[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?zhí)枺?/td>: 201810343920.1
• 申請日: 2018-04-17
• 公開（公告）號: CN108710287B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發(fā)明（設計）人: 劉琤玉;王炳龍;周順華;肖軍華;文璐;狄宏規(guī);張小會
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G05B13/02
• 分類號: G05B13/02
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

本發(fā)明涉及一種基于前饋原理的橋上懸浮控制系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括反饋控制子系統(tǒng)和前饋控制子系統(tǒng)，反饋控制子系統(tǒng)包括反饋懸浮控制器、磁懸浮斬波器、懸浮電磁鐵和懸浮傳感器組，前饋控制子系統(tǒng)包括地基干涉雷達模塊、橋梁信息模塊、變形分析計算機和前饋懸浮控制器，前饋懸浮控制器與反饋懸浮控制器連接；地基干涉雷達模塊實時測量橋梁梁體的撓曲線，變形分析計算機通過處理雷達信號計算橋梁變形中不同因素的貢獻值，獲得保持列車平順的懸浮控制量，輸入前饋懸浮控制器生成控制信號，作為反饋控制子系統(tǒng)中的反饋懸浮控制器的控制信號基準值。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有避免控制振蕩、測量精度高、滿足超高速度磁懸浮列車運行平順性等優(yōu)點。

技術領域

本發(fā)明涉及磁懸浮列車技術領域，尤其是涉及一種基于前饋原理的橋上懸浮控制系統(tǒng)及方法。

背景技術

目前，各國正在大力研發(fā)超高速磁懸浮列車，目標時速1000km/h。磁懸浮列車以非接觸的電磁力實現(xiàn)車輛的支撐和導向控制。在磁懸浮列車的軌道建設中多采用鋼筋混凝土高架橋梁，由于混凝土的徐變效應、溫度效應和地基沉降等因素，梁體形狀和梁體剛度均會隨時間變化，因此，磁懸浮列車的軌道會相應地形成不平順變形。

現(xiàn)有磁懸浮列車系統(tǒng)是一種反饋系統(tǒng)，有三個特征頻率：控制器特征頻率、軌道梁一階固有頻率和車輛二系懸掛頻率，列車懸浮調節(jié)精度主要依靠控制器特征頻率。超高速情況下，列車通過常用跨徑簡支梁時橋梁變形的激勵頻率將接近控制器頻率，可能引發(fā)諧振，因此，單純的反饋系統(tǒng)易產生控制震蕩現(xiàn)象，無法保證列車運行的平順性，或導致磁懸浮列車與軌道相撞，危及行車安全。

解決這一問題有兩種主要手段：1、提高反饋控制器頻率，然而，現(xiàn)有的解決手段中，反饋控制器頻率受制于懸浮傳感器頻率、傳感器精度以及軌道電路、信號系統(tǒng)的工作頻率，故很難有突破；2、改變系統(tǒng)中輸入的激勵頻率，可開發(fā)一種橋梁、軌道變形監(jiān)測系統(tǒng)，并將其用于列車懸浮量控制，使控制系統(tǒng)對橋梁變形的周期性激勵輸入有預先的準備。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種可保證列車運行平順性的基于前饋原理的橋上懸浮控制系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：

一種基于前饋原理的橋上懸浮控制系統(tǒng)，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，用于測量各懸浮電磁鐵之間的間隙，跟蹤運動狀態(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，用于共同對列車懸浮量進行控制；

變形分析計算機，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模塊及設備的橋梁變形因素數(shù)據(jù)，獲取橋梁變形曲線、不同因素對變形數(shù)據(jù)的貢獻值，并計算橋梁變形導致的懸浮間隙控制量，計算的結果發(fā)送至前饋懸浮控制器；

地基干涉雷達模塊，與變形分析計算機單向連接，用于持續(xù)測量橋梁梁體的高精度廓形；

橋梁信息模塊，與變形分析計算機雙向連接，用于儲存橋梁的結構形式、跨度、經緯度、各部位歷史廓形、歷史天氣，及變形分析計算機提供的分析數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，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，發(fā)送至所述反饋控制子系統(tǒng)中的反饋懸浮控制器，并從其中讀取當前列車的行駛速度，發(fā)送至變形分析計算機。