CN108382265B - 一种中低速磁浮列车悬浮冗余控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中低速磁浮列车悬浮冗余控制系统，包括设于悬浮架一侧电磁铁上的四个悬浮电磁铁磁极、设于电磁铁两侧的两个悬浮传感器、与四个悬浮电磁铁磁极一一对应连接的四个悬浮斩波器，以及与悬浮斩波器分别连接的悬浮控制器，所述的悬浮控制器与两个悬浮传感器分别连接。与现有技术相比，本发明实用性强，具有提高悬浮系统运行的可靠性和稳定性等优点。

Description

一种中低速磁浮列车悬浮冗余控制系统

技术领域

本发明涉及轨道交通车辆技术领域，尤其是涉及一种中低速磁浮列车悬浮冗余控制系统。

背景技术

磁浮列车是一种新型的轨道交通运输工具，具有运行噪声低、爬坡能力强、转弯半径小、安全可靠性高、运营维护成本低、造价低等突出特点。它利用电磁吸力使车体悬浮于轨道之上，列车与轨道之间保持无接触状态，克服了两者间的接触磨损，减小了运行阻力。悬浮控制系统是实现车辆悬浮的执行机构，它根据安装在电磁铁上的悬浮传感器传送过来的悬浮电磁铁与轨道之间的气隙以及电磁铁的垂向运动加速度信号来改变悬浮电磁铁内部电流的大小，从而调节悬浮电磁铁与钢制轨道之间的吸引力，使磁浮列车保持在8～10mm气隙大小的稳定悬浮状态。经过几十年的技术开发，磁浮列车技术已基本成熟，正在逐步走向商业化生产和运营。

目前，中低速磁浮列车车辆走行部采用五悬浮架结构，如图1所示。每个悬浮架上左右两侧各有一个电磁铁，电磁铁两端各装有一个悬浮传感器。每个电磁铁由四个电磁铁磁极构成。如图2所示，第一悬浮电磁铁磁极、第二悬浮电磁铁磁极、第三悬浮电磁铁磁极与第四悬浮电磁铁磁极安装于悬浮架的一侧，第一悬浮电磁铁磁极与第二悬浮电磁铁磁极串联后由前悬浮控制器供电，第三悬浮电磁铁与第四悬浮电磁铁串联后由后悬浮控制器供电，即此悬浮架单侧由四个悬浮电磁铁磁极产生的电磁力实现悬浮。这样的悬浮系统没有实现冗余设计，当第一悬浮电磁铁磁极、第二悬浮电磁铁磁极或前悬浮控制器以及其相关的第一悬浮传感器出现故障时，该悬浮点无法正常悬浮，悬浮架的这一侧将损失一半的悬浮力，该悬浮点对应的支撑滑橇将与轨道发生持续性接触，导致列车减速运行，并在就近车站清客后退出运行，引起列车晚点或取消运行车次，将影响系统可用性指标。同样，当第三悬浮电磁铁磁极、第四悬浮电磁铁磁极或后悬浮控制器以及其相关的第二悬浮传感器出现故障时，该悬浮点无法正常悬浮，悬浮架的这一侧也将损失一半的悬浮力。悬浮系统无冗余设计导致系统的可用性较低，制约了磁浮列车进一步发展和应用。因此，研究一种在任意单个悬浮部件出现故障时，仍能保证出现故障的悬浮架处于悬浮状态的悬浮冗余的控制系统是十分必要的。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种中低速磁浮列车悬浮冗余控制系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种中低速磁浮列车悬浮冗余控制系统，包括四个悬浮电磁铁磁极、两个悬浮传感器、四个悬浮斩波器和两个悬浮控制器，所述的悬浮电磁铁磁极设于悬浮架一侧的电磁铁上，所述的悬浮传感器设于电磁铁两侧，所述的悬浮斩波器的一端与所述的悬浮电磁铁磁极一一对应连接，另一端与两个悬浮控制器分别连接，所述的悬浮控制器与两个悬浮传感器分别连接。

优选地，所述的悬浮电磁铁磁极包括第一悬浮电磁铁磁极、第二悬浮电磁铁磁极、第三悬浮电磁铁磁极和第四悬浮电磁铁磁极；所述的悬浮斩波器包括第一悬浮斩波器、第二悬浮斩波器、第三悬浮斩波器和第四悬浮斩波器。

