[發明專利]一種用于磁懸浮列車的懸浮系統控制方法

在審

• 申請號: 202010561052.1
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111806246A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 孫友剛;徐俊起;陳琛;林國斌;榮立軍;吉文;倪菲;高定剛
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B60L13/06
• 分類號: B60L13/06
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 陳源源

本發明涉及一種用于磁懸浮列車的懸浮系統控制方法，具體包括以下步驟：基于磁懸浮列車的懸浮控制動力學模型構造二階滑模面，并且引入與定位誤差信號相關的、在線實時訓練神經網絡逼近的非線性有界函數，得到最終滑模變結構控制律模型，用于構建懸浮系統的磁懸浮控制器；磁懸浮控制器中輸入設定的懸浮系統物理參數；磁懸浮控制器實時獲取軌道和車體間的間隙數據后輸出控制信號；懸浮系統的外圍硬件接收控制信號后驅動懸浮電磁鐵在有限時間內移動到目標位置。與現有技術相比，本發明能夠實現對實際中不確定的工作模型參數進行任意逼近，提高控制器對多樣環境的適應性，最終提高了懸浮系統控制的穩定性。

技術領域

本發明涉及磁懸浮列車領域，尤其是涉及一種用于磁懸浮列車的懸浮系統控制方法。

背景技術

磁懸浮列車是一種具有非接觸式電磁懸浮，引導和驅動系統的現代運輸方式。它依靠電磁吸引或電斥力將火車懸掛在空中，以實現火車與軌道之間沒有機械接觸，并由直線電動機驅動。磁懸浮列車由于其速度快，能耗低，乘坐舒適且噪音低而成為理想的交通工具。目前按照磁浮車輛采用的懸浮原理及方式的不同，磁懸浮列車一般劃分為兩大類，一類為電動懸浮(Electrodynamic Suspension)，簡稱EDS型；一類為電磁懸浮型(Electromagnetic Suspension)，簡稱EMS型。EDS型磁浮系統利用電磁排斥力將車輛在軌道上方懸浮，而EMS型磁浮系統則利用位于軌道下方的電磁鐵產生的吸引力將車輛抬起從而保證和軌道不接觸。EDS型磁浮系統不需要施加控制即可穩定懸浮，而EMS型磁浮系統需要施加主動控制來保證系統穩定懸浮。目前商業化運行的，都是EMS型磁懸浮列車。

對于EMS磁懸浮列車來說，懸浮系統是磁懸浮列車的關鍵和核心。但是，懸浮系統具有很強的非線性和開環不穩定性。此外，系統參數具有不確定性，并且系統在運行過程中會遭受外部干擾。因此，對高性能的懸浮控制器的設計提出了很高的挑戰。

EMS型磁懸浮列車的懸浮系統現在面臨的最緊迫的問題是模型的不確定性和外在的干擾，例如乘客重量的不確定性，風的干擾等。目前，大多數磁浮車輛懸浮控制器是線性PID控制器。當參數更改或外部干擾較大時，在當前的線性控制器作用下，系統控制性能將降低，系統穩定性下降甚至失去穩定性。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種用于磁懸浮列車的懸浮系統控制方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種用于磁懸浮列車的懸浮系統控制方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

S1、基于磁懸浮列車的懸浮控制動力學模型構造二階滑模面，并且引入與定位誤差信號相關的、在線實時訓練神經網絡逼近的非線性有界函數，得到最終滑模變結構控制律模型，用于構建懸浮系統的磁懸浮控制器；

S2、磁懸浮控制器中輸入設定的懸浮系統物理參數；

S3、磁懸浮控制器實時獲取軌道和車體間的間隙數據后輸出控制信號；

S4、懸浮系統的外圍硬件接收控制信號后驅動懸浮電磁鐵在有限時間內移動到目標位置，并保持在該位置誤差限制范圍內。

進一步地，所述的步驟S1中，最終滑模變結構控制律模型的表達式為：

其中，sgn(·)為符號函數，s是動態滑模面，e為系統誤差，c₁、c₂、η、μ為控制增益參數，和分別為未知的非線性有界函數f(·)和g(·)的神經網絡逼近，x為網絡輸入，j為第j個隱含層節點，W^*,L^*是f(·)和g(·)的理想網絡權重，h_f(x)和h_g(x)為神經網絡的Koski方程，r為理想跟蹤指令；