CN101289066B - 电磁型磁浮列车的悬浮间隙和控制电流的依从调整方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电磁型磁浮列车的悬浮间隙和控制电流的依从调整方法。本发明在悬浮控制单元中引入工作点给定值调节器，该工作点给定值调节器内置控制曲线函数，并根据该控制曲线函数对输入值进行计算后输出。所述的控制曲线函数经过特定的方法进行设计，可以实现当悬浮重量增大时，悬浮间隙减小同时控制电流增大；当悬浮重量减小时，悬浮间隙增大同时控制电流减小；但总的悬浮力正好平衡悬浮体的重量；并且悬浮间隙也随着控制电流的变化而单调变化。由此，本发明可以更加灵活地在优化要求上折衷，以达到更好的性能指标。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁浮列车的悬浮间隙和控制电流的调整方法及装置。
背景技术
电磁型磁浮列车利用位于轨道下方的悬浮磁铁吸引轨道，以提供悬浮所需的磁力。电磁型磁浮列车的悬浮间隙是通过悬浮控制单元来主动控制的。悬浮控制单元主要由悬浮磁铁、悬浮控制器、功率放大器等组成，它给悬浮磁铁提供控制电流，使得在一定的悬浮间隙下，悬浮磁铁和轨道之间的吸引力正好等于车体的重量。
根据应用场合和控制目标的不同，悬浮控制方法通常有以下两种：一种是定间隙控制方法，它是指额定的悬浮间隙不变，通过改变控制电流来提供不同悬浮重量所需的磁力，重量越大则控制电流越大，该种方法见于江浩、连级三发表在《西南交通大学学报》1992年第1期上的文章《单磁铁悬浮系统的动态模型与控制》；另一种是定电流控制方法，它是指悬浮时额定的控制电流不变，通过改变悬浮间隙来提供不同悬浮重量所需的磁力，重量越大则悬浮间隙越小，该种方法见于M.Morishita、T.Azukizawa等人发表在《IEEE Trans on Vehicular Technology》1989年11月第38卷第4期上的文章“A New Maglev System for Magnetically Levitated CarrierSystem”。
定间隙控制方法和定电流控制方法都存在一定的不足。对于定间隙控制方法，当悬浮重量变化较大时，悬浮磁铁的控制电流变化较大。由于功率放大器的容量及相应的车载供电设备的容量都必须按最大电流容量设计，控制电流变化大会导致功率放大器及车载供电设备的体积和重量较大，造价高。对于定电流控制方法，当悬浮重量变化较大时，悬浮间隙的变化范围较大，如果限制间隙的变化范围，就会对磁浮列车的承载能力构成额外的约束。鉴于这两种方法的局限性，本发明提出了一种悬浮间隙和控制电流的依从调整方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有的定间隙控制方法导致控制电流变化范围较大，以及现有的定电流控制方法导致承载重量允许变化范围较小的问题，提出一种新的悬浮间隙和控制电流的调整方法，来克服这两个问题。
为解决上述技术问题，本发明电磁型磁浮列车的悬浮间隙和控制电流的依从调整方法是：通过控制曲线函数调整磁浮列车的悬浮间隙和控制电流，该控制曲线函数的设计方法是：根据允许的最小悬浮间隙和允许的最大控制电流确定控制曲线函数的范围，在该范围内控制曲线函数的悬浮间隙和控制电流都随着悬浮重量的变化而单调变化，同时悬浮间隙也随着控制电流的变化而单调变化。
所述的电磁型磁浮列车的悬浮间隙和控制电流的依从调整方法，还在悬浮控制单元中引入工作点给定值调节器，该工作点给定值调节器内置控制曲线函数，并根据该控制曲线函数对输入值进行计算后输出。
上述技术方案可以实现：当悬浮重量增大时，悬浮间隙减小同时控制电流增大；当悬浮重量减小时，悬浮间隙增大同时控制电流减小；但总的悬浮力正好平衡车体的重量。并且，悬浮间隙也随着控制电流的变化而单调变化。
本发明与现有技术相比具有的优点是：当悬浮重量增加时，与定间隙控制方法相比，由于悬浮间隙减小了，所以控制电流增大的量较小；与定电流控制方法相比，由于控制电流增大了，所以悬浮间隙减小的量较小。