优选地，所述的第一悬浮斩波器与第一悬浮电磁铁磁极连接，构成第一悬浮主回路；所述的第二悬浮斩波器与第二悬浮电磁铁磁极连接，构成第二悬浮主回路；所述的第三悬浮斩波器与第三悬浮电磁铁磁极连接，构成第三悬浮主回路；所述的第四悬浮斩波器与第四悬浮电磁铁磁极连接，构成第四悬浮主回路。

优选地，在正常工作时，所述的第一悬浮控制器和第二悬浮控制器根据悬浮传感器的感应信号产生两路冗余的控制电流信号，并分别传送至四个悬浮斩波器；第一悬浮斩波器、第二悬浮斩波器、第三悬浮斩波器和第四悬浮斩波器各自在两路冗余的控制电流信号选择其一，生成电磁铁驱动电流，电磁铁产生的电磁力使悬浮架保持稳定悬浮。

优选地，当第一悬浮控制器发生故障时，由第二悬浮控制器提供悬浮控制电流信号，使四个悬浮斩波器正常工作，车辆悬浮功能保持正常；反之，当第二悬浮控制器发生故障时，由第一悬浮控制器提供悬浮控制电流信号，使四个悬浮斩波器正常工作；当四个悬浮电磁铁磁极或四个悬浮斩波器中的任一个发生故障时，其他三个悬浮主回路仍保持正常工作，悬浮架的一侧只损失四分之一的悬浮力，仍可保留四分之三的悬浮力。

优选地，所述的悬浮传感器为电涡流传感器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、本发明的中低速磁浮列车悬浮冗余控制系统采用四个悬浮电磁铁磁极与四个悬浮斩波器构成四个独立的悬浮主回路，并采用两个悬浮传感器和两个悬浮控制器分别实现冗余功能；当悬浮电磁铁磁极和悬浮斩波器中的任意一个部件出现故障时，其他正常工作的部件能够保证磁浮车辆处于悬浮状态；当悬浮控制器中的一个出现故障时，另一个悬浮控制器可控制其他部件保持正常工作；本发明设计的系统具有冗余控制功能，可保持磁浮列车足够的悬浮力，避免悬浮架与轨道出现持续性接触，提高了悬浮系统运行的可靠性和稳定性；

二、本发明不需要改变现有的中低速磁浮列车悬浮电磁铁结构，只需对悬浮控制电路进行重新设计即可，灵活性高、实用性强；

三、相比于现有技术中利用悬浮斩波器与悬浮控制器连接后对悬浮电磁铁磁极供电，本发明将悬浮斩波器与悬浮控制器独立分布，若某一部件出现故障，仍可保证对悬浮电磁铁磁极的持续供电。

附图说明

图1为磁浮列车的结构示意图；

图2为现有技术的中低速磁浮列车的悬浮系统的结构示意图；

图3为本发明中低速磁浮列车的悬浮冗余控制系统的结构示意图；

图中标号所示：

1、悬浮架，2、第一悬浮电磁铁磁极，3、第二悬浮电磁铁磁极，4、第三悬浮电磁铁磁极，5、第四悬浮电磁铁磁极，6、前悬浮控制器，7、后悬浮控制器，8、第一悬浮传感器，9、第二悬浮传感器，10、第一悬浮斩波器，11、第二悬浮斩波器，12、第三悬浮斩波器，13、第四悬浮斩波器，14、第一悬浮控制器，15、第二悬浮控制器，16、车体，17、轨道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图3所示，本发明涉及一种中低速磁浮列车悬浮冗余控制系统，包括悬浮架1、四个悬浮电磁铁磁极、两个悬浮传感器、四个悬浮斩波器和两个悬浮控制器。

其中，第一悬浮电磁铁磁极2、第二悬浮电磁铁磁极3、第三悬浮电磁铁磁极4和第四悬浮电磁铁磁极5安装于悬浮架1一侧的电磁铁上；第一悬浮斩波器10与第一悬浮电磁铁磁极2连接，构成第一悬浮主回路；第二悬浮斩波器11与第二悬浮电磁铁磁极3连接，构成第二悬浮主回路；第三悬浮斩波器12与第三悬浮电磁铁磁极4连接，构成第三悬浮主回路；第四悬浮斩波器13与第四悬浮电磁铁磁极5连接，构成第四悬浮主回路。

第一悬浮传感器8和第二悬浮传感器9分别设于悬浮架1的电磁铁两侧，第一悬浮传感器8、第二悬浮传感器9本身具有三路冗余的间隙测量和加速度测量功能，二者皆与第一悬浮控制器14和第二悬浮控制器15连接，用于将采集的信号同时传送到第一悬浮控制器14和第二悬浮控制器15中。

