CN107152930B - 一种磁悬浮列车悬浮架位姿测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁悬浮列车悬浮架位姿测量方法，包括以下步骤：步骤S10：在左悬浮模块上设置左悬浮模块Z向传感器向上测量左F轨的距离，在左悬浮模块上设置左悬浮模块Y向传感器向左侧和\或右侧测量左F轨侧内壁的距离，通过测量数据解算得到左悬浮模块位姿；在右悬浮模块上设置右悬浮模块Z向传感器向上测量右F轨的距离，在右悬浮模块上设置右悬浮模块Y向传感器向左侧和\或右侧测量右F轨侧内壁的距离，通过测量数据解算得到右悬浮模块位姿；步骤S20：在左右悬浮模块分别设置牵引直线电机传感器，通过牵引直线电机传感器测量数据以及左右悬浮模块位姿解算得到牵引直线电机的位姿。能够精确测量牵引直线电机中置的磁悬浮列车悬浮架的位姿。

Description

一种磁悬浮列车悬浮架位姿测量方法

技术领域

本发明涉及到磁悬浮列车领域，尤其涉及一种磁悬浮列车悬浮架位姿测量方法。

背景技术

磁悬浮列车悬浮架作为磁悬浮列车的核心部件，具有悬浮、导向、牵引和制动的功能。磁悬浮立车运行时，通过安装在悬浮架上的电磁铁产生电磁吸力，将车辆悬浮在轨道上；通过安装在悬浮架上的直线电机产生纵向力，牵引车辆前进。

针对中速磁悬浮列车，国防科学技术大学提出牵引直线电机中置的悬浮架结构方案详见图1，该悬浮架结构由两个左右C形悬浮模块30、40和牵引直线电机50组成。左F轨10平行设置在C形左悬浮模块30内，右F轨20平行设置在C形右悬浮模块40内。所述牵引直线电机50平行设置于左右悬浮模块30、40之间。牵引直线电机50两侧各设有两个防滚解耦机构60，四个防滚解耦机构对称设置，防滚解耦机构60两端分别铰接于牵引直线电机50和悬浮模块上。可见，牵引直线电机中置的磁悬浮列车悬浮架由左悬浮模块、右悬浮模块和牵引直线电机组成，因而若要得到牵引直线电机中置的磁悬浮列车悬浮架的位姿需要得到左悬浮模块、右悬浮模块和牵引直线电机的位姿。

由于磁浮列车采用的是F型轨道，其磁极内外壁都是倾斜截面，对于悬浮模块横向位移和偏航角度测量精度有严重的影响。另一方面，由于牵引直线电机下方是长定子齿槽结构，无法直接通过传感器测量直线电机相对于轨道的位姿。因此如何能够精确测量牵引直线电机中置的磁悬浮列车悬浮架的位姿，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

基于上述技术难题，本发明提供一种磁悬浮列车悬浮架位姿测量方法，能够精确测量牵引直线电机中置的磁悬浮列车悬浮架的位姿。

本发明提供的一种磁悬浮列车悬浮架位姿测量方法，包括以下步骤：

步骤S10：在左悬浮模块上设置左悬浮模块Z向传感器向上测量左F轨的距离，在左悬浮模块上设置左悬浮模块Y向传感器向左侧和\或右侧测量左F轨侧内壁的距离，通过左悬浮模块Z向传感器和左悬浮模块Y向传感器测量数据解算得到左悬浮模块位姿；在右悬浮模块上设置右悬浮模块Z向传感器向上测量右F轨的距离，在右悬浮模块上设置右悬浮模块Y向传感器向左侧和\或右侧测量右F轨侧内壁的距离，通过右悬浮模块Z向传感器和右悬浮模块Y向传感器测量数据解算得到右悬浮模块位姿；

步骤S20：在左右悬浮模块分别设置牵引直线电机传感器，通过牵引直线电机传感器测量数据以及左右悬浮模块位姿解算得到牵引直线电机的位姿。

优选地，所述左悬浮模块Z向传感器为四个，左悬浮模块前侧设置两个左悬浮模块Z向传感器分别为第一左悬浮模块Z向传感器和第二左悬浮模块Z向传感器，前侧两个左悬浮模块Z向传感器相对于左F轨两个磁极左右对称中心横向对称设置；左悬浮模块后侧也设置两个左悬浮模块Z向传感器分别为第三左悬浮模块Z向传感器和第四左悬浮模块Z向传感器，左悬浮模块前侧和后侧四个左悬浮模块Z向传感器相对于左悬浮模块质心的纵向对称设置，右悬浮模块Z向传感器与左悬浮模块Z向传感器相对悬浮架质心对称设置。

优选地，所述右悬浮模块Z向传感器为四个，右悬浮模块前侧设置两个右悬浮模块Z向传感器分别为第一右悬浮模块Z向传感器和第二右悬浮模块Z向传感器，前侧两个右悬浮模块Z向传感器相对于右F轨两个磁极左右对称中心横向对称设置；右悬浮模块后侧也设置两个右悬浮模块Z向传感器分别为第三右悬浮模块Z向传感器和第四右悬浮模块Z向传感器，右悬浮模块前侧和后侧四个右悬浮模块Z向传感器相对于右悬浮模块质心的纵向对称设置，右悬浮模块Z向传感器与左悬浮模块Z向传感器相对悬浮架质心对称设置。

优选地，所述左悬浮模块Y向传感器为四个，左悬浮模块前侧设置两个左悬浮模块Y向传感器分别为第一左悬浮模块Y向传感器和第二左悬浮模块Y向传感器，前侧两个左悬浮模块Y向传感器相对于左F轨内壁纵向中心线横向对称设置，垂向高度设置在左悬浮模块悬浮时左F轨磁极的垂向中心位置；左悬浮模块后侧也设置两个左悬浮模块Y向传感器分别为第三左悬浮模块Y向传感器和第四左悬浮模块Y向传感器，左悬浮模块前侧和后侧四个左悬浮模块Y向传感器相对于左悬浮模块质心的纵向对称设置。

