[發(fā)明專利]一種中低速磁浮列車軌縫信號處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410145566.3
• 申請日: 2014-04-11
• 公開（公告）號: CN103950456A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計）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: B61L1/00
• 分類號: B61L1/00
• 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)明涉及中低速磁浮列車懸浮控制信號處理技術(shù)。

背景技術(shù)

中低速磁浮列車采用電磁吸力懸浮系統(tǒng)，電磁吸力懸浮系統(tǒng)是一種本質(zhì)不穩(wěn)定的懸浮系統(tǒng)，它必須通過反饋控制以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定。在反饋控制中，系統(tǒng)首先對懸浮氣隙進(jìn)行采樣，也就是首先檢測懸浮電磁鐵與軌道之間的距離（稱為氣隙值），根據(jù)氣隙值通過一定的控制算法，計算維持這個氣隙所需要的電磁鐵電流的大小；最后通過懸浮斬波電路對電磁鐵電流進(jìn)行控制，使電磁鐵電流等于需要的電磁鐵電流大小。

在中低速磁浮列車系統(tǒng)中，軌道采用低碳鋼等導(dǎo)磁材料制成，沿線路鋪設(shè)在軌道梁的軌枕上。軌道采用軋制工藝制成，目前一般單根軌道長度在8～12米之間。考慮到軌道和梁熱脹冷縮以及線路鋪設(shè)等原因，軌道與軌道之間需要留出一定的縫隙，稱之為軌縫。

中低速磁浮列車的懸浮系統(tǒng)對懸浮氣隙值進(jìn)行檢測主要是通過電渦流傳感器（稱為氣隙傳感器），檢測軌道下表面與傳感器探頭之間的距離。當(dāng)氣隙傳感器探頭正對軌道接縫處時，相當(dāng)于傳感器檢測的等效面積變小或者軌道檢測面處于遠(yuǎn)處，所以此時傳感器的檢測輸出為最大氣隙或較大氣隙。因此，當(dāng)懸浮電磁鐵通過軌道接縫時，氣隙傳感器在通過軌道接縫的過程中，其檢測值會出現(xiàn)先變大后變小，如圖1所示。如果使直接使用含有軌縫信號的傳感器檢測值，必然會造成懸浮系統(tǒng)性能變差甚至引起系統(tǒng)失穩(wěn)。

在目前的實(shí)際使用中，解決懸浮系統(tǒng)過軌縫的辦法通常是使用多個氣隙傳感器探頭，利用氣隙傳感器在軌縫處檢測面變小，檢測信號值變大的原理，對傳感器檢測值取小，通過多個傳感器探頭的切換，來避免軌縫信號通過懸浮氣隙檢測值對懸浮系統(tǒng)造成影響。實(shí)際使用的切換過程比較簡單，假設(shè)沿著懸浮電磁鐵運(yùn)行方向依次有傳感器1和傳感器2，兩個傳感器遠(yuǎn)離軌道接縫處時檢測值一致。當(dāng)電磁鐵運(yùn)行時，傳感器1和2依次通過軌道接縫，當(dāng)1通過軌道接縫的時候，其氣隙檢測值從正常值逐漸變大然后逐漸變小回到正常值，在這個過程中通過取小，將不在軌道接縫處的傳感器2的信號取出。當(dāng)傳感器1通過軌道接縫后，其檢測值恢復(fù)正常，傳感器2接著通過軌道接縫，其氣隙檢測值也會逐漸變大然后變小，在這個過程中也通過取小，將有效的傳感器1信號取出。如果沿著運(yùn)行方向依次有三個傳感器，那么按照類似的辦法，通過取小或者取中的方法，仍然可以將有效信號檢出。顯然這種方法利用了傳感器通過軌道接縫處，信號檢測值變大的特點(diǎn)，通過去除大值（或者說取小或者取中)的簡單方法，來實(shí)現(xiàn)懸浮系統(tǒng)過軌縫的問題。

這種方法雖然簡單易行，但在實(shí)際中仍然存在著一些問題，主要在兩個方面。首先，如果兩個或者三個傳感器在正常軌道處檢測值基本一致，那么在不過軌縫時這幾個傳感器信號也會頻繁切換。傳感器之間頻繁切換會將由于傳感器自身特性（如靈敏度、零點(diǎn)位置等）不一致產(chǎn)生的誤差或者其他誤差引入到系統(tǒng)中，對系統(tǒng)產(chǎn)生擾動。其次，如果傳感器之間由于安裝或者其他原因存在固定的誤差值，比如由于傳感器安裝傾斜或者傳感器零點(diǎn)不一致造成傳感器1的檢測值比2大或者小某一固定值，那么此時不存在普通軌道時的切換擾動問題，但在軌縫處切換的過程中，這個固定值至少要在檢測信號中產(chǎn)生兩次等效階躍信號，這顯然也會對系統(tǒng)的穩(wěn)定造成影響。

通過分析，實(shí)際中應(yīng)盡可能少的對傳感器進(jìn)行切換，避免切換造成的擾動等問題，使用單個不含軌縫信號的傳感器是相對理想的。目前使用的去除大值的方法，優(yōu)點(diǎn)是簡單，但這種方法實(shí)際忽略了傳感器信號中的某些有效信息，傳感器在通過軌縫時實(shí)際產(chǎn)生了一些有效信息，去除大值的方法并未對這些信息進(jìn)行充分的利用。

氣隙傳感器在通過某一軌道接縫的過程中所產(chǎn)生的信號是固定的，這個信號可以認(rèn)為是正常氣隙信號中疊加一個軌縫信號，軌縫信號特征與氣隙值和軌縫自身特征（如寬度等）、通過速度等有關(guān)，與傳感器特性無關(guān)。不同氣隙傳感器的軌縫信號特性可以認(rèn)為是一致的，那么不同的傳感器在同一氣隙下，通過固定的軌道接縫，所產(chǎn)生的信號具有一致性。根據(jù)這種一致性，將先通過軌縫的傳感器信號中的軌縫信號部分提取出來，然后按提取信號的特征對后通過軌縫的傳感器信號進(jìn)行處理，消除其中的軌縫信號，那么我們就可以得到一個不含軌縫信號的單個傳感器信號。

發(fā)明內(nèi)容

基于現(xiàn)有技術(shù)的不足和以上的認(rèn)識，本發(fā)明提出了一種新的中低速磁浮列車軌縫信號的處理方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的以上不足。