[發(fā)明專利]一種磁浮列車相對定位傳感器信號處理方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710949411.9
• 申請日: 2017-10-12
• 公開（公告）號: CN107745654B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 龍志強;張和洪;曾杰偉;戴春輝;竇峰山
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: B60L13/06
• 分類號: B60L13/06;B61L25/02
• 代理公司: 長沙市護航專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 43220
• 代理人: 莫曉齊

本發(fā)明公開了一種磁浮列車相對定位傳感器信號處理方法和裝置，所述方法包括以下步驟：步驟S100：獲得實時的受接縫干擾的相對定位傳感器的原始輸出信號作為待處理輸入信號；步驟S200：將輸入信號通過滑模微分器處理，獲得輸入信號的跟蹤信號和微分信號；步驟S300：將處理后的輸入信號的跟蹤信號和微分信號生成用于磁浮列車電機牽引磁極相角信號。具有處理畸變信號能力強，跟蹤精度高，處理速度快，計算量小且占用存儲空間小的特點，通過處理磁浮列車在通過定子軌道時，特別是軌道接縫處的相對定位傳感器信號，能提供給磁浮列車牽引系統(tǒng)精確的磁浮列車位置信息，來指導(dǎo)和保障磁浮列車安全運行。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種磁懸浮控制領(lǐng)域，尤其涉及一種磁浮列車相對定位傳感器信號處理方法和裝置。

背景技術(shù)

為實現(xiàn)磁懸浮列車的安全運營、精確定位和牽引方向的速度閉環(huán)控制，必須在磁浮列車上安裝列車測速和測位置的傳感器系統(tǒng)。測速定位系統(tǒng)中的相對位置傳感器將齒槽內(nèi)的相對位置信息轉(zhuǎn)化為0~60°磁極相角輸出，而磁浮列車的牽引控制系統(tǒng)需0~360°的磁極相角用于電機牽引，因此磁極相角處理單元需根據(jù)相對位置傳感器輸出的0~60°磁極相角信息和齒槽數(shù)合成0~360°的磁極相角信號。實際工程中磁浮列車對牽引系統(tǒng)提出的相角處理要求是：信號處理單元在通過任何位置的時候仍然要保持相角信號的連續(xù)性，代表次級位置的磁極相角要與軌道初級即磁浮列車位置保持同步。在實際軌道電纜的鋪設(shè)中，軌道上三相繞組在道岔末端接縫位置的纏繞方法仍然保持6個齒槽周期為一個電機周期的方式。磁浮列車在通過道岔末端接縫時，信號處理單元仍然要按照86毫米對應(yīng)60度的電角度進行處理，如圖1所示。

但是磁浮列車長定子軌道是由約1米長的定子模塊拼接而成的非連續(xù)軌道。實際工程中長定子模塊掛接于軌道梁上，考慮到溫度變形效應(yīng)影響以及安裝時的便利性，在相鄰軌道梁間會留有一定的接縫。長定子軌道接縫的寬度約為80毫米，最寬處可達100毫米以上。另外，在線路上道岔末端長定子軌道和正常軌道段水泥梁上的長定子軌道在銜接的位置存在一段長約170毫米的長定子接縫。 相對定位傳感器通過檢測長定子齒槽的變化獲取位置、相角信息，而長定子軌道接縫的存在使傳感器的被測導(dǎo)體面表現(xiàn)為一個不連續(xù)的檢測面，破壞了長定子軌道的電感分布規(guī)律，使得傳感器輸出相角信號發(fā)生畸變，如圖2所示。當(dāng)傳感器過接縫(約80mm)時，相角信號波形發(fā)生畸變，但是其對應(yīng)的齒槽數(shù)是正常的。長定子軌道接縫引起相對定位傳感器的相角信號畸變和齒槽漏數(shù)現(xiàn)象，其最終導(dǎo)致定位測速系統(tǒng)合成的用于電機牽引的磁極相角信號發(fā)生畸變，將會造成牽引系統(tǒng)效率降低，使得牽引電流過流保護，尤其對于過大接縫的情況，經(jīng)過若干個大接縫，磁極相角將比實際值滯后180°，使牽引系統(tǒng)產(chǎn)生與期望方向相反的作用力，造成嚴重的安全事故。

對于數(shù)字信號濾波，其方法是多種多樣的，比較典型的有維納濾波器、卡爾曼濾波器和自適應(yīng)濾波器等，這些濾波方法都具有非常優(yōu)異的濾波性能，但同時也都具有一定的局限性，比如維納濾波器需已知有用信號及噪聲的均值、自相關(guān)函數(shù)等統(tǒng)計參數(shù)，計算非常繁雜，在實際中幾乎無法應(yīng)用；卡爾曼濾波器能夠適應(yīng)信號和噪聲的非平穩(wěn)問題，應(yīng)用廣泛，但存在計算量大的問題；自適應(yīng)濾波器依靠遞歸算法實現(xiàn)濾波，需存儲大量數(shù)據(jù)，占用存儲空間，同時計算量也較大。

對于信號檢測，其方法同樣也是多種多樣的。傳統(tǒng)的異常信號檢測方法通常利用信號模型，如相關(guān)函數(shù)、頻譜、自回歸滑動平均等，直接分析觀測信號，提取方差、均值、幅值、相位、散度、頻譜等特征值，從而識別設(shè)備所處的狀態(tài)。但是這些方法應(yīng)用在高速磁浮列車的定位測速系統(tǒng)中存在著弊端，即當(dāng)檢測出信號有畸變時，信號的畸變程度往往已經(jīng)相當(dāng)嚴重，甚至有可能當(dāng)完全通過接縫后才能檢測出信號的異常，此時定位測速系統(tǒng)已將異常信號發(fā)給了牽引系統(tǒng)，信號異常檢測失去了意義。