[發(fā)明專利]一種電磁型常導(dǎo)低速磁浮列車的懸浮控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410708491.5
• 申請(qǐng)日: 2014-11-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104477048A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李杰;李金輝;周丹峰;張錕;崔鵬;余佩倡;王連春
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): B60L13/04
• 分類號(hào): B60L13/04;B60L13/06
• 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)明涉及磁浮列車懸浮控制技術(shù)，具體涉及一種基于虛擬磁通反饋的電磁型常導(dǎo)(Electro?Magnetic?Suspension，簡(jiǎn)稱EMS)低速磁浮列車的懸浮控制方法。

背景技術(shù)

電磁型常導(dǎo)(Electro?Magnetic?Suspension，簡(jiǎn)稱EMS)低速磁浮列車是一種依靠安裝在列車上的電磁鐵與軌道之間的吸引力使列車懸浮在軌道上運(yùn)行的新型交通工具，以其安全、舒適、高速、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)贏得越來(lái)越多的關(guān)注。EMS型低速磁浮列車的電磁鐵與軌道構(gòu)成列車的懸浮系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一個(gè)不穩(wěn)定系統(tǒng)，必須通過(guò)反饋控制，才能實(shí)現(xiàn)列車的穩(wěn)定懸浮。懸浮性能主要取決于懸浮控制方法。懸浮控制方法的關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)一個(gè)懸浮控制系統(tǒng)，由懸浮控制系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前懸浮系統(tǒng)的懸浮狀態(tài)，通過(guò)控制PWM來(lái)控制電磁力的大小，進(jìn)而保證電磁鐵與軌道之間的間隙始終保持在設(shè)定的間隙值，從而實(shí)現(xiàn)磁浮列車的穩(wěn)定懸浮。

如圖1和圖2所示，目前EMS型低速磁浮列車采用模塊化轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)，每節(jié)車有四個(gè)轉(zhuǎn)向架1，每個(gè)轉(zhuǎn)向架1由左右兩個(gè)懸浮模塊2組成，懸浮模塊2間通過(guò)防側(cè)滾梁3相連。每個(gè)懸浮模塊2安裝有四個(gè)懸浮電磁鐵21，沿列車行進(jìn)方向?qū)⑺膫€(gè)懸浮電磁鐵21分為兩組，每組包含兩個(gè)懸浮電磁鐵21，組內(nèi)的兩個(gè)懸浮電磁鐵21串聯(lián)等效為一個(gè)單電磁鐵，通過(guò)兩個(gè)單電磁鐵和軌枕上呈F形的軌道4直線磁懸浮。懸浮模塊2之間基本上實(shí)現(xiàn)了機(jī)械解耦，具有獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)自由度，因此懸浮模塊是EMS型低速磁浮列車的基本懸浮單元。

如圖3所示，對(duì)于某一個(gè)懸浮模塊而言，A端和B端分別安裝有懸浮傳感器組A和懸浮傳感器組B，每組懸浮傳感器均包括一個(gè)間隙傳感器、一個(gè)加速度傳感器和一個(gè)電流傳感器，即懸浮傳感器組A包括間隙傳感器A、加速度傳感器A和電流傳感器A，懸浮傳感器組B包括間隙傳感器B、加速度傳感器B和電流傳感器B。間隙傳感器A和間隙傳感器B分別用于測(cè)量懸浮模塊A端和懸浮模塊B端的懸浮間隙，加速度傳感器A和加速度傳感器B分別用于測(cè)量單電磁鐵A和單電磁鐵B的運(yùn)動(dòng)加速度，電流傳感器A和電流傳感器B分別套在懸浮斬波器A和懸浮斬波器B的輸出導(dǎo)線上，用于測(cè)量單電磁鐵A和單電磁鐵B的懸浮電流。懸浮傳感器組A將測(cè)量得到的A端的懸浮狀態(tài)(懸浮間隙、電磁鐵運(yùn)動(dòng)加速度和懸浮電流)通過(guò)電纜送到懸浮控制板，懸浮傳感器組B將測(cè)量得到的B端的懸浮狀態(tài)(懸浮間隙、電磁鐵運(yùn)動(dòng)加速度和懸浮電流)通過(guò)電纜送到懸浮控制板。懸浮控制板進(jìn)行懸浮控制時(shí)，內(nèi)環(huán)采用電流反饋，外環(huán)采用間隙、速度以及加速度反饋，結(jié)合來(lái)自車載監(jiān)控系統(tǒng)的懸浮/降落命令，計(jì)算出控制量，并輸出到懸浮斬波器中，分別控制兩端電磁鐵的電流大小，進(jìn)而控制兩端電磁力的大小，保證模塊兩端與軌道之間的間隙保持恒定。但是，由于在傳統(tǒng)的懸浮系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，懸浮控制板以快速電流環(huán)作為內(nèi)環(huán)，以間隙環(huán)作為外環(huán)，難以克服懸浮力、懸浮間隙、電流三者之間的非線性耦合關(guān)系帶來(lái)的影響，導(dǎo)致懸浮系統(tǒng)的參數(shù)范圍較小，穩(wěn)定欲度較差，跟蹤性能和魯棒性能難以有效兼顧。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠避開(kāi)懸浮力、懸浮電流、懸浮間隙之間的非線性耦合關(guān)系，克服基于電流內(nèi)環(huán)控制方法的固有缺陷，提高懸浮系統(tǒng)的跟蹤性能和魯棒性能，無(wú)需硬件傳感器，實(shí)施成本低、可靠性高的電磁型常導(dǎo)低速磁浮列車的懸浮控制方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種電磁型常導(dǎo)低速磁浮列車的懸浮控制方法，步驟包括：

1)分別獲取電磁型常導(dǎo)低速磁浮列車每一個(gè)懸浮模塊A端和B端的當(dāng)前懸浮間隙、當(dāng)前速度以及當(dāng)前虛擬磁通；

2)分別以懸浮模塊A端和B端的當(dāng)前懸浮間隙、當(dāng)前速度作為外環(huán)反饋量，結(jié)合設(shè)定懸浮間隙計(jì)算出懸浮模塊A端和B端的期望虛擬磁通；分別以懸浮模塊A端和B端的當(dāng)前虛擬磁通作為內(nèi)環(huán)反饋量，結(jié)合懸浮模塊A端和B端的期望虛擬磁通計(jì)算得到懸浮模塊A端和B端的控制量信號(hào)，通過(guò)所述懸浮模塊A端和B端的控制量信號(hào)分別實(shí)現(xiàn)懸浮模塊A端和B端的穩(wěn)定懸浮。

優(yōu)選地，所述步驟1)的步驟包括：

1.1)查詢電磁型常導(dǎo)低速磁浮列車當(dāng)前的懸浮/降落指令狀態(tài)，如果當(dāng)前的懸浮/降落指令狀態(tài)為懸浮指令，則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟1.2)；否則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟1.6)；

1.2)分別獲取懸浮模塊A端和B端的懸浮傳感器組輸出的懸浮間隙傳感器信號(hào)、加速度傳感器信號(hào)、懸浮電流傳感器信號(hào)；

1.3)分別將懸浮模塊A端和B端的懸浮傳感器組輸出的懸浮間隙傳感器信號(hào)、加速度傳感器信號(hào)、懸浮電流傳感器信號(hào)變換為懸浮模塊A端和B端的懸浮間隙值、運(yùn)動(dòng)速度值、懸浮電流值；