优选地，所述右悬浮模块Y向传感器为四个，右悬浮模块前侧设置两个右悬浮模块Y向传感器分别为第一右悬浮模块Y向传感器和第二右悬浮模块Y向传感器，前侧两个右悬浮模块Y向传感器相对于右F轨内壁纵向中心线横向对称设置，垂向高度设置在右悬浮模块悬浮时右F轨磁极的垂向中心位置；右悬浮模块后侧也设置两个右悬浮模块Y向传感器分别为第三右悬浮模块Y向传感器和第四右悬浮模块Y向传感器，右悬浮模块前侧和后侧四个右悬浮模块Y向传感器相对于右悬浮模块质心的纵向对称设置，右悬浮模块Y向传感器与左悬浮模块Y向传感器相对悬浮架质心对称设置。

优选地，在左右悬浮模块分别设置牵引直线电机传感器，具体为：所述牵引直线电机左右两侧分别设置两个空心盒体分别为第一盒体、第二盒体、第三盒体和第四盒体，空心盒体相对于牵引直线电机质心纵向和横向均对称设置；牵引直线电机传感器为四组分别为第一牵引直线电机传感器组、第二牵引直线电机传感器组、第三牵引直线电机传感器组和第四牵引直线电机传感器组，四组牵引直线电机传感器组对应四个空心盒体，每组均包括三个牵引直线电机传感器，牵引直线电机传感器深入空心盒体中；牵引直线电机传感器组通过杆件固定在左右悬浮模块上，四个牵引直线电机传感器组相对牵引直线电机质心纵向和横向均对称设置。

优选地，所述通过左悬浮模块Z向传感器和左悬浮模块Y向传感器测量数据解算得到左悬浮模块位姿，具体为：

（3）

（4）

（5）

（6）

（7）

其中，、、、分别为第一左悬浮模块Z向传感器、第二左悬浮模块Z向传感器、第一左悬浮模块Y向传感器和第二左悬浮模块Y向传感器的测量值，、、、分别为第三左悬浮模块Z向传感器、第四左悬浮模块Z向传感器、第三左悬浮模块Y向传感器和第四左悬浮模块Y向传感器的测量值，为第一左悬浮模块Z向传感器和第二左悬浮模块Z向传感器横向距离的中点距第一左悬浮模块Z向传感器的测量点的横向距离，为第一左悬浮模块Z向传感器和第二左悬浮模块Z向传感器横向距离的中点距左悬浮模块质心的横向距离，为第一左悬浮模块Z向传感器的测量点距左悬浮模块质心的纵向距离，为第一左悬浮模块Y向传感器和第二左悬浮模块Y向传感器横向距离的中点距第一左悬浮模块Y向传感器的测量点的横向距离，为第一左悬浮模块Y向传感器和第二左悬浮模块Y向传感器横向距离的中点距左悬浮模块质心的横向距离，第一左悬浮模块Y向传感器的测量点距左悬浮模块质心的纵向距离，为第一左悬浮模块Y向传感器的测量点距左悬浮模块质心的垂向距离，为所有左悬浮模块Z向传感器和左悬浮模块Y向传感器垂向初始测量值，为左F轨内壁左侧面斜率，左F轨内壁右侧面斜率，、、、、分别为左悬浮模块的垂向位移、横向位移、侧滚角、俯仰角、偏航角。

优选地，所述通过右悬浮模块Z向传感器和右悬浮模块Y向传感器测量数据解算得到右悬浮模块位姿，具体为：

（10）

（11）

（12）

（13）

（14）

其中，、、、分别为第一右悬浮模块Z向传感器、第二右悬浮模块Z向传感器、第一右悬浮模块Y向传感器和第二右悬浮模块Y向传感器的测量值，、、、分别为第三右悬浮模块Z向传感器、第四右悬浮模块Z向传感器、第三右悬浮模块Y向传感器和第四右悬浮模块Y向传感器的测量值， 、、、、分别为右悬浮模块的垂向位移、横向位移、侧滚角、俯仰角、偏航角。

优选地，所述通过牵引直线电机传感器测量数据以及左右悬浮模块位姿解算得到牵引直线电机的位姿，具体为：

（18）

（19）

（20）

（21）

（22）

（23）

（24）

其中，、、为第一牵引直线电机传感器组的测量值，、、为第二牵引直线电机传感器组的测量值，、、为第三牵引直线电机传感器组的测量值，、、为第四牵引直线电机传感器组的测量值，、、第一牵引直线电机传感器组的测量点到左悬浮模块质心的横向、纵向和垂向距离，、为第一空心盒体质心到牵引直线电机质心横向、垂向距离， ，为所有牵引直线电机传感器的横向和纵向初始测量值，、、、、、分别为直线电机的垂向位移、横向位移、纵向位移、侧滚角、俯仰角、偏航角，、分别左、右悬浮模块相对于直线电机的纵向位移。

通过左悬浮模块Z向传感器、左悬浮模块Y向传感器和牵引直线电机传感器非接触测量被测物体的位置变化，具有较高的测量精度和非接触测量特性，适合对悬浮架位姿的精密测量。通过合理的布置传感器的位置，解决了由于磁浮列车采用的是F型轨道，其磁极内外壁都是倾斜截面，对于悬浮模块横向位移和偏航角度测量精度有严重的影响；以及由于牵引直线电机下方是长定子齿槽结构，无法直接通过传感器测量直线电机相对于轨道的位姿的问题，从而能够精确解算出左右悬浮模块和牵引直线电机的位姿，即得到牵引直线电机中置的磁悬浮列车悬浮架的位姿，。

