CN108973767B - 悬挂式磁悬浮列车的悬浮控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种悬挂式磁悬浮列车的悬浮控制方法，悬挂式磁悬浮列车中稀土永磁材料制成的永磁磁轨安装在天梁内，与转向架上的永磁磁组相互作用，形成斥力，该悬浮控制方法通过悬浮控制、驱动行进、导向控制、测速定位控制、制动等步骤，实现稳定悬浮、无接触运行，直线感应驱动电机在定位系统的配合下实现安全、平稳行驶。本发明克服永磁体构成的悬浮系统不稳定的缺陷，提高悬浮系统的稳定性。

Description

悬挂式磁悬浮列车的悬浮控制方法

技术领域

本发明涉及悬挂式磁浮走行系统的悬浮控制方法，尤其是基于一种永磁体提供主要悬浮力，电磁调节装置提供辅助悬浮型悬挂式磁悬浮列车的控制方法。

背景技术

悬挂式磁悬浮列车的轨道在列车上方，由钢梁或者混凝土浇筑的立柱支撑在空中。此种悬挂式磁悬浮列车是依靠安装在悬挂车厢转向架上的永磁模块与安装在轨道梁里面的永磁磁轨之间产生排斥力使列车在轨道梁上运行的新型交通工具，以其绿色无污染、安全舒适、地形适应力强受到广泛的关注。悬挂式磁悬浮列车转向架上的永磁模块与轨道梁上的永磁磁轨构成悬挂列车的悬浮系统，但是该系统是一个不稳定的系统，极易受到外界的干扰产生振动且该振动持续时间长很难使其稳定，必须通过反馈控制去使悬挂列车的悬浮保持稳定。悬浮性能的好坏取决于悬浮控制方法。悬浮控制方法最重要的是设计一个悬浮控制系统，该悬浮控制系统通过当前列车的悬浮状态，调节电磁调节装置的电流达到控制列车的悬浮间隙的目标，使列车在额定的悬浮高度运行，进而实现列车的稳定悬浮。

悬挂式磁悬浮列车的转向架结构如图2所示，每个悬挂式磁悬浮列车的车厢配置一个转向架，转向架上的A、B、C、D四个位置处各安装一个完全相同的车载悬浮装置，车载悬浮装置如图1所示，车载悬浮装置的中间部分为永磁模块，永磁模块的两边为电磁调节模块，由一个永磁模块和两个电磁调节模块共同构成一个车载悬浮装置。将安装在A、B、C、D四个位置处的车载悬浮装置分别编号为车载悬浮装置A、车载悬浮装置B、车载悬浮装置C、车载悬浮装置D；车载悬浮装置A、B、C、D的电磁调节模块分别编号为a、b、c、d；车载悬浮装置A、B、C、D的永磁模块分别编号为1、2、3、4。A、B、C、D四个车载悬浮装置间通过构架和横梁相连。转向架上的4个车载悬浮装置被视为4个独立的被控对象，每个车载悬浮装置都有一个独立的悬浮控制器对车载悬浮装置的电磁调节模块进行控制。分别对每个车载悬浮装置安装一组独立的悬浮传感器，每组悬浮传感器对应各自的一个悬浮控制器，悬浮传感器均包括一个间隙传感器、一个加速度传感器和一个电流传感器。间隙传感器用于测量列车的悬浮高度，加速度传感器用于测量车载悬浮装置的运动加速度，电流传感器用于测量车载悬浮装置电磁调节模块的悬浮电流。每组悬浮传感器测量得到的信号(悬浮间隙信号、加速度信号、电流信号)以模拟信号的形式通过信号线传输到悬浮控制器，悬浮控制器通过传感器传来的悬浮状态信号和车载指令信号，计算出控制量，可以控制车载悬浮装置电磁调节模块的电流大小，进而控制车载悬浮装置的电磁力大小，从而达到控制列车在额定间隙稳定悬浮的目标。

发明内容

本发明的目的是在永磁体提供主要悬浮力的悬浮系统中，利用本发明的悬浮控制方法，克服永磁体构成的悬浮系统不稳定的缺陷，提高悬浮系统的稳定性。本发明具体采用如下技术方案：

