臟供體嚴重缺乏。組織工程與細胞工程的發(fā)展水平局限，使得心臟克隆難以在短期內(nèi)實現(xiàn)，這導(dǎo)致了心臟移植的極端供不應(yīng)求。因此，為了拯救心臟病患者，人們在100多年前就開始了人工心臟的研究。人工心臟是利用機械運動實現(xiàn)向人體血液循環(huán)系統(tǒng)輸送血液，以全部替代或部分替代自然心臟泵血功能的裝置。目前世界上公認比較理想的人工心臟泵為磁懸浮人工心臟泵。因為傳統(tǒng)的人工心臟泵技術(shù)仍存在缺陷，其易磨損、對血液損傷大、容易形成溶血和血栓等問題，限制了它的發(fā)展和應(yīng)用，但是利用磁懸浮具有的無接觸、無摩擦和無需潤滑的優(yōu)點可以有效提高人工心臟的使用效率，更好的維系患者的生命。本項目基于磁懸浮技術(shù)和永磁電機驅(qū)動技術(shù)實現(xiàn)心臟泵血功能，具體包括（1）無軸承電機的本體設(shè)計、制作；（2）懸浮和驅(qū)動控制器設(shè)計（3）懸浮和驅(qū)動控制策略設(shè)計。學(xué)生要求：學(xué)生需具備：（1）大學(xué)物理基本知識；（2）電工電子、測試技術(shù)、控制的基本知識；（3）編程的基本知識。課題三指導(dǎo)教師：徐園平、周瑾項目名稱：新型無源抗磁盤式磁懸浮電機研究項目來源：自選課題項目簡介：在旋轉(zhuǎn)機械工作過程中，摩擦一直是影響轉(zhuǎn)速以及工作壽命的一大問題。為了解決由于定轉(zhuǎn)子之間存在直接接觸從而產(chǎn)生摩擦力的這種情況，近年來出現(xiàn)了磁懸浮電機。由于非接觸式磁懸浮，該種電機具有無潤滑、免維護、壽命長、能耗低等優(yōu)點。這些優(yōu)點使得磁懸浮電機適用于某些特定的工業(yè)領(lǐng)域，如半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的離心泵、人工心臟、磁懸浮飛輪以及冷卻風扇。一般來說，磁懸浮電機系統(tǒng)需要五個自由度的主動位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)，這種控制需要較多的傳感器和復(fù)雜的控制方法，加大了懸浮成本。而被動磁懸浮則避免了這項問題，通過構(gòu)造磁勢能陷阱，實現(xiàn)抗磁性物質(zhì)的穩(wěn)定懸浮，減小了主動定位的數(shù)量，在微機電系統(tǒng)中有著廣闊的應(yīng)用前景?？勾艖腋‰姍C使用Halbach永磁體陣列和熱解石墨來實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定懸浮。通過無鐵芯電機產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電機的扭矩，可控性高，轉(zhuǎn)速可達到4000r/min。這種結(jié)構(gòu)的電機主要分為上、中、下三層結(jié)構(gòu)。上層結(jié)構(gòu)為永磁體、石墨盤結(jié)構(gòu)，用于實現(xiàn)盤式轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定懸浮，中層結(jié)構(gòu)類似永磁同步電機，起驅(qū)動作用，下層將另一抗磁石墨盤嵌套在環(huán)形磁鐵中間，起到提高徑向剛度的作用。本項目基于磁懸浮技術(shù)以及永磁同步電機技術(shù)實現(xiàn)轉(zhuǎn)子高速穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)功能，具體包括（1）Halbach永磁體陣列選型以及設(shè)計（2）永磁同步驅(qū)動器結(jié)構(gòu)設(shè)計（3）電機驅(qū)動方案設(shè)計以及電路搭建。學(xué)生要求：學(xué)生需具備：（1）大學(xué)物理基本知識；（2）電工電子、測試技術(shù)、控制的基本知識；（3）C語言編程的基本知識。課題四指導(dǎo)教師：周瑾、徐園平項目名稱：磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)高回轉(zhuǎn)精度控制方法項目來源：合作項目/自選課題項目簡介：磁懸浮軸承利用可控電磁力將轉(zhuǎn)子懸浮在設(shè)定的工作位置，具有無機械接觸、無摩擦、無磨損、長壽命、免潤滑、高速、高效率、低噪音、主動可控等優(yōu)點。已越來越多地應(yīng)用于半導(dǎo)體、光伏產(chǎn)業(yè)、石油化工等工業(yè)領(lǐng)域的分子泵、風機、壓縮機等旋轉(zhuǎn)葉輪機械中。與傳統(tǒng)葉輪機械相比，將磁懸浮軸承和高速永磁同步電機結(jié)合的直驅(qū)葉輪技術(shù)，省去了聯(lián)軸器、齒輪箱等，因此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小重量輕，且節(jié)能效率可提高10%以上，但由于不平衡質(zhì)量干擾、傳感器跳動、喘振及自激振動的影響，磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)難以保證高回轉(zhuǎn)精度。本項目基于傳感測試技術(shù)以及自動控制理論實現(xiàn)磁懸浮轉(zhuǎn)子系統(tǒng)高回轉(zhuǎn)精度控制，具體包括（1）磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立，控制方法穩(wěn)定性分析；（2）simulink仿真框圖搭建及仿真；（3）