[發(fā)明專利]一種基于前饋原理的橋上懸浮控制系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810343920.1
• 申請(qǐng)日: 2018-04-17
• 公開（公告）號(hào): CN108710287B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉琤玉;王炳龍;周順華;肖軍華;文璐;狄宏規(guī);張小會(huì)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/02
• 分類號(hào): G05B13/02
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

1.一種基于前饋原理的橋上懸浮控制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括：

反饋控制子系統(tǒng)：

磁懸浮斬波器，用于控制懸浮電磁鐵上的電壓與電流；

反饋懸浮控制器，與磁懸浮斬波器單向連接，用于根據(jù)控制律獲取控制量并輸出至磁懸浮斬波器；

懸浮電磁鐵，與磁懸浮斬波器單向連接，用于通過電磁力實(shí)現(xiàn)列車懸浮；

懸浮傳感器，與反饋懸浮控制器單向連接，用于測(cè)量各懸浮電磁鐵之間的間隙，跟蹤運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電磁鐵，并反饋給反饋懸浮控制器；

前饋控制子系統(tǒng)：

前饋懸浮控制器，與反饋控制子系統(tǒng)中的反饋懸浮控制器相互連接，用于共同對(duì)列車懸浮量進(jìn)行控制；

變形分析計(jì)算機(jī)，與前饋懸浮控制器雙向連接，用于采集和處理來自其他各個(gè)模塊及設(shè)備的橋梁變形因素?cái)?shù)據(jù)，獲取橋梁變形曲線、不同因素對(duì)變形數(shù)據(jù)的貢獻(xiàn)值，并計(jì)算橋梁變形導(dǎo)致的懸浮間隙控制量，計(jì)算的結(jié)果發(fā)送至前饋懸浮控制器；所述的前饋懸浮控制器根據(jù)獲得的懸浮間隙控制量生成控制信號(hào)，發(fā)送至所述反饋控制子系統(tǒng)中的反饋懸浮控制器，并從其中讀取當(dāng)前列車的行駛速度，發(fā)送至變形分析計(jì)算機(jī)；

地基干涉雷達(dá)模塊，與變形分析計(jì)算機(jī)單向連接，用于持續(xù)測(cè)量橋梁梁體的高精度廓形；

橋梁信息模塊，與變形分析計(jì)算機(jī)雙向連接，用于儲(chǔ)存橋梁的結(jié)構(gòu)形式、跨度、經(jīng)緯度、各部位歷史廓形、歷史天氣，及變形分析計(jì)算機(jī)提供的分析數(shù)據(jù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于前饋原理的橋上懸浮控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的橋梁變形因素?cái)?shù)據(jù)包括橋梁結(jié)構(gòu)形式、橋梁跨度、橋梁施工質(zhì)量、溫度的影響、混凝土徐變效應(yīng)、墩臺(tái)不均勻沉降、風(fēng)荷載、列車自重沖擊荷載。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于前饋原理的橋上懸浮控制系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)橋梁變形因素?cái)?shù)據(jù)造成的橋梁變形曲線根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)形式和跨度，由理論公式或數(shù)值模擬獲取。

4.一種應(yīng)用如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的基于前饋原理的橋上懸浮控制系統(tǒng)的基于前饋原理的橋上懸浮控制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

S1：列車處于靜止懸浮狀態(tài)時(shí)，通過反饋控制子系統(tǒng)按軌道結(jié)構(gòu)允許的懸浮量保持穩(wěn)定懸浮；列車提速運(yùn)行后，前饋控制子系統(tǒng)介入，與反饋控制子系統(tǒng)共同對(duì)列車懸浮進(jìn)行控制；

S2：地基干涉雷達(dá)模塊持續(xù)、高頻率地獲取橋梁梁體的高精度廓形，將數(shù)據(jù)發(fā)送至變形分析計(jì)算機(jī)；

S3：變形分析計(jì)算機(jī)采集橋梁信息模塊的信息，建立橋梁變形因素對(duì)變形的影響曲線，對(duì)于整個(gè)線路上的不同橋梁，其固定信息儲(chǔ)存在橋梁信息模塊中，并由變形分析計(jì)算機(jī)持續(xù)跟蹤理論模型中參數(shù)的變化，并進(jìn)一步儲(chǔ)存在橋梁信息模塊中；

S4：變形分析計(jì)算機(jī)采集和處理來自地基干涉雷達(dá)模塊的數(shù)據(jù)，計(jì)算橋梁變形曲線，計(jì)算橋梁變形因素對(duì)變形數(shù)據(jù)的貢獻(xiàn)值；

S5：變形分析計(jì)算機(jī)采集前饋懸浮控制器和反饋懸浮控制器的數(shù)據(jù)，計(jì)算橋梁變形導(dǎo)致的懸浮間隙控制量后，發(fā)送計(jì)算結(jié)果至前饋懸浮控制器；

S6：前饋懸浮控制器與反饋懸浮控制器共同工作，以前饋懸浮控制器提供的信號(hào)為基準(zhǔn)值，其余輸入擾動(dòng)作為反饋系統(tǒng)的擾動(dòng)，按現(xiàn)有反饋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，進(jìn)一步保證列車平穩(wěn)運(yùn)行；

S7：前饋懸浮控制器、反饋懸浮控制器操作磁懸浮斬波器，控制懸浮電磁鐵的電流與電壓，改變列車的懸浮狀態(tài)，懸浮傳感器偵測(cè)列車的懸浮狀態(tài)，并向反饋懸浮控制器提供反饋；

S8：控制循環(huán)完成，相關(guān)信息儲(chǔ)存至橋梁信息模塊，供下一列車的懸浮控制預(yù)測(cè)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于前饋原理的橋上懸浮控制方法，其特征在于，所述的步驟S2的具體內(nèi)容為：

地基干涉雷達(dá)本體獲取橋梁底面的干涉圖，并由前饋控制子系統(tǒng)中的信號(hào)處理器轉(zhuǎn)換為離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)，沿不同方向投影獲得梁體的二維變形曲線，發(fā)送至變形分析計(jì)算機(jī)；或?qū)⒏缮鎴D直接發(fā)送至變形分析計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。