一种悬挂式磁悬浮列车的悬浮控制方法，所述悬挂式磁悬浮列车系统具体结构包括轨道系统、悬挂系统、控制系统和轿厢系统，所述控制系统包括驱动系统、导向系统、悬浮控制系统，轨道系统通过立柱悬于空中，轿厢系统通过悬挂系统悬挂在轨道系统的垂直下方，驱动系统和导向系统协同作用，驱动轿厢系统在轨道系统中前进，该方法具体控制步骤如图8所示：

步骤一：悬浮控制：轿厢门打开，乘客和及其携带的物品进入轿厢内，轿厢门关闭，悬浮控制系统感知当前轿厢重量，通过控制线圈电流达到调整线圈磁力，实现各个悬浮点的稳定悬浮控制，结合各个悬浮点的输出参数，车载总控制系统及时调整输出各个悬浮点的输入补偿，保证转向架的多点协同悬浮控制，每个悬浮点均处于非接触的悬浮状态；在乘客进入轿厢的同时，悬浮控制系统由压力传感器提供的压力变化实时监测判断，切换悬浮控制安全高度，当轿厢压力传感器检测压力变化时，控制系统依据压力参数及时调节电磁绕组磁力抑制轿厢不稳定波动，当轿厢在稳定悬浮状态，其侧绕组线圈不导电；

步骤二：驱动行进：由车载总控制系统提供压力传感器的数据参数，对电机的运行模态进行实时的切换，启动时，依据压力变化判断车辆负载选择电机的启动方式，依据轿厢速度和位置信息结合车载路况信息数据库，获取前方路况信息，调整轿厢行进速度；启动方式包括直接起动和降压起动：空载和小负载时，选择直接起动；大负载时，电机驱动切换到降压起动；

步骤三：导向控制：在轿厢行驶过程中，悬浮转向架的左右两侧与U形抱轨的左右两侧抱臂通过导向控制系统保持磁力，导向线圈结构依据导向位置的速度传感器检测的悬浮转向架的左右位移量数据参数，调整绕组线圈电流提供导向力，结合辅助导向轮实现悬浮转向架在左右方向上的稳定控制；

步骤四：测速定位控制：在轿厢行驶过程中，车载总控制系统依据轿厢位置和速度数据参数对相应地控制模块提供控制输出参数，车载总控制系统通过无线网络连接地面总控制室，完成车载与地面之间的信息交换、监测轿厢的位置和速度、控制速度，以及站点停靠速度调整；控制输出参数至少包括获取位置信息和获取前方距离爬坡或转弯的距离；信息交换至少包括轿厢运行状况和地面指令；

步骤五：制动：靠近站点位置轿厢行驶减速，达到与站点对齐时制动。

优选地，步骤一中，悬浮控制系统包括多个悬浮控制器和多个悬浮传感器组，多点协同悬浮控制具体方式为:

悬浮控制器通过悬浮传感器组获得车载悬浮装置的悬浮间隙、悬浮电流和加速度,通过悬浮控制算法得到电磁调节模块的控制量：

PWM＝p₁(s-s₀)+p₂∫(s-s₀)dt+p₃∫adt+p₄i

其中，s为车载悬浮装置的悬浮间隙，i为车载悬浮装置的悬浮电流，a为车载悬浮装置的加速度，p₁为比例系数，p₂为间隙积分反馈系数，p₃为微分系数，p₄为电流环比例系数。

本发明可以达到以下的技术效果：

1、本发明的车载悬浮装置由永磁模块与永磁轨间的排斥力提供主要悬浮力，电磁调节模块辅助悬浮，负责增加阻尼、消除震动，达到悬浮间隙的稳定。只有当A、B、C、D四个车载悬浮装置中存在不在额定悬浮间隙悬浮时才启动电磁调节模块调节，通常情况下电磁调节模块中都是小电流微调，所以耗能低，电磁调节模块的发热量也比传统的纯电磁悬浮调节少。这种控制方法由于电磁调节模块发热量少可以给悬浮传感器提供了一个较好的工作环境。

