[發(fā)明專利]一種中低速磁浮列車懸浮電磁鐵電感參數(shù)在線檢測方法

有效

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• 申請日: 2014-04-11
• 公開（公告）號: CN103954844B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董金文;張昆侖
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責(zé)任公司51200
• 代理人: 張澎

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種中低速磁浮列車懸浮電磁鐵電感參數(shù)在線檢測方法。

背景技術(shù)

中低速磁浮列車主要采用電磁吸力懸浮，懸浮力由懸浮電磁鐵提供，懸浮電磁鐵通過電流與軌道之間產(chǎn)生電磁吸力，通過控制電磁鐵電流的大小調(diào)節(jié)電磁力使得系統(tǒng)可以穩(wěn)定在固定的懸浮氣隙上。

懸浮電磁鐵是懸浮系統(tǒng)主要部件，在實(shí)際使用中需要對其狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測，以判斷可能出現(xiàn)的故障以及出現(xiàn)故障時(shí)對故障進(jìn)行分析。懸浮電磁鐵在電學(xué)特性上可以等效認(rèn)為電阻串聯(lián)電感，電磁鐵電阻和電感是反映電磁鐵狀態(tài)的關(guān)鍵參數(shù)。

電感參數(shù)是電磁鐵的重要狀態(tài)參數(shù)，也是判斷電磁鐵狀態(tài)的主要依據(jù)之一。當(dāng)電磁鐵發(fā)生某些故障時(shí)，通過電感參數(shù)可以對故障狀況進(jìn)行識別。當(dāng)電磁鐵開路時(shí)，電磁鐵電感會(huì)變成無窮大或者極大；當(dāng)電磁鐵短路時(shí)，電磁鐵電感會(huì)變小甚至為零；當(dāng)電磁鐵出現(xiàn)匝間部分短路時(shí)，電磁鐵電感會(huì)比常態(tài)值小；當(dāng)電磁鐵連接不穩(wěn)時(shí)，電磁鐵電感值會(huì)發(fā)生不穩(wěn)定。所以通過對懸浮電磁鐵電感參數(shù)的識別可以在線的對懸浮電磁鐵的狀態(tài)進(jìn)行判斷。此外，電磁鐵電感是懸浮系統(tǒng)控制中使用的重要參數(shù)，是系統(tǒng)需要識別的重要在線參數(shù)。通過對電磁鐵電感參數(shù)的識別，可以對系統(tǒng)控制參數(shù)進(jìn)行在線調(diào)整，優(yōu)化控制器性能。總之，電磁鐵電感參數(shù)在線識別是懸浮系統(tǒng)在線故障診斷、系統(tǒng)參數(shù)在線識別以及控制參數(shù)在線調(diào)整的重要依據(jù)。

對懸浮電磁鐵電感參數(shù)在線進(jìn)行檢測，存在一定的困難，這種困難主要在于懸浮系統(tǒng)控制是一種實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，檢測電壓加入困難。中低速磁浮列車采用電磁吸力懸浮系統(tǒng)，這種懸浮系統(tǒng)是一種本質(zhì)不穩(wěn)定系統(tǒng)，系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電磁鐵電流的大小來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定懸浮。懸浮系統(tǒng)根據(jù)電磁鐵的氣隙值和加速度值實(shí)時(shí)計(jì)算出電磁鐵需要電流（目標(biāo)電流）大小，電磁鐵電流控制根據(jù)電磁鐵目標(biāo)電流和實(shí)際電流產(chǎn)生控制脈沖，控制脈沖控制懸浮斬波電路中開關(guān)管的開通和關(guān)斷對電磁鐵電流實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，使實(shí)際電流跟隨目標(biāo)電流。在中低速磁浮列車中電磁鐵電流的大小通過懸浮斬波電路實(shí)現(xiàn)。由于開關(guān)管工作頻率有限，在實(shí)際工作時(shí)采用固定的開關(guān)頻率，其控制信號一般采用脈沖寬度調(diào)制信號（PWM）信號，通過調(diào)節(jié)PWM信號的占空比，調(diào)節(jié)開關(guān)管在開關(guān)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間來調(diào)節(jié)電流。懸浮斬波電路在PWM信號控制下對電磁鐵產(chǎn)生的電壓為PWM電壓。電磁鐵受PWM電壓控制，PWM電壓需要實(shí)時(shí)按照控制規(guī)律改變，使得對電磁鐵施加檢測電壓并檢測相應(yīng)的電流，存在一定的困難。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上不足，本發(fā)明的目的是，提供一種中低速磁浮列車懸浮電磁鐵電感參數(shù)在線檢測方法，使之克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。其方案為：

一種中低速磁浮列車懸浮電磁鐵電感在線檢測方法，對懸浮電磁鐵狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測以判斷可能出現(xiàn)的故障以及出現(xiàn)故障時(shí)對故障進(jìn)行分析提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包括以下步驟：(a)在懸浮電磁鐵正常工作過程中加入一個(gè)脈沖寬度調(diào)制PWM檢測信號，該信號控制一個(gè)橋臂開通占空比為100%，另一個(gè)橋臂開通占空比為50%先開后關(guān)，(b)在加入PWM檢測電壓周期中，檢測電磁鐵在此PWM電壓下開始時(shí)刻電流I₀、半周期時(shí)刻電流I₁和周期結(jié)束時(shí)刻電流I₂，利用系統(tǒng)輸入電壓U和PWM電壓半周期時(shí)間T_m，按照公式在線獲得電磁鐵電感值并輸送至在線故障診斷及調(diào)整后續(xù)執(zhí)行單元。

在中低速磁浮列車中，懸浮電磁鐵電流、電壓比較高，通常采用懸浮斬波電路對電磁鐵電流進(jìn)行控制。懸浮斬波電路在工作在開關(guān)狀態(tài)，在工作中，當(dāng)開關(guān)管同時(shí)開通時(shí)，輸入電源通過開關(guān)管對懸浮電磁鐵進(jìn)行充電，懸浮電磁鐵電流增加；當(dāng)開關(guān)管同時(shí)關(guān)斷時(shí)，懸浮電磁鐵通過二極管向輸入電源放電，懸浮電磁鐵電流減小；當(dāng)一個(gè)開關(guān)管開通一個(gè)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，懸浮電磁鐵通過開通的開關(guān)管與二極管自身進(jìn)行續(xù)流。在正常工作時(shí)，通過不停的調(diào)節(jié)開關(guān)管的開通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)電流的調(diào)節(jié)。

根據(jù)電路原理，假設(shè)輸入電壓為U_i，電磁鐵電感和電阻L,R，電磁鐵輸出電流為i_o，定義時(shí)間常數(shù)為τ＝L/R。懸浮電磁鐵在正常工作過程中加入一個(gè)脈沖寬度調(diào)制（PWM）檢測電壓，其中一個(gè)橋臂開通占空比為100%，另一個(gè)橋臂開通占空比為50%（先開通后關(guān)斷），電磁鐵受到的電壓如圖所示，計(jì)算半周期時(shí)刻和周期結(jié)束時(shí)刻電磁鐵電流值，假設(shè)檢測電壓周期為2T_M。