附图说明

图1为现有技术中牵引直线电机中置的磁悬浮列车悬浮架的结构示意图；

图2为第一种实施方式提供的牵引直线电机中置的磁悬浮列车悬浮架位姿测量方法的流程图；

图3为本发明提供的牵引直线电机中置的磁悬浮列车悬浮架上传感器设置示意图；

图4为本发明提供的左悬浮模块前侧左悬浮模块Z向传感器和左悬浮模块Y向传感器、牵制直线电机传感器设置示意图；

图5为本发明提供的牵引直线电机传感器设置示意图；

图6为第二种实施方式提供的牵引直线电机中置的磁悬浮列车悬浮架位姿测量方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

需要说明的是，为便于描述，本实施例中的“上”、“下”、“前”、“后”是相对于本磁悬浮列车悬浮架而言，除为特殊说明的情况下，朝向地面方向为下，与向地面垂直相反的方向为上，指向纸内的方向为前，指向纸外的方向为后。还需说明的是垂向即Z轴平行纸面向上为正，纵向即X轴为垂直纸面向内为正，横向即Y轴平行纸面向左为正。

参见图2至图5，图2为第一种实施方式提供的牵引直线电机中置的磁悬浮列车悬浮架位姿测量方法的流程图。图3为本发明提供的牵引直线电机中置的磁悬浮列车悬浮架测量装置示意图。图4为本发明提供的左悬浮模块前侧左悬浮模块Z向传感器和左悬浮模块Y向传感器设置示意图。图5为本发明提供的牵引直线电机传感器设置示意图。

一种磁悬浮列车悬浮架位姿测量方法，包括以下步骤：

步骤S10：在左悬浮模块上设置左悬浮模块Z向传感器向上测量左F轨的距离，在左悬浮模块上设置左悬浮模块Y向传感器向左侧和\或右侧测量左F轨侧内壁的距离，通过左悬浮模块Z向传感器和左悬浮模块Y向传感器测量数据解算得到左悬浮模块位姿；在右悬浮模块上设置右悬浮模块Z向传感器向上测量右F轨的距离，在右悬浮模块上设置右悬浮模块Y向传感器向左侧和\或右侧测量右F轨侧内壁的距离，通过右悬浮模块Z向传感器和右悬浮模块Y向传感器测量数据解算得到右悬浮模块位姿；

步骤S20：在左右悬浮模块分别设置牵引直线电机传感器，通过牵引直线电机传感器测量数据以及左右悬浮模块位姿解算得到牵引直线电机的位姿。

优选地，在左F轨10磁极正下方的C形左悬浮模块上设置左悬浮模块Z向传感器，在左F轨10内壁下方的C形左悬浮模块30上设置左悬浮模块Y向传感器，左悬浮模块Z向传感器用于向上测量左F轨磁极的距离，左悬浮模块Y向传感器用于向左侧和\或右侧测量左F轨侧内壁的距离，通过左悬浮模块Z向传感器和左悬浮模块Y向传感器测量数据解算得到左悬浮模块30位姿。在右F轨20磁极正下方的C形右悬浮模块上设置右悬浮模块Z向传感器，在右F轨20内壁下方的C形右悬浮模块40上设置右悬浮模块Y向传感器，右悬浮模块Z向传感器用于向上测量右F轨磁极的距离，右悬浮模块Y向传感器用于向左侧和\或右侧测量右F轨侧内壁的距离，通过右悬浮模块Z向传感器和右悬浮模块Y向传感器测量数据解算得到右悬浮模块40位姿。左右悬浮模块30、40分别设置牵引直线电机传感器，牵引直线电机传感器用于测量牵引直线电机50，通过牵引直线电机传感器测量数据以及左右悬浮模块位姿解算得到牵引直线电机50的位姿。还可以在牵引直线电机50左右两侧设置牵引直线电机传感器用于测量左右悬浮模块30、40，从而通过牵引直线电机传感器测量数据以及左右悬浮模块位姿解算得到牵引直线电机50的位姿。

通过左悬浮模块Z向传感器、左悬浮模块Y向传感器和牵引直线电机传感器非接触测量被测物体的位置变化，具有较高的测量精度和非接触测量特性，适合对悬浮架位姿的精密测量。通过合理的布置传感器的位置，解决了由于磁浮列车采用的是F型轨道，其磁极内外壁都是倾斜截面，对于悬浮模块横向位移和偏航角度测量精度有严重的影响；以及由于牵引直线电机下方是长定子齿槽结构，无法直接通过传感器测量直线电机相对于轨道的位姿的问题，从而能够精确解算出左右悬浮模块和牵引直线电机的位姿，即得到牵引直线电机中置的磁悬浮列车悬浮架的位姿。

左悬浮模块30由一根电机箱梁31、一根电磁铁32、两个Γ形托臂33组成。电机箱梁31、左F轨10、电磁铁32从上而下依次与地面平行设置，两个Γ形托臂33与电机箱梁31垂直设置，电机箱梁31两端分别固定在两个Γ形托臂33上端水平部分后端内侧，电磁铁32两端分别固定在两个Γ形托臂33垂直部分的下端。右悬浮模块30与左悬浮模块40结构相同且对称设置。

左悬浮模块Z向传感器和左悬浮模块Y向传感器可设置在左F轨10下方的C形左悬浮模块30的电磁铁32的前后端部，右悬浮模块Z向传感器和右悬浮模块Y向传感器可设置在右F轨10下方的C形右悬浮模块40的电磁铁的前后端部，且在电磁铁的前后端部安装传感器较为方便。

参见图3至图6，图3为本发明提供的牵引直线电机中置的磁悬浮列车悬浮架测量装置示意图。图4为本发明提供的左悬浮模块前侧左悬浮模块Z向传感器和左悬浮模块Y向传感器设置示意图。图5为本发明提供的牵引直线电机传感器设置示意图。图6为第二种实施方式提供的牵引直线电机中置的磁悬浮列车悬浮架位姿测量方法的流程图。