2、本发明根据列车的载重设定列车的额定悬浮间隙，此方法充分的运用永磁模块和永磁磁轨提供主要悬浮力的特性，最大限度的让永磁模块和永磁磁轨的排斥力给列车提供悬浮力，最大限度的发挥了电磁调节模块的微调作用。

附图说明

图1是悬挂式磁悬浮列车的车载悬浮装置示意图。

图2是悬挂式磁悬浮列车的转向架示意图。

图3是悬挂式磁悬浮列车的车载悬浮装置在转向架上的空间位置示意图。

图4悬挂式磁悬浮列车转向架与轨道梁的截面图。

图5是悬挂式磁悬浮列车的永磁磁轨和车载悬浮装置的右视图。

图6是悬挂式磁悬浮列车途经各站点的位置示意图。

图7是单电磁铁控制方法的悬浮控制系统结构示意图。

图8是本发明悬浮控制方法流程图。

图9是本发明的整体结构示意图。

图10是本发明的轨道系统、驱动系统和导向系统的组装关系图。

图11是本发明的倒U形抱轨的下端结构示意图。

图12是本发明的六组式的悬浮转向架的俯视图。

图13是本发明的四组式的悬浮转向架的俯视图。

图14是本发明的六个悬浮点的俯视图。

图15是本发明的四个悬浮点的俯视图。

图16是本发明的倒U形抱轨结构示意图。

附图标记列表：1—悬挂梁，2—天梁，3—轮轨，4—限高导轨，5—通电卡，6—侧部轮轨，7—导磁板，8—导向调整轮，9—悬浮转向架，10—吊杆接扣，11—空气弹簧接扣，12—空气弹簧，13—吊杆，14—底座，15—永磁体，16—中心永磁铁，17—绕组线圈，18—混合悬浮结构，19—承力扣，20—电磁导向结构，21—台柱，22—导向绕组线圈，23—斜凹槽，24—交叉感应回线，25—动子，26—定子，27—抱臂，28—稳定体，29—三角形悬挂构架，30—轿厢吊挂接扣，31—球绞结构，32—横梁，33—悬浮点，34—倒U形抱轨，35—轿厢本体，36—立柱，37—固定螺栓，38—三相交流绕线，39—升降架。

具体实施方式

图1是悬挂式磁悬浮列车的车载悬浮装置示意图。车载悬浮装置的中间部分为永磁模块，永磁模块两边为电磁调节模块，两个电磁调节模块通过串联连接。每节悬挂车厢有一个悬浮架，每个悬浮架的A、B、C、D四个位置各安装一个车载悬浮装置。图2是悬挂式磁悬浮列车的转向架示意图。车载悬浮装置安装在转向架A、B、C、D四个位置，车载悬浮装置间通过转向架的构架和横梁连接成一个整体。图3是车载悬浮装置安装在转向架上后的空间示意图。四个车载悬浮装置通过螺丝或者铆钉固定在转向架的A、B、C、D四个位置处。图4是悬挂式磁悬浮列车转向架与轨道梁的截面图。安装在列车转向架上的车载悬浮装置以额定的悬浮间隙悬浮在永磁磁轨的正上方。转向架两侧安装有导向轮给列车起到导向的作用。图5是悬挂式磁悬浮列车的永磁磁轨和车载悬浮装置的右视图。从图5可以非常直观的看到车厢通过吊杆与转向架连接悬挂在轨道梁下方，转向架上的车载悬浮模块悬浮在永磁磁轨上方。

悬挂式磁悬浮列车的主要悬浮力是由安装在转向架上的A、B、C、D四个车载悬浮装置的永磁模块1、永磁模块2、永磁模块3、永磁模块4和永磁磁轨间的排斥力提供；车载悬浮装置中的电磁调节模块作用是增加永磁模块与磁轨间的阻尼，消除列车的震动。此种悬挂式悬浮系统是由车载悬浮装置上的永磁模块与永磁磁轨的排斥力提供主要悬浮力，车载悬浮装置上的电磁调节模块辅助悬浮使悬浮系统达到平稳悬浮的状态。A、B、C、D四个车载悬浮控制装置各自安装一组独立悬浮传感器，四组悬浮传感器分别编号为A1、B1、C1、D1；A1、B1、C1、D1四组悬浮传感器各自分别对应一个悬浮控制器，四个悬浮控制器分别为悬浮控制器A、B、C、D。将该悬挂式磁悬浮走行系统设定一个最小悬浮间隙d_min，悬浮系统的悬浮间隙不能小于设定的最小悬浮间隙d_min。悬挂车厢内安装一个压力传感器，压力传感器通过CAN总线向车载总控系统发送压力信号，车载总控系统根据压力信号与悬浮间隙的一种映射关系确定额定的悬浮间隙，压力与悬浮间隙的映射关系为

