[發明專利]一種采用V型軌道的磁浮列車用懸浮導向和牽引裝置及其控制方法

無效

• 申請號: 201110377719.3
• 申請日: 2011-11-23
• 公開（公告）號: CN102490623A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 李云鋼;程虎;張曉;劉恒坤;彌柱;董鐘;龍娟
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: B60L13/00
• 分類號: B60L13/00
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 周長清

技術領域

本發明主要涉及到磁浮車輛領域，特指一種磁浮列車用的懸浮導向及牽引裝置。

背景技術

磁浮列車的縱向無接觸懸浮、水平無接觸導向及沿軌道方向的無接觸牽引是其三大基本功能，通常由懸浮系統、導向系統及牽引系統來實現。如果這三大系統各自獨立，將導致磁浮列車的體積重量龐大、結構復雜、造價高，因此通常要將這些功能進行一定的融合。目前，常規的結構包括HSST型低速磁浮列車和TR型高速磁浮列車。

HSST型磁浮列車采用U型電磁鐵和倒U型軌道結構，通過主動控制懸浮方向的運動，而導向方向的運動具有自穩特性，因此它將懸浮和導向功能融合在一起，其懸浮導向系統具有結構簡單、運行高效的特點。為了實現牽引功能，HSST在磁浮列車上安裝直線型短定子感應電機，在軌道上安裝鋁質反應板，通過渦流效應來產生牽引力。這種牽引系統由于渦流損耗大、端部效應導致磁力損失、初級和次級間氣隙大等原因，其牽引效率低，速度受到限制，實用最高速度僅為100km/h左右，因此稱為低速型磁浮列車。總的來說，HSST型磁浮列車將懸浮和導向系統進行了融合，但牽引系統是獨立的。

TR型磁浮列車采用直線型長定子同步電機進行牽引，牽引效率高、運行速度快，最高時速可達500km/h以上。更重要的是，該磁浮列車利用牽引電機的勵磁電磁鐵同時實現其懸浮功能，將懸浮功能和牽引功能有機結合，有效提高了磁場的利用率。但是為了實現導向功能，該系統加入了一套由導向電磁鐵、導向控制器及相應的供電設備組成的導向系統，該導向系統非常復雜，體積重量龐大，顯著增加了車輛重量及造價，運行能耗也會增加。此外，導向電磁鐵與軌道之間的幾何約束，導致其轉彎半徑受到較大限制，如果彎道半徑較小，導向電磁鐵就會碰撞軌道。總的來說，TR型磁浮列車將懸浮和牽引系統進行了融合，但導向系統是獨立的。

發明內容

本發明要解決的技術問題就在于：針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種結構簡單緊湊、成本低廉、工作穩定可靠、可利用同一套磁路來實現懸浮、導向及牽引功能的采用V型軌道的磁浮列車用懸浮導向和牽引裝置及其控制方法。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種采用V型軌道的磁浮列車用懸浮導向和牽引裝置，包括牽引組件和懸浮導向組件，所述懸浮導向組件包括安裝于車體上的轉向架和位于地面上的軌道，所述軌道包括支撐基礎和軌道梁，所述軌道梁的左右兩側分別裝設有一套鐵芯線圈，所述鐵芯線圈沿著與水平面呈一定夾角α的方向布置，所述轉向架上與鐵芯線圈對應的位置處設有勵磁體，所述勵磁體的布置方向與鐵芯線圈的布置方向平行。

作為本發明的進一步改進：

所述轉向架與軌道梁之間還設有支撐滑塊。

本發明進一步提供一種上述懸浮導向和牽引裝置的控制方法，其步驟為：

(1)建立軌道坐標系{O}和轉向架坐標系{A}并定義運動方式：假設軌道靜止，此時軌道坐標系也稱為慣性坐標系，慣性坐標系{O}的原點取為轉向架處于平衡時的質心位置，其y軸水平向右，其z軸豎直向上；轉向架坐標系{A}與轉向架固連，其原點取為轉向架的質心位置，其y軸和z軸的選取方法是，當轉向架處于平衡位置時，轉向架坐標系{A}與慣性坐標系{O}重合；一般情況下，轉向架坐標系{A}相對于慣性坐標系{O}有平移運動(y，z)和旋轉運動θ，稱z方向的運動為懸浮運動，稱y方向的運動為導向運動，稱θ方向的旋轉運動為滾動；

(2)通過檢測到實時的位置信號，得出懸浮、導向及滾動這三個獨立的狀態分量；

(3)利用狀態變量構造控制變量u₁，使得懸浮閉環運動穩定；鑒于u₁＝Δi₁+Δi₂，因此當檢測到懸浮狀態分量z偏離零位時，兩側的勵磁電流采用同相控制，以使得懸浮狀態分量回歸到標稱值；其中，Δi₁＝i₁-i₀，Δi₂＝i₂-i₀，i₁和i₂分別是左側和右側勵磁體的電流，i₀是平衡狀態對應的電流；