在第二种牵引直线电机中置的磁悬浮列车悬浮架位姿测量方法的具体实施方式中：

步骤S11：在左悬浮模块上设置左悬浮模块Z向传感器向上测量左F轨磁极的距离，所述左悬浮模块Z向传感器为四个，左悬浮模块前侧设置两个左悬浮模块Z向传感器分别为第一左悬浮模块Z向传感器和第二左悬浮模块Z向传感器，前侧两个左悬浮模块Z向传感器相对于左F轨两个磁极左右对称中心横向对称设置；左悬浮模块后侧也设置两个左悬浮模块Z向传感器分别为第三左悬浮模块Z向传感器和第四左悬浮模块Z向传感器，左悬浮模块前侧和后侧四个左悬浮模块Z向传感器相对于左悬浮模块质心的纵向对称设置；

在左悬浮模块上设置左悬浮模块Y向传感器向左侧和\或右侧测量左F轨侧内壁的距离，所述左悬浮模块Y向传感器为四个，左悬浮模块前侧设置两个左悬浮模块Y向传感器分别为第一左悬浮模块Y向传感器和第二左悬浮模块Y向传感器，前侧两个左悬浮模块Y向传感器相对于左F轨内壁纵向中心线的横向对称设置，垂向高度设置在左悬浮模块悬浮时左F轨磁极的垂向中心位置；左悬浮模块后侧也设置两个左悬浮模块Y向传感器分别为第三左悬浮模块Y向传感器和第四左悬浮模块Y向传感器，左悬浮模块前侧和后侧四个左悬浮模块Y向传感器相对于左悬浮模块质心的纵向对称设置；

通过左悬浮模块Z向传感器和左悬浮模块Y向传感器测量数据解算得到左悬浮模块位姿。

所述左悬浮模块Z向传感器为四个，左悬浮模块Z向传感器用于向上测量传感器左F轨10磁极的距离。左悬浮模块前侧设置第一左悬浮模块Z向传感器111和第二左悬浮模块Z向传感器112，第一左悬浮模块Z向传感器111和第二左悬浮模块Z向传感器112相对于左F轨10两个磁极左右对称中心横向对称设置。左悬浮模块后侧设置第三左悬浮模块Z向传感器113和第四左悬浮模块Z向传感器114。第一左悬浮模块Z向传感器111和第三左悬浮模块Z向传感器113相对于左悬浮模块30质心的纵向对称设置，第二左悬浮模块Z向传感器112和第四左悬浮模块Z向传感器114相对于左悬浮模块30质心的纵向对称设置。

其中，第一左悬浮模块Z向传感器和第二左悬浮模块Z向传感器横向距离的中点距第一左悬浮模块Z向传感器的测量点的横向距离为，第一左悬浮模块Z向传感器的测量点距左悬浮模块质心的纵向距离为，第一左悬浮模块Z向传感器和第二左悬浮模块Z向传感器横向距离的中点距左悬浮模块质心的横向距离为。

因为第一左悬浮模块Z向传感器111和第二左悬浮模块Z向传感器112相对于左F轨10两个磁极左右对称中心横向对称设置，左悬浮模块前侧两个左悬浮模块Z向传感器111、112和左悬浮模块后侧两个左悬浮模块Z向传感器113、114相对于左悬浮模块30质心的纵向对称设置。第一左悬浮模块Z向传感器111和第二左悬浮模块Z向传感器112横向距离的中点距第二左悬浮模块Z向传感器112的测量点的横向距离、第三左悬浮模块Z向传感器113和第四左悬浮模块Z向传感器114横向距离的中点距第三左悬浮模块Z向传感器113的测量点的横向距离和第三左悬浮模块Z向传感器113和第四左悬浮模块Z向传感器114横向距离的中点距第四左悬浮模块Z向传感器114的测量点的横向距离均为。第三左悬浮模块Z向传感器113和第四左悬浮模块Z向传感器114横向距离的中点距左悬浮模块30质心的横向距离为。第二左悬浮模块Z向传感器112的测量点、第三左悬浮模块Z向传感器113的测量点、第四左悬浮模块Z向传感器114的测量点距左悬浮模块30质心的纵向距离均为。

所述左悬浮模块Y向传感器为四个，左悬浮模块前侧设置第一左悬浮模块Y向传感器121和第二左悬浮模块Y向传感器122，第一左悬浮模块Y向传感器121和第二左悬浮模块Y向传感器122相对于左F轨10内壁纵向中心线的横向对称设置，垂向高度设置在左悬浮模块悬浮时左F轨磁极的垂向中心位置。第一左悬浮模块Y向传感器121和第二左悬浮模块Y向传感器122分别向左右两侧测量左F轨前侧内壁的距离。左悬浮模块后侧设置第三左悬浮模块Y向传感器123和第四左悬浮模块Y向传感器124，第三左悬浮模块Y向传感器123和第四左悬浮模块Y向传感器124分别向左右两侧测量左F轨后侧内壁的距离。第一左悬浮模块Y向传感器121和第三左悬浮模块Y向传感器123相对于左悬浮模块30质心的纵向对称设置，第二左悬浮模块Y向传感器122和第四左悬浮模块Y向传感器124相对于左悬浮模块30质心的纵向对称设置。

其中，第一左悬浮模块Y向传感器121和第二左悬浮模块Y向传感器122横向距离的中点距第一左悬浮模块Y向传感器的测量点的横向距离为，第一左悬浮模块Y向传感器121和第二左悬浮模块Y向传感器122横向距离的中点距左悬浮模块质心30的横向距离为，第一左悬浮模块Y向传感器121的测量点距左悬浮模块30质心的纵向距离为，第一左悬浮模块Y向传感器121的测量点距左悬浮模块30质心的垂向距离为。