其中，h为悬浮间隙，Ag为永磁体的磁极面积，α为修正系数取α＝3，m为悬挂式车厢的质量，g为重力加速度，N为压力，Bg为永磁体的磁化强度。车载总控系统将该额定悬浮间隙信号通过电缆发送给A、B、C、D四个悬浮控制器。列车运行的额定悬浮间隙会随着列车载重的变化而变化。列车运行的额定悬浮间隙不能小于设定的最小悬浮间隙d_min，列车的最小悬浮间隙对应列车的最大载重，也就是列车不能在超重状态下运行。图6所示，当列车在车站I上下完乘客后达到车站II之前的这段行驶路程是没有乘客上下车的，所以在这段运行路程中列车的载重是没有变化的，所以列车从车站I到车站II列车的额定悬浮间隙是一个定值。当列车到达车站II重新上下乘客后列车的载重发生改变，列车从车站II到车站III这段运行路程将以新的额定悬浮间隙运行。列车的额定悬浮间隙不是固定不变的，而是随着列车载重的变化而改变的，列车载重越重额定悬浮间隙就越小，列车载重越轻额定悬浮间隙越大，悬浮间隙与载重的函数关系为

该公式上述已有描述，N为列车的载重由车厢内的压力传感器测量得到。A、B、C、D四个悬浮控制器根据A、B、C、D四个车载悬浮装置的悬浮间隙，以及车载悬浮装置的电磁调节模块的电流和加速度分别计算出电磁调节模块a、b、c、d的控制量PWM.a、PWM.b、PWM.c、PWM.d。

悬浮控制器通过悬浮传感器组获得车载悬浮装置的悬浮间隙、悬浮电流和加速度,通过悬浮控制算法得到电磁调节模块的控制量：

PWM＝p₁(s-s₀)+p₂∫(s-s₀)dt+p₃∫adt+p₄i

其中，s为车载悬浮装置的悬浮间隙，i为车载悬浮装置的悬浮电流，a为车载悬浮装置的加速度，p₁为比例系数，p₂为间隙积分反馈系数，p₃为微分系数，p₄为电流环比例系数。

悬浮控制器A通过悬浮传感器组A1获得电磁悬浮装置A的悬浮间隙S1、电流i1和加速度a1,通过悬浮控制算法得到电磁调节模块a的控制量：

PWM.a＝p₁(s₁-s₀)+p₂∫(s₁-s₀)dt+p₃∫a₁dt+p₄i₁

悬浮控制器B通过悬浮传感器组B1获得电磁悬浮装置B的悬浮间隙S2、电流i2和加速度a2,通过悬浮控制算法得到电磁调节模块b的控制量：

PWM.b＝p₁(s₂-s₀)+p₂∫(s₂-s₀)dt+p₃∫a₂dt+p₄i₂

悬浮控制器C通过悬浮传感器组C1获得电磁悬浮装置C的悬浮间隙S3、电流i3和加速度a3,通过悬浮控制算法得到电磁调节模块c的控制量：

PWM.c＝p₁(s₃-s₀)+p₂∫(s₃-s₀)dt+p₃∫a₃dt+p₄i₃

悬浮控制器D通过悬浮传感器组D1获得电磁悬浮装置D的悬浮间隙S4、电流i4和加速度a4,通过悬浮控制算法得到电磁调节模块d的控制量：

PWM.d＝p₁(s₄-s₀)+p₂∫(s₄-s₀)dt+p₃∫a₄dt+p₄i₄

S_n(n＝1、2、3、4)为各个车载悬浮装置处的悬浮间隙，a_n(n＝1、2、3、4)为各个车载悬浮装置的竖直运动方向加速度，i_n(n＝1、2、3、4)为各个电磁调节模块的电流，p₁为比例系数，p₂为间隙积分反馈系数，p₃为微分系数，p₄为电流环比例系数。