正常工作时，第一悬浮控制器14和第二悬浮控制器15根据第一悬浮传感器8和第二悬浮传感器9信号产生两路冗余的控制电流信号分别传送到第一悬浮斩波器10、第二悬浮斩波器11、第三悬浮斩波器12和第四悬浮斩波器13；第一悬浮斩波器10、第二悬浮斩波器11、第三悬浮斩波器12、第四悬浮斩波器13分别根据两路冗余的控制电流信号“二选一”，生成电磁铁驱动电流，电磁铁产生的电磁力使悬浮架1保持稳定悬浮。

第一悬浮传感器8和第二悬浮传感器9本身具有冗余功能，其一路悬浮间隙或加速度信号发生故障时，仍能提供正确的悬浮间隙和加速度信号给第一悬浮控制器14和第二悬浮控制器15。当第一悬浮控制器14发生故障，不能为悬浮斩波器提供正确的悬浮控制电流信号时，则由第二悬浮控制器15提供悬浮控制电流信号，使第一悬浮斩波器10、第二悬浮斩波器11、第三悬浮斩波器12和第四悬浮斩波器13正常工作，车辆悬浮功能保持正常；反之，当第二悬浮控制器15发生故障，不能为悬浮斩波器提供正确的悬浮控制电流信号时，由第一悬浮控制器14提供悬浮控制电流信号，使上述四个悬浮斩波器正常工作。当第一悬浮电磁铁磁极2、第二悬浮电磁铁磁极3、第三悬浮电磁铁磁极4、第四悬浮电磁铁磁极5或第一悬浮斩波器10、第二悬浮斩波器11、第三悬浮斩波器12和第四悬浮斩波器13中的任一个发生故障，使悬浮主回路无法产生悬浮力时，其他三个悬浮主回路仍可以正常工作，悬浮架1此侧仅损失四分之一的悬浮力，且正常工作的悬浮主回路所提供的悬浮力仍能够保证悬浮架1在此侧处于悬浮状态，提高了悬浮系统的可用性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种中低速磁浮列车悬浮冗余控制系统，包括设于悬浮架一侧电磁铁上的四个悬浮电磁铁磁极和设于电磁铁两侧的两个悬浮传感器，其特征在于，所述的控制系统还包括四个悬浮斩波器和两个悬浮控制器，所述的悬浮斩波器的一端与所述的悬浮电磁铁磁极一一对应连接，另一端与两个悬浮控制器分别连接，所述的悬浮控制器与两个悬浮传感器分别连接，四个所述的悬浮电磁铁磁极包括第一悬浮电磁铁磁极、第二悬浮电磁铁磁极、第三悬浮电磁铁磁极和第四悬浮电磁铁磁极；四个所述的悬浮斩波器包括第一悬浮斩波器、第二悬浮斩波器、第三悬浮斩波器和第四悬浮斩波器；

所述的第一悬浮斩波器与第一悬浮电磁铁磁极连接，构成第一悬浮主回路；所述的第二悬浮斩波器与第二悬浮电磁铁磁极连接，构成第二悬浮主回路；所述的第三悬浮斩波器与第三悬浮电磁铁磁极连接，构成第三悬浮主回路；所述的第四悬浮斩波器与第四悬浮电磁铁磁极连接，构成第四悬浮主回路；

在正常工作时，所述的两个悬浮控制器的第一悬浮控制器和第二悬浮控制器根据悬浮传感器的感应信号产生两路冗余的控制电流信号，并分别传送至四个悬浮斩波器；第一悬浮斩波器、第二悬浮斩波器、第三悬浮斩波器和第四悬浮斩波器各自在两路冗余的控制电流信号选择其一，生成电磁铁驱动电流，电磁铁产生的电磁力使悬浮架保持稳定悬浮；

当第一悬浮控制器发生故障时，由第二悬浮控制器提供悬浮控制电流信号，使四个悬浮斩波器正常工作，车辆悬浮功能保持正常；反之，当第二悬浮控制器发生故障时，由第一悬浮控制器提供悬浮控制电流信号，使四个悬浮斩波器正常工作；当四个悬浮电磁铁磁极或四个悬浮斩波器中的任一个发生故障时，其他三个悬浮主回路仍保持正常工作，悬浮架的一侧保留四分之三的悬浮力。

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