因为第一左悬浮模块Y向传感器121和第二左悬浮模块Y向传感器122相对于左F轨10内壁纵向中心线的横向对称设置，左悬浮模块前侧两个左悬浮模块Y向传感器121、122和左悬浮模块后侧两个左悬浮模块Y向传感器123、124相对于左悬浮模块30质心的纵向对称设置。第一左悬浮模块Y向传感器121和第二左悬浮模块Y向传感器122横向距离的中点距第二左悬浮模块Y向传感器122的测量点的横向距离，第三左悬浮模块Y向传感器123和第四左悬浮模块Y向传感器124横向距离的中点距第三左悬浮模块Y向传感器123的测量点的横向距离和第三左悬浮模块Y向传感器123和第四左悬浮模块Y向传感器124横向距离的中点距第四左悬浮模块Y向传感器124的测量点的横向距离均为，第三左悬浮模块Y向传感器123和第四左悬浮模块Y向传感器124横向距离的中点距左悬浮模块30质心的横向距离为，第二左悬浮模块Y向传感器122的测量点、第三左悬浮模块Y向传感器123的测量点、第四左悬浮模块Y向传感器124的测量点距左悬浮模块30质心的纵向距离均为。第二左悬浮模块Y向传感器122的测量点、第三左悬浮模块Y向传感器123的测量点、第四左悬浮模块Y向传感器124的测量点距左悬浮模块30质心的垂向距离均为。

为左F轨10内壁左侧面斜率，左F轨10内壁右侧面斜率。

所有左悬浮模块Z向传感器和左悬浮模块Y向传感器在安装时垂向、横向、纵向初始测量值分别为、、，可通过调节统一置零。

步骤S12：在右悬浮模块上设置右悬浮模块Z向传感器向上测量传感器右F轨磁极的距离，所述右悬浮模块Z向传感器为四个，右悬浮模块前侧设置两个右悬浮模块Z向传感器第一右悬浮模块Z向传感器和第二右悬浮模块Z向传感器，前侧两个右悬浮模块Z向传感器相对于右F轨两个磁极左右对称中心横向对称设置；右悬浮模块后侧也设置两个右悬浮模块Z向传感器分别为第三右悬浮模块Z向传感器和第四右悬浮模块Z向传感器，右悬浮模块前侧和后侧四个右悬浮模块Z向传感器相对于右悬浮模块质心的纵向对称设置，右悬浮模块Z向传感器与左悬浮模块Z向传感器相对悬浮架质心对称设置；

在右悬浮模块上设置右悬浮模块Y向传感器向左侧和\或右侧测量右F轨侧内壁的距离，所述右悬浮模块Y向传感器为四个，右悬浮模块前侧设置两个右悬浮模块Y向传感器分别为第一右悬浮模块Y向传感器和第二右悬浮模块Y向传感器，前侧两个右悬浮模块Y向传感器相对于右F轨内壁纵向中心线的横向对称设置，垂向高度设置在右悬浮模块悬浮时右F轨磁极的垂向中心位置；右悬浮模块后侧也设置两个右悬浮模块Y向传感器分别为第三右悬浮模块Y向传感器和第四右悬浮模块Y向传感器，右悬浮模块前侧和后侧四个右悬浮模块Y向传感器相对于右悬浮模块质心的纵向对称设置，右悬浮模块Y向传感器与左悬浮模块Y向传感器相对悬浮架质心对称设置；

通过右悬浮模块Z向传感器和右悬浮模块Y向传感器测量数据解算得到右悬浮模块位姿。

所述右悬浮模块也设置有Z向传感器也为四个，分别为第一右悬浮模块Z向传感器211、第二右悬浮模块Z向传感器212、第三右悬浮模块Z向传感器213和第四右悬浮模块Z向传感器214。右悬浮模块Z向传感器与左悬浮模块Z向传感器相对悬浮架质心对称设置。左悬浮模块30的左悬浮模块Z向传感器与右悬浮模块40的右悬浮模块Z向传感器的布置完全相同。

因为右悬浮模块Z向传感器与左悬浮模块Z向传感器相对悬浮架质心对称设置。第一右悬浮模块Z向传感器211和第二右悬浮模块Z向传感器212横向距离的中点距第一右悬浮模块Z向传感器211的测量点的横向距离、第一右悬浮模块Z向传感器211和第二右悬浮模块Z向传感器212横向距离的中点距第二右悬浮模块Z向传感器212的测量点的横向距离、第三右悬浮模块Z向传感器213和第四右悬浮模块Z向传感器214横向距离的中点距第三右悬浮模块Z向传感器213的测量点的横向距离和第三右悬浮模块Z向传感器213和第四右悬浮模块Z向传感器214横向距离的中点距第四右悬浮模块Z向传感器214的测量点的横向距离均为。第一右悬浮模块Z向传感器211和第二右悬浮模块Z向传感器212横向距离的中点距右悬浮模块40质心的横向距离和第三右悬浮模块Z向传感器213和第二右悬浮模块Z向传感器214距右悬浮模块40质心的横向距离均为。第一右悬浮模块Z向传感器211的测量点、第二右悬浮模块Z向传感器212的测量点、第三右悬浮模块Z向传感器213的测量点、第四右悬浮模块Z向传感器214的测量点距右悬浮模块40质心的纵向距离均为。

所述右悬浮模块也设置有Y向传感器也为四个，分别为第一右悬浮模块Y向传感器221、第二右悬浮模块Y向传感器222、第三右悬浮模块Y向传感器223和第四右悬浮模块Y向传感器224。第一右悬浮模块Y向传感器221和第二右悬浮模块Y向传感器222分别向左右两侧测量右F轨前侧内壁的距离，第三右悬浮模块Y向传感器223和第四右悬浮模块Y向传感器224分别向左右两侧测量右F轨后侧内壁的距离。右悬浮模块Y向传感器与左悬浮模块Y向传感器相对悬浮架质心对称设置。左悬浮模块30的左悬浮模块Y向传感器与右悬浮模块40的右悬浮模块Y向传感器的布置完全相同。