A、B、C、D四个车载悬浮装置将PWM.a以PWM(脉冲宽度调制)波形式传输给电磁调节模块a的悬浮斩波器,控制电磁调节模块a的电流大小，从而控制电磁调节模块a的电磁力大小，保证车载悬浮装置A在额定悬浮间隙悬浮；将PWM.b同样以PWM波形式传输给电磁调节模块b的悬浮斩波器,控制电磁调节模块b的电流大小，从而控制电磁调节模块b的电磁力大小，保证车载悬浮装置B在额定悬浮间隙悬浮；将PWM.c以PWM波形式传输给电磁调节模块c的悬浮斩波器,控制电磁调节模块c的电流大小，从而控制电磁调节模块c的电磁力大小，保证车载悬浮装置C在额定悬浮间隙悬浮；将PWM.d以PWM波形式传输给电磁调节模块d的悬浮斩波器,控制电磁调节模块d的电流大小，从而控制电磁调节模块d的电磁力大小，保证车载悬浮装置D在额定悬浮间隙悬浮。此种悬浮控制方法能耗低，只有当A、B、C、D四个车载悬浮装置存在一个或一个以上车载悬浮装置不在额定悬浮间隙悬浮时才需启动电磁调节模块进行调节，当A、B、C、D四个车载悬浮装置都在额定悬浮间隙悬浮时不需要启动电磁调节模块进行调节。

悬浮控制器需要将列车运行过程中的悬浮状态(悬浮间隙、电磁调节装置的电流、运动加速度)通过CAN总线实时传输给车载总控系统。车载总控系统接收到悬浮状态后，在判断出现故障时采取相应的紧急措施。比如当压力传感器通过CAN总线向车载总控系统接发送压力信号，当列车超重时将会触发报警装置。同时车载总控系统还需要用电缆与悬浮控制器相连接，通过车载总控系统向悬浮控制器发送复位(RESET)、额定悬浮间隙(RSC)等指令。

悬浮控制器由滤波电路模块、信号调理模块、A/D转换模块、外部扩展存储模块、驱动电路模块、DSP模块组成。

A₁、B₁、C₁、D₁四组悬浮传感器中的间隙传感器将其分别测量得到的悬浮间隙以电压模拟信号输出；A₁、B₁、C₁、D₁四组悬浮传感器中的加速度传感器分别测量A、B、C、D四个车载装置竖直方向的运动加速度，输出电压型模拟信号；A₁、B₁、C₁、D₁四组悬浮传感器中电流传感器分别测量A、B、C、D四个车载悬浮装置中a、b、c、d四个电磁调节模块的悬浮电流，输出电流型模拟信号。间隙传感器、加速度传感器和电流传感器输出的信号均要传输到滤波电路模块进行适当处理，最终转换为数字信号。信号经过滤波电路模块滤波后，还需要经过信号调理模块进行适当调理，使信号的电流或电压满足A/D转换器输入端的输入要求；从信号调理模块中输出的信号进入A/D转换模块进行模—数转换；从A/D转换模块输出的数字信号进入到第一块DSP芯片中，第一块DSP芯片主要作用是数据采集及预处理，并将数据存入外部扩展存储模块；第二块DSP芯片从外部扩展存储模块提取数据并进行算法的分析和数据的计算，输出对应的PWM波到驱动电路进行放大后到对应的a、b、c、d四个电磁调节模块。

