[發(fā)明專利]EMS型低速懸浮列車的磁通反饋懸浮控制方法及裝置

有效

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• 申請日: 2013-10-17
• 公開（公告）號: CN103522912A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李杰;張文清;張錕;崔鵬;周丹峰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: B60L13/04
• 分類號: B60L13/04
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所 43008
• 代理人: 趙洪;譚武藝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磁懸浮列車的懸浮控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及EMS型低速懸浮列車的磁通反饋懸浮控制方法及裝置。

背景技術(shù)

EMS(Electro?Magnetic?Suspension)型低速磁浮列車是一種新型的軌道交通工具，具有安全、舒適、高速、噪音小，無污染、轉(zhuǎn)彎半徑小等優(yōu)點(diǎn)，其主要原理是依靠懸浮列車上的懸浮電磁鐵與軌道之間的電磁吸力使列車懸浮在軌道上，然后通過直線電機(jī)牽引驅(qū)動。EMS型低速懸浮列車主要包括牽引系統(tǒng)、懸浮控制系統(tǒng)、二次系結(jié)構(gòu)、車體等，其中牽引系統(tǒng)主要指的是牽引電機(jī)及感應(yīng)鋁板。其中，懸浮控制系統(tǒng)包括懸浮電磁鐵、傳感器組、懸浮控制器等，懸浮控制系統(tǒng)是磁懸浮列車最關(guān)鍵的核心技術(shù)。

CMS04型磁懸浮列車共有5個(gè)懸浮轉(zhuǎn)向架，每個(gè)懸浮轉(zhuǎn)向架有2個(gè)懸浮模塊，每個(gè)懸浮模塊有2個(gè)懸浮點(diǎn)，而同一個(gè)懸浮模塊的2個(gè)懸浮點(diǎn)懸浮任務(wù)由一臺懸浮控制器實(shí)現(xiàn)。懸浮控制器用于調(diào)節(jié)懸浮電磁鐵中的懸浮電流，從而調(diào)節(jié)懸浮間隙大小，實(shí)現(xiàn)車輛的穩(wěn)定懸浮。磁懸浮列車車體通過二次懸掛系統(tǒng)懸浮，且磁懸浮列車車體之間通過磁懸浮轉(zhuǎn)向架相連，每輛EMS型低速懸浮列車有5個(gè)磁懸浮轉(zhuǎn)向架，在每個(gè)轉(zhuǎn)向架的4個(gè)角上設(shè)有空氣彈簧懸掛系，空氣彈簧懸掛系包括空氣彈簧、橫向彈性拉桿、高度調(diào)節(jié)閥、牽引拉桿組成。如圖1所示，磁懸浮列車車體103的下部設(shè)有二次懸掛系統(tǒng)，二次懸掛系統(tǒng)包括空氣彈簧104、托臂105和防側(cè)滾梁106，磁懸浮列車車體103通過空氣彈簧104支承在托臂105上，托臂105下方設(shè)有對稱布置的兩個(gè)懸浮電磁鐵101；地面上則設(shè)有枕軌108，枕軌108的兩側(cè)設(shè)有呈F形的磁懸浮軌道107，CMS04型磁懸浮列車的傳感單元109則內(nèi)置托臂105內(nèi)。二次懸掛系統(tǒng)的主要作用是為了連接車體和轉(zhuǎn)向架，在兩者之間傳遞各種載荷，并提供緩沖和減振作用，使車輛靈活地沿直線運(yùn)行和通過曲線，滿足車輛運(yùn)行平穩(wěn)性和舒適性的要求。

現(xiàn)有技術(shù)關(guān)于中低速磁浮列車的懸浮控制方法研究的比較多，基于不同的懸浮控制方法集成了不同的懸浮控制系統(tǒng)。懸浮性能的優(yōu)劣主要取決于懸浮控制系統(tǒng)的性能。懸浮控制系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)的懸浮傳感器獲得間隙、速度、加速度、電流等信號，經(jīng)懸浮控制CPU計(jì)算得到PWM值，通過PWM來控制和調(diào)節(jié)懸浮電磁鐵兩端的電壓，從而控制通過懸浮電磁鐵的電流大小，進(jìn)而保證懸浮電磁鐵與軌道之間的間隙始終保持在設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)了磁浮列車的穩(wěn)定懸浮。現(xiàn)有技術(shù)的懸浮控制方法均為基于電流反饋實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，但是基于電流反饋懸浮控制存在剛度大、超調(diào)大的弱點(diǎn)，導(dǎo)致懸浮控制的靜態(tài)特性和動態(tài)特性較差。

懸浮控制技術(shù)是磁懸浮列車研究的核心技術(shù)，如何提高懸浮控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性是懸浮工程師一直追求的目標(biāo)。由于磁通反饋控制具有控制參數(shù)穩(wěn)定范圍大，超調(diào)小等優(yōu)點(diǎn)，因此基于磁通反饋的控制算法具有很好的前景。雖然磁通反饋具有比較廣闊的前景，但是由于大磁場環(huán)境下磁通信號的獲得是比較困難的，現(xiàn)有的霍爾傳感器測量范圍比較小，因此將其應(yīng)用于懸浮控制系統(tǒng)的磁通傳感器存在技術(shù)障礙。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的上述技術(shù)問題，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種懸浮控制穩(wěn)定性好、靈敏度高、控制帶寬低、能夠提高懸浮控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性、簡單易行、抗干擾能力強(qiáng)、可擴(kuò)展性好、實(shí)施靈活的EMS型低速懸浮列車的磁通反饋懸浮控制方法及裝置。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

本發(fā)明提供一種EMS型低速懸浮列車的磁通反饋懸浮控制方法，其實(shí)施步驟如下：

1）預(yù)先在EMS型低速懸浮列車的懸浮電磁鐵上的線包外側(cè)繞設(shè)磁通感應(yīng)線圈，且在所述EMS型低速懸浮列車行駛時(shí)檢測所述磁通感應(yīng)線圈的感應(yīng)電動勢，將所述感應(yīng)電動勢依次進(jìn)行增益調(diào)節(jié)、積分、校正調(diào)零得到懸浮間隙處的磁通密度；同時(shí)，采集所述EMS型低速懸浮列車的懸浮加速度和懸浮間隙；

2）根據(jù)所述懸浮間隙處的磁通密度、懸浮加速度、懸浮間隙計(jì)算懸浮系統(tǒng)控制率；

3）根據(jù)所述懸浮系統(tǒng)控制率分別生成用于控制所述懸浮電磁鐵兩端兩個(gè)懸浮點(diǎn)的閉環(huán)控制PWM信號，判斷低速懸浮列車當(dāng)前的懸浮命令值，如果低速懸浮列車當(dāng)前的懸浮命令值為懸浮，則將所述兩個(gè)閉環(huán)控制PWM信號分別輸出至PWM驅(qū)動電路來調(diào)節(jié)懸浮電磁鐵與軌道之間的懸浮力；否則，如果低速懸浮列車當(dāng)前的懸浮命令值為不懸浮，則結(jié)束處理并退出。

作為本發(fā)明EMS型低速懸浮列車的磁通反饋懸浮控制方法的進(jìn)一步改進(jìn)：

所述步驟1）中將感應(yīng)電動勢依次進(jìn)行增益調(diào)節(jié)、積分、校正調(diào)零得到懸浮間隙處的磁通密度的詳細(xì)步驟如下：