因为右悬浮模块Y向传感器与左悬浮模块Y向传感器相对悬浮架质心对称设置。第一右悬浮模块Y向传感器221和第二右悬浮模块Y向传感器222横向距离的中点距第二右悬浮模块Y向传感器222的测量点的横向距离，第一右悬浮模块Y向传感器221和第二右悬浮模块Y向传感器222横向距离的中点距第二右悬浮模块Y向传感器222的测量点的横向距离，第三右悬浮模块Y向传感器223和第四右悬浮模块Y向传感器224横向距离的中点距第三右悬浮模块Y向传感器223的测量点的横向距离和第三右悬浮模块Y向传感器223和第四右悬浮模块Y向传感器224横向距离的中点距第四右悬浮模块Y向传感器224的测量点的横向距离均为。第一右悬浮模块Y向传感器221和第二右悬浮模块Y向传感器222横向距离的中点距右悬浮模块40质心的横向距离，第三右悬浮模块Y向传感器223和第四右悬浮模块Y向传感器224横向距离的中点距右悬浮模块40质心的横向距离均为，第一右悬浮模块Y向传感器221的测量点、第二右悬浮模块Y向传感器222的测量点、第三右悬浮模块Y向传感器223的测量点、第四右悬浮模块Y向传感器224的测量点距右悬浮模块40质心的纵向距离为。第一右悬浮模块Y向传感器221的测量点、第二右悬浮模块Y向传感器222的测量点、第三右悬浮模块Y向传感器223的测量点、第四右悬浮模块Y向传感器224的测量点距右悬浮模块40质心的垂向距离为。

右F轨内壁右侧面倾斜率为，右F轨内壁左侧面倾斜率为。

所有右悬浮模块Z向传感器和右悬浮模块Y向传感器在安装时垂向、横向、纵向初始测量值分别为、、，可通过调节统一置零。

步骤S21：在左右悬浮模块分别设置牵引直线电机传感器，具体为：所述牵引直线电机左右两侧分别设置两个空心盒体分别为第一盒体、第二盒体、第三盒体和第四盒体，空心盒体相对于牵引直线电机质心纵向和横向均对称设置；牵引直线电机传感器为四组分别为第一牵引直线电机传感器组、第二牵引直线电机传感器组、第三牵引直线电机传感器组和第四牵引直线电机传感器组，四组牵引直线电机传感器组对应四个空心盒体，每组均包括三个牵引直线电机传感器，牵引直线电机传感器深入空心盒体中；牵引直线电机传感器组通过杆件固定在左右悬浮模块上，四个牵引直线电机传感器组相对牵引直线电机质心纵向和横向均对称设置。

所述牵引直线电机左右两侧分别设置两个空心盒体，第一空心盒体511和第三空心盒体513位于左悬浮模块30和牵引直线电机50中间，第二空心盒体512和第四空心盒体514位于右悬浮模块40和牵引直线电机50中间，四个空心盒体511、512、513、514相对牵引直线电机50质心纵向和横向均对称设置。四个空心盒体511、512、513、514可通过横梁固定在牵引直线电机上。

牵引直线电机传感器为四组。每个空心盒体均有一侧面开口，用于放入牵引直线电机传感器组。第一牵引直线电机传感器组521设置在第一空心盒体511中，第二牵引直线电机传感器组522设置在第二空心盒体512中，第三牵引直线电机传感器组523设置在第三空心盒体513中，第四牵引直线电机传感器524组设置在第四空心盒体514中。第一牵引直线电机传感器组521和第三牵引直线电机传感器组523通过杆件固定在左悬浮模块30上，第二牵引直线电机传感器组522和第四牵引直线电机传感器组524通过杆件固定在右悬浮模块40上。每组牵引直线电机传感器均包括三个传感器，传感器深入空心盒体内部，用于测量三个方位的侧壁的距离，分别为前侧、右侧和下侧。四个牵引直线电机传感器组521、522、523、524相对牵引直线电机50质心纵向和横向均对称设置。

其中，第一牵引直线电机传感器组521的测量点到左悬浮模块30质心的横向、纵向和垂向距离分别为、、，第一空心盒体511质心到牵引直线电机质心横向、纵向、垂向距离分别为、、。

由于，四个空心盒体511、512、513、514相对牵引直线电机50质心纵向和横向均对称设置。四个牵引直线电机传感器组521、522、523、524相对牵引直线电机50质心纵向和横向均对称设置。第三牵引直线电机传感器组523的测量点到左悬浮模块30质心的横向、纵向和垂向距离分别为、、。、第二牵引直线电机传感器组522的测量点和第四牵引直线电机传感器组524的测量点到右悬浮模块40质心的横向、纵向和垂向距离分别为、、。第二空心盒体512、第三空心盒体513、第四空心盒体514质心到牵引直线电机质心横向、纵向、垂向距离分别为、、。

所有牵引直线电机传感器在安装时垂向、横向、纵向初始测量值分别为、，可通过调节统一置零。

因为俯仰角对悬浮模块的前、后端垂向位移影响较大，在左右悬浮模块的前后端各设置两个Z向传感器可以提高测量精度。采用左右悬浮模块各采用四个Z向传感器，一是可以减小测量误差，降低解算的位姿结果对传感器误差的敏感度，二是当一个传感器出现问题可以根据四个传感器的数据计算出错误数据，进而直接确定故障传感器。