本悬浮系统是由车载悬浮装置的永磁模块与永磁磁轨的排斥力提供主要悬浮力，车载悬浮装置的电磁调节模块仅仅只是起到微调的作用使列车稳定悬浮在额定的悬浮间隙。列车在开始每天的工作时设定一个额定的悬浮间隙D₀,当列车在车站I上下完乘客后压力传感器通过CAN总线向车载总控系统发送压力信号，如果列车超重则触发报警装置提示列车超重；如果列车没有超重，车载总控系统将根据载重与悬浮间隙的映射关系向A、B、C、D四个悬浮控制器发送额定悬浮间隙信号D₁。车站I到车站II之间没有乘客上下车，列车的载重没有改变，也就是列车在从车站I到车站II这段运行路程的额定悬浮间隙都是D₁；当列车停靠在车站II并完成乘客上下车后，通过CAN总线向车载总控系统发送压力信号，如果列车超重则触发报警装置提示列车超重；如果没有超重，车载总控系统将根据载重与悬浮间隙的映射关系向A、B、C、D四个悬浮控制器发送额定悬浮间隙信号D₂，同样的车站II到车站III之间没有乘客上下车，列车的载重没有改变，列车从车站II到车站III以额定悬浮间隙D₂运行。每个站点达到下一站点的额定悬浮间隙的设定依次类推。

图7是单电磁铁控制方法的悬浮控制系统结构示意图。悬浮控制系统由悬浮传感器组A₁、悬浮斩波器A、悬浮控制器A、悬浮传感器组B₁、悬浮斩波器B、悬浮控制器B、悬浮传感器组C₁、悬浮斩波器C、悬浮控制器C、悬浮传感器组D₁、悬浮斩波器D、悬浮控制器D、压力传感器和车载总控系统组成。四组悬浮传感器A₁、B₁、C₁、D₁各包括一个加速度传感器、一个间隙传感器和一个电流传感器。A、B、C、D四个加速度传感器分别测量四个车载悬浮装置的竖直运动加速度；A、B、C、D四个间隙传感器分别测量四个车载悬浮装置的悬浮间隙；A、B、C、D四个电流传感器分别套在四个悬浮斩波器的输出导线上，用于测量电磁调节模块a、b、c、d的悬浮电流。悬浮传感器组A₁将车载悬浮装置A的悬浮间隙、悬浮电流和运动加速度以模拟信号的形式通过电缆传输给悬浮控制器A,悬浮控制器A根据悬浮传感器组A₁的的悬浮状态和车载总控系统的复位(RESET)、额定悬浮间隙(RSC)指令计算出控制量A,将控制量A输出到悬浮斩波器A,控制电磁调节模块a的电流大小，从而控制车载悬浮装置A的悬浮力大小，使得车载悬浮装置A在额定悬浮间隙悬浮；悬浮传感器组B₁将车载悬浮装置B的悬浮间隙、悬浮电流和运动加速度以模拟信号的形式通过电缆传输给悬浮控制器B,悬浮控制器B根据悬浮传感器组B₁的的悬浮状态和车载总控系统的复位(RESET)、额定悬浮间隙(RSC)指令计算出控制量B,将控制量B输出到悬浮斩波器B,控制电磁调节模块b的电流大小，从而控制车载悬浮装置B的悬浮力大小，使得车载悬浮装置B在额定悬浮间隙悬浮；悬浮传感器组C₁将车载悬浮装置C的悬浮间隙、悬浮电流和运动加速度以模拟信号的形式通过电缆传输给悬浮控制器C,悬浮控制器C根据悬浮传感器组C₁的的悬浮状态和车载总控系统的复位(RESET)、额定悬浮间隙(RSC)指令计算出控制量C,将控制量C输出到悬浮斩波器C,控制电磁调节模块c的电流大小，从而控制车载悬浮装置C的悬浮力大小，使得车载悬浮装置C在额定悬浮间隙悬浮；悬浮传感器组D₁将车载悬浮装置D的悬浮间隙、悬浮电流和运动加速度以模拟信号的形式通过电缆传输给悬浮控制器D,悬浮控制器D根据悬浮传感器组D₁的的悬浮状态和车载总控系统的复位(RESET)、额定悬浮间隙(RSC)指令计算出控制量D,将控制量D输出到悬浮斩波器D,控制电磁调节模块d的电流大小，从而控制车载悬浮装置D的悬浮力大小，使得车载悬浮装置D在额定悬浮间隙悬浮。悬浮控制器A、B、C、D通过CAN总线将悬浮状态实时发送给车载总控系统，车载总控系统发现悬浮状态异常时会采取相关的应急措施。当列车每到一个站上下完乘客后，车载总控系统将根据载重通过电缆向A、B、C、D四个悬浮控制器发送额定悬浮间隙信号。