当悬浮重量在同一范围内变化时，与定电流控制方法相比，由于控制电流的相应调整，其悬浮间隙的变化范围较小；也就是说，对于同样的允许的间隙变化范围，其允许的悬浮重量的变化范围较大。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明的悬浮控制单元的结构示意图；
图2是本发明的悬浮间隙和控制电流变化范围与现有方法的对比图；
图3是定间隙控制方法在悬浮重量增加时的调整过程示意图；
图4是定电流控制方法在悬浮重量增加时的调整过程示意图；
图5是本发明在悬浮重量增加时的调整过程示意图。
具体实施方式
请参阅图1，本发明的悬浮控制单元由悬浮磁铁1、功率放大器2、悬浮控制器3和工作点给定值调节器4组成。其具体的连接关系是，悬浮控制器3接收悬浮间隙信号、加速度信号和控制电流信号，输出控制量U信号；工作点给定值调节器4接收控制电流信号和悬浮间隙信号，根据内置的控制曲线函数计算后输出给定U2信号；悬浮磁铁1接收控制电流信号，输出悬浮间隙信号和加速度信号；功率放大器2接收ΔU信号，该信号由给定U1信号、给定U2信号和控制量U信号叠加而成，输出控制电流信号。其中，给定U1信号是外部输入信号，悬浮间隙信号是向外部输出的信号。
为了具体说明本发明和现有的定间隙控制方法和定电流控制方法的区别，请参阅图2。图2中，悬浮重量的变化范围为500～1500kg，悬浮间隙的变化范围为5～12mm，控制电流的变化范围为5～50A。曲线S1、S2、S3分别是500kg、1000kg、1500kg悬浮重量下，控制电流和悬浮间隙的对应关系。当悬浮重量从500kg增大到1500kg时，若采用25A电流的定电流控制方法，其悬浮间隙将从A点沿直线向左减小到B点，控制电流保持25A不变；若采用9mm间隙的定间隙控制方法，控制电流将从C点沿直线向上增大到D点，悬浮间隙不变。对于本发明，悬浮间隙和控制电流将从X点沿四边形ADBC内部的任意单调曲线(如L1、L2、L3)调整到Y点(其中X点为线段AC上的任意一点，Y点为线段BD上的任意一点，具体实施时依据设计需要选取，连接X和Y点的曲线称为控制曲线)；此时其悬浮间隙的变化范围为线段EF，小于定电流控制情况下的线段AB，其控制电流变化范围为线段GH，小于定间隙控制情况下的线段CD。
控制曲线函数的设计方法是：
(1)根据允许的最小悬浮间隙和允许的最大控制电流选取X点和Y点，确定控制曲线函数的范围。
(2)从X到Y之间连接一条单调的曲线，要求悬浮间隙和控制电流都随着悬浮重量的变化而单调变化，同时悬浮间隙也随着控制电流的变化而单调变化，该曲线仅要求单调而不必严格单调。
设计好图2中的控制曲线后，其实现方法是在工作点给定值调节器4中内置控制曲线函数，实施时，根据接收到的控制电流值，经控制曲线函数计算后输出图1中的给定U2信号。这样便可以保证当悬浮重量增大时，悬浮间隙减小同时控制电流增大；当悬浮重量减小时，悬浮间隙增大同时控制电流减小；但总的悬浮力正好平衡悬浮体的重量。并且，悬浮间隙也随着控制电流的变化而单调变化。
图3、图4和图5给出了本方法与其它方法达到的控制效果的比较。图3是定间隙控制方法在悬浮重量增加时的调整过程示意图，在调整过程结束后，其悬浮间隙不变，但控制电流增加较多；图4是定电流控制方法在悬浮重量增加时的调整过程示意图，在调整过程结束后，其控制电流不变，但悬浮间隙减小较多；图5是本发明在悬浮重量增加时的调整过程示意图，在调整过程结束后，其控制电流适当增加，同时悬浮间隙适当减小。
Claims (2)
1.一种电磁型磁浮列车的悬浮间隙和控制电流的依从调整方法，其特征是：通过控制曲线函数调整磁浮列车的悬浮间隙和控制电流，该控制曲线函数的设计方法是：根据允许的最小悬浮间隙和允许的最大控制电流确定控制曲线函数的范围，在该范围内控制曲线函数的悬浮间隙和控制电流都随着悬浮重量的变化而单调变化，同时悬浮间隙也随着控制电流的变化而单调变化。
2.根据权利要求1所述的一种电磁型磁浮列车的悬浮间隙和控制电流的依从调整方法，其特征是：在悬浮控制单元中引入工作点给定值调节器，该工作点给定值调节器内置控制曲线函数，并根据该控制曲线函数对输入值进行计算后输出。
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