由于F轨内壁侧面并非完全竖直，而是存在少量倾角。垂向位移会使得Y向传感器产生垂向移动，由于内壁倾斜率的存在，会影响到Y向位移的测量。左右悬浮模块前侧对称布置Y向传感器，垂向位移会使得两对称传感器测量值同样增加或减少，两测量值相减可以抵消掉模块垂向位移的影响；左右悬浮模块前侧和后侧对称布置传感器，俯仰角会使得前后对称传感器测量值产生相反的影响，通过相加可以抵消掉俯仰角的影响。且采用左右悬浮模块各采用四个Y向传感器，一是可以减小测量误差，降低解算的位姿结果对传感器误差的敏感度，二是当一个传感器出现问题可以根据四个传感器的数据计算出错误数据，进而直接确定故障传感器。

采用左右悬浮模块各采用四个牵引直线电机传感器组，一是可以减小测量误差，降低解算的位姿结果对传感器误差的敏感度，二是当一个传感器出现问题可以根据四个传感器的数据计算出错误数据，进而直接确定故障传感器。

通过设置在空心盒体中设置传感器组间接测量中置牵引直线电机位姿，解决了牵引直线电机的位姿不便测量的问题。

在进一步的方案中，所述通过左悬浮模块Z向传感器和左悬浮模块Y向传感器采集数据得到左悬浮模块30位姿，具体为：

（1）

（2）

通过（1）（2）式可解得：

（3）

（4）

（5）

（6）

（7）

其中，、、、分别为第一左悬浮模块Z向传感器111、第二左悬浮模块Z向传感器112、第一左悬浮模块Y向传感器121和第二左悬浮模块Y向传感器122测量值，、、、分别为第三左悬浮模块Z向传感器113、第四左悬浮模块Z向传感器114、第三左悬浮模块Y向传感器123和第四左悬浮模块Y向传感器124测量值、、、、分别为左悬浮模块30的垂向位移、横向位移、侧滚角、俯仰角、偏航角。

所述通过右悬浮模块Z向传感器和右悬浮模块Y向传感器采集数据得到右悬浮模块40位姿，具体为：

（8）

（9）

通过（8）、（9）式求解得：

（10）

（11）

（12）

（13）

（14）

其中，、、、分别为第一右悬浮模块Z向传感器211、第二右悬浮模块Z向传感器212、第一右悬浮模块Y向传感器221和第二右悬浮模块Y向传感器221测量值，、、、分别为第三右悬浮模块Z向传感器213、第四右悬浮模块Z向传感器214、第三右悬浮模块Y向传感器223和第四右悬浮模块Y向传感器224测量值，、、、、分别为右悬浮模块40的垂向位移、横向位移、侧滚角、俯仰角、偏航角。

所述通过牵引直线电机传感器采集数据得到牵引直线电机50的位姿，具体为：

（15）

（16）

（17）

通过（15）、（16）、（17）式求解得：

（18）

（19）

（20）

（21）

（22）

（23）

（24）

其中，、、为第一牵引直线电机传感器组521的测量值，、、为第二牵引直线电机传感器组522的测量值，、、为第三牵引直线电机传感器组523的测量值，、、为第四牵引直线电机传感器组524的测量值，、、、、、分别为直线电机50的垂向位移、横向位移、纵向位移、侧滚角、俯仰角、偏航角，、分别左、右悬浮模块30、40相对于直线电机50的纵向位移。

以上对本发明所提供的一种磁悬浮列车悬浮架位姿测量方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种磁悬浮列车悬浮架位姿测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S10：在左悬浮模块上设置左悬浮模块Z向传感器向上测量左F轨的距离，在左悬浮模块上设置左悬浮模块Y向传感器向左侧和\或右侧测量左F轨侧内壁的距离，通过左悬浮模块Z向传感器和左悬浮模块Y向传感器测量数据解算得到左悬浮模块位姿；在右悬浮模块上设置右悬浮模块Z向传感器向上测量右F轨的距离，在右悬浮模块上设置右悬浮模块Y向传感器向左侧和\或右侧测量右F轨侧内壁的距离，通过右悬浮模块Z向传感器和右悬浮模块Y向传感器测量数据解算得到右悬浮模块位姿；

步骤S20：在左右悬浮模块分别设置牵引直线电机传感器，通过牵引直线电机传感器测量数据以及左右悬浮模块位姿解算得到牵引直线电机的位姿；

所述在左右悬浮模块分别设置牵引直线电机传感器，具体为：所述牵引直线电机左右两侧分别设置两个空心盒体分别为第一盒体、第二盒体、第三盒体和第四盒体，空心盒体相对于牵引直线电机质心纵向和横向均对称设置；牵引直线电机传感器为四组分别为第一牵引直线电机传感器组、第二牵引直线电机传感器组、第三牵引直线电机传感器组和第四牵引直线电机传感器组，四组牵引直线电机传感器组对应四个空心盒体，每组均包括三个牵引直线电机传感器，牵引直线电机传感器深入空心盒体中；牵引直线电机传感器组通过杆件固定在左右悬浮模块上，四个牵引直线电机传感器组相对牵引直线电机质心纵向和横向均对称设置；

所述通过牵引直线电机传感器的测量数据具体为：牵引直线电机传感器组的三个牵引直线电机传感器深入空心盒体中，测量三个方位的侧壁的距离，分别为前侧、右侧和下侧；

其中，所述Z向为平行纸面向上为正，Y向为平行纸面向左为正。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮列车悬浮架位姿测量方法，其特征在于，所述左悬浮模块Z向传感器为四个，左悬浮模块前侧设置两个左悬浮模块Z向传感器分别为第一左悬浮模块Z向传感器和第二左悬浮模块Z向传感器，前侧两个左悬浮模块Z向传感器相对于左F轨两个磁极左右对称中心横向对称设置；左悬浮模块后侧也设置两个左悬浮模块Z向传感器分别为第三左悬浮模块Z向传感器和第四左悬浮模块Z向传感器，左悬浮模块前侧和后侧四个左悬浮模块Z向传感器相对于左悬浮模块质心的纵向对称设置。

