CN102358205A - 一种基于辨识的无气隙传感器电磁吸力悬浮控制方法 - Google Patents

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张昆仑
刘国清
靖永志
王滢
王莉
蒋启龙
郭小舟
郭育华
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Abstract

本发明公开了一种基于辨识的无气隙传感器电磁吸力悬浮控制方法，这种方法根据电磁铁的输入控制电压和输出电流辨识出电磁铁电感，通过电感得到悬浮气隙值，使用此气隙值进行闭环控制。该方法适用于电磁吸力悬浮控制，由于不采用气隙传感器，可以大大简化系统，降低磁浮列车系统轨道精度要求，也不会由于传感器的测量不准确导致系统控制不稳定，可以比较好的解决磁浮列车过轨缝等问题，具有可靠性高、成本低，安全可靠等优点。

Description

一种基于辨识的无气隙传感器电磁吸力悬浮控制方法
技术领域
本发明涉及一种无气隙传感器的电磁吸力悬浮控制的方法，尤其涉及一种用于磁浮车的悬浮控制与系统辨识。
背景技术
电磁吸力悬浮系统是不稳定的系统，通常需要气隙反馈控制实现系统稳定。对电磁吸力悬浮来说，由于电磁力与气隙值成近似平方反比关系，电磁铁电流不变时，气隙小电磁力增大，会进一步减小气隙，气隙大电磁力减小，会进一步增加气隙，所以系统不会稳定。如果需要实现物体的稳定悬浮，就需要对电磁铁电流进行调节，比如当气隙变小时，减小电磁铁电流，使得电磁力减小，物体可以下落至原位；当气隙变大时，增加电磁铁电流，使得电磁力增大，物体可以上升至原位。显然，需要对气隙值进行反馈来控制电流，理论分析显示如果需要系统稳定还需要采用气隙值的微分量进行反馈。所以目前的电磁吸力悬浮控制系统均采用气隙传感器检测气隙值并且通过该气隙值进行电磁铁电流的控制。
这种方法的缺点是系统的安全可靠以及稳定很大程度上依赖于气隙传感器的检测值。对磁浮列车来说，气隙传感器通常装在悬浮电磁铁上，通过气隙传感器检测轨道上检测面间的距离来反映电磁铁与轨道悬浮面的距离(即悬浮间隙)。这就意味着要保证气隙传感器的安装精度、传感器的检测精度与稳定性以及气隙传感器检测面与悬浮面的加工精度，也就是对轨道的要求比较高，需要保证悬浮面与检测面各自的精度以及两者的相对精度。
发明内容
鉴于现有技术的以上不足，本发明的目的通过对悬浮系统自身的辨识得到用于控制的悬浮气隙值，而不需要使用气隙传感器。
本发明的目的是通过如下的方法实现的。
一种基于辨识的无气隙传感器电磁吸力悬浮控制方法，用于控制电磁铁与悬浮物间的气隙厚度；在由电磁铁、悬浮物、气隙辨识单元和悬浮控制单元构造的电磁吸力悬浮控制系统中，通过如下的方法对气隙厚度进行闭环控制：向电磁铁输入闭环控制所需要的控制电压，通过输出电流信号对系统电感进行辨识；然后根据所得系统电感与悬浮气隙间的一一对应关系测得系统的气隙值；然后根据气隙值对系统进行闭环控制，调节电磁铁电流调节电磁力使得悬浮物在所选定的气隙长度附近稳定悬浮。
采用本发明的方法，避免了对采用更容易引入前述轨道、设备安装及制造误差等多种外部误差的气隙传感器的依赖。从电磁学上看，电磁铁和悬浮物(或轨道)构成电感、电阻系统，其中电阻和电磁铁本身以及温度等有关，电感主要取决与电磁铁材料、匝数等自身参数和电磁铁与悬浮物的距离等。当电磁铁和悬浮物确定之后，系统的电感量主要取决于两者之间的距离，距离越近电感量越大，反之，距离越远电感量越小，悬浮距离与电感量之间的关系通过理论分析或者试验是可以确定的。理论上讲，电感量与悬浮距离成反比关系。在实际中两者具有一一对应关系，也就是说通过系统的电感值可以得到系统的悬浮间隙值。
对悬浮系统来说通常采用斩波器，系统输入电压，在悬浮电磁铁上得到电磁铁电流，悬浮电磁铁是电感、电阻组成的一阶系统，通过电压和电流可以实时辨识出系统当前的电感、电阻。通过实时辨识得到的电感可以得到系统的间隙值，通过该辨识值对系统进行闭环反馈控制，控制系统稳定。
本发明方法适用于通常的电磁吸力悬浮控制系统，通过辨识得到的间隙值可以真实的反映悬浮电磁铁与轨道的间隙值，并且不需要气隙传感器，系统简化的同时对轨道的要求也大大降低，也不会由于传感器的测量不准确导致系统控制不稳定，可以比较好的解决磁浮列车过轨缝等问题，具有可靠性高、成本低，安全可靠等优点。
附图说明
图1是传统气隙传感器的安装与检测关系图。
图2是传统的采用气隙传感器的电磁吸力悬浮控制系统框图。
图3是基于辨识的无气隙传感器电磁吸力悬浮控制系统框图。
具体实施方式
显然，本发明方法在现有技术外围条件下具有多种具体实现的方式。
图3表达了其中一种具体实施方式：按照闭环控制输出对电磁铁施加控制电压，检测电磁铁系统输入电压与输出电流，通过在线辨识算法计算得到当前电磁铁系统的电阻和电感参数；根据电感，查找事先通过实验做好的电感-气隙对照表得到当前的气隙值；使用该气隙值进行闭环控制保证悬浮物可以在预先选定的气隙长度附近稳定悬浮。
本发明可以用任何电磁吸力悬浮系统，不采用气隙传感器，简化系统，降低对轨道的要求，也可以增加加速度传感器，用于观测气隙微分(速度)。

Claims (2)

1.一种基于辨识的无气隙传感器电磁吸力悬浮控制方法，用于控制电磁铁与悬浮物间的气隙长度；在由电磁铁、悬浮物、气隙辨识单元和悬浮控制单元构造的电磁吸力悬浮控制系统中，通过如下的方法对气隙长度进行闭环控制：向电磁铁输入闭环控制所需要的控制电压，根据电磁铁输出电流信号对系统电感进行辨识；然后根据所得系统电感与悬浮气隙间的一一对应关系测得系统的气隙值；然后根据气隙值对系统进行闭环控制，调节电磁铁电流调节电磁力使得悬浮物在所选定的气隙长度附近稳定悬浮。
2.根据权利要求1所述之一种基于辨识的无气隙传感器电磁吸力悬浮控制方法，其特征在于：(A)系统不需要使用以气隙检测单元；(B)系统通过电磁铁的输入电压和输出电流进行气隙值的辨识。
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