3.根据权利要求2所述的磁悬浮列车悬浮架位姿测量方法，其特征在于，所述右悬浮模块Z向传感器为四个，右悬浮模块前侧设置两个右悬浮模块Z向传感器分别为第一右悬浮模块Z向传感器和第二右悬浮模块Z向传感器，前侧两个右悬浮模块Z向传感器相对于右F轨两个磁极左右对称中心横向对称设置；右悬浮模块后侧也设置两个右悬浮模块Z向传感器分别为第三右悬浮模块Z向传感器和第四右悬浮模块Z向传感器，右悬浮模块前侧和后侧四个右悬浮模块Z向传感器相对于右悬浮模块质心的纵向对称设置，右悬浮模块Z向传感器与左悬浮模块Z向传感器相对悬浮架质心对称设置。

4.根据权利要求3所述的磁悬浮列车悬浮架位姿测量方法，其特征在于，所述左悬浮模块Y向传感器为四个，左悬浮模块前侧设置两个左悬浮模块Y向传感器分别为第一左悬浮模块Y向传感器和第二左悬浮模块Y向传感器，前侧两个左悬浮模块Y向传感器相对于左F轨内壁纵向中心线横向对称设置，垂向高度设置在左悬浮模块悬浮时左F轨磁极的垂向中心位置；左悬浮模块后侧也设置两个左悬浮模块Y向传感器分别为第三左悬浮模块Y向传感器和第四左悬浮模块Y向传感器，左悬浮模块前侧和后侧四个左悬浮模块Y向传感器相对于左悬浮模块质心的纵向对称设置。

5.根据权利要求4所述的磁悬浮列车悬浮架位姿测量方法，其特征在于，所述右悬浮模块Y向传感器为四个，右悬浮模块前侧设置两个右悬浮模块Y向传感器分别为第一右悬浮模块Y向传感器和第二右悬浮模块Y向传感器，前侧两个右悬浮模块Y向传感器相对于右F轨内壁纵向中心线横向对称设置，垂向高度设置在右悬浮模块悬浮时右F轨磁极的垂向中心位置；右悬浮模块后侧也设置两个右悬浮模块Y向传感器分别为第三右悬浮模块Y向传感器和第四右悬浮模块Y向传感器，右悬浮模块前侧和后侧四个右悬浮模块Y向传感器相对于右悬浮模块质心的纵向对称设置，右悬浮模块Y向传感器与左悬浮模块Y向传感器相对悬浮架质心对称设置。

6.根据权利要求5所述的磁悬浮列车悬浮架位姿测量方法，其特征在于，所述通过左悬浮模块Z向传感器和左悬浮模块Y向传感器测量数据解算得到左悬浮模块位姿，具体为：

（3）

（4）

（5）

（6）

（7）

其中，、、、分别为第一左悬浮模块Z向传感器、第二左悬浮模块Z向传感器、第一左悬浮模块Y向传感器和第二左悬浮模块Y向传感器的测量值，、、、分别为第三左悬浮模块Z向传感器、第四左悬浮模块Z向传感器、第三左悬浮模块Y向传感器和第四左悬浮模块Y向传感器的测量值，为第一左悬浮模块Z向传感器和第二左悬浮模块Z向传感器横向距离的中点距第一左悬浮模块Z向传感器的测量点的横向距离，为第一左悬浮模块Z向传感器和第二左悬浮模块Z向传感器横向距离的中点距左悬浮模块质心的横向距离，为第一左悬浮模块Z向传感器的测量点距左悬浮模块质心的纵向距离，为第一左悬浮模块Y向传感器和第二左悬浮模块Y向传感器横向距离的中点距第一左悬浮模块Y向传感器的测量点的横向距离，为第一左悬浮模块Y向传感器和第二左悬浮模块Y向传感器横向距离的中点距左悬浮模块质心的横向距离，第一左悬浮模块Y向传感器的测量点距左悬浮模块质心的纵向距离，为第一左悬浮模块Y向传感器的测量点距左悬浮模块质心的垂向距离，为所有左悬浮模块Z向传感器和左悬浮模块Y向传感器垂向初始测量值，为左F轨内壁左侧面斜率，左F轨内壁右侧面斜率，、、、、分别为左悬浮模块的垂向位移、横向位移、侧滚角、俯仰角、偏航角。

7.根据权利要求6所述的磁悬浮列车悬浮架位姿测量方法，其特征在于，所述通过右悬浮模块Z向传感器和右悬浮模块Y向传感器测量数据解算得到右悬浮模块位姿，具体为：

（10）

（11）

（12）

（13）

（14）

其中，、、、分别为第一右悬浮模块Z向传感器、第二右悬浮模块Z向传感器、第一右悬浮模块Y向传感器和第二右悬浮模块Y向传感器的测量值，、、、分别为第三右悬浮模块Z向传感器、第四右悬浮模块Z向传感器、第三右悬浮模块Y向传感器和第四右悬浮模块Y向传感器的测量值，、、、、分别为右悬浮模块的垂向位移、横向位移、侧滚角、俯仰角、偏航角。

8.根据权利要求7所述的磁悬浮列车悬浮架位姿测量方法，其特征在于，所述通过牵引直线电机传感器测量数据以及左右悬浮模块位姿解算得到牵引直线电机的位姿，具体为：

（18）

（19）

（20）

（21）

（22）

（23）

（24）

其中，、、为第一牵引直线电机传感器组的测量值，、、为第二牵引直线电机传感器组的测量值，、、为第三牵引直线电机传感器组的测量值，、、为第四牵引直线电机传感器组的测量值，、、第一牵引直线电机传感器组的测量点到左悬浮模块质心的横向、纵向和垂向距离，、为第一空心盒体质心到牵引直线电机质心横向、垂向距离， 、为所有牵引直线电机传感器的横向和纵向初始测量值，、、、、、分别为直线电机的垂向位移、横向位移、纵向位移、侧滚角、俯仰角、偏航角，、分别左、右悬浮模块相对于直线电机的纵向位移。