悬浮控制系统包括车载压力传感器和基于鲁棒控制的悬浮走行系统，针对轿厢姿态失衡，通过精度弹簧对轿厢与悬挂点的间隙大小进行一次实时调节，再通过传感器对轿厢与悬挂点的间隙大小的数据采集来判断轿厢姿态角，生成控制补偿信号，进而调整电磁悬浮力进行二次协同控制达到轿厢姿态控制。

如图8所示，本发明悬浮控制方法具体控制步骤如下：

步骤一：悬浮控制：轿厢门打开，乘客和及其携带的物品进入轿厢内，轿厢门关闭，悬浮控制系统感知当前轿厢重量，通过控制线圈电流达到调整线圈磁力，实现各个悬浮点的稳定悬浮控制，另外，结合各个悬浮点的输出参数，轿厢总控制系统及时调整输出各个悬浮点的输入补偿，保证转向架的多点协同悬浮控制，每个悬浮点均处于非接触的悬浮状态。

在乘客进入轿厢的同时，悬浮系统由轿厢设置的压力传感器提供的压力变化实时监测判断，及时切换悬浮控制安全高度，在此，混合悬浮结构里面的永磁体提供主要磁力，即在正常载客情况下的轿厢完全由永磁体提供悬浮力；电磁调节装置负责增加阻尼、消除震动，达到悬浮间隙的稳定；悬浮间隙设置为一段范围的安全间隙，轿厢平稳运行则由永磁体提供悬浮力，包括空载和实载情况，而当轿厢压力传感器检测压力变化时，控制系统依据压力参数及时调节电磁绕组磁力抑制轿厢不稳定波动，促使轿厢快速恢复平稳悬浮状态，当轿厢在稳定悬浮状态，其侧绕组线圈不导电，实现零功率悬浮控制。

步骤二：驱动行进：由车载总控制系统提供压力传感器的数据参数，对电机的运行模态进行实时的切换，启动时，依据压力变化判断车辆负载选择电机的启动方式，依据轿厢速度和位置信息结合车载路况信息数据库，及时获取前方路况信息，及时调整轿厢行进速度，实现整体运行系统的速度控制；启动方式包括直接起动和降压起动，空载和小负载时，选择直接起动，大负载时，电机驱动切换到降压起动。

步骤三：导向控制：在轿厢行驶过程中，悬浮转向架的左右两侧与U形抱轨的左右两侧抱臂通过导向控制系统保持磁力，导向线圈结构依据导向位置的速度传感器检测的悬浮转向架的左右位移量数据参数，及时调整绕组线圈电流提供导向力，结合辅助导向轮实现悬浮转向架在左右方向上的稳定控制；

步骤四：测速定位控制：在轿厢行驶过程中，总控制系统依据轿厢位置和速度数据参数对相应地控制模块提供控制输出参数，总控制系统通过无线网络连接地面总控制室，实现车载与地面之间的信息交换，即时监测轿厢的位置和速度，控制速度，以及站点停靠速度调整；控制模块至少包括悬浮控制模块、导向控制模块和驱动控制模块；控制输出参数至少包括获取位置信息和获取前方距离爬坡或转弯的距离；信息交换至少包括轿厢运行状况和地面指令。

步骤五：制动：靠近站点位置轿厢行驶减速，达到与站点对齐时制动，确保乘客安全进出轿厢。

结合图9至图16，本发明的悬挂式磁悬浮列车包括轨道系统、悬挂系统、控制系统和轿厢系统，所述控制系统包括驱动系统、导向系统、悬浮控制系统，轨道系统通过立柱悬于空中，轿厢系统通过悬挂系统悬挂在轨道系统的垂直下方，驱动系统和导向系统协同作用，驱动轿厢系统在轨道系统中前进。

轨道系统包括天梁2和倒U形抱轨34，倒U形抱轨34的开口向下，顶部与天梁2固定，悬挂系统设置在倒U形抱轨34中，包括悬浮转向架9，导向系统设置于悬浮转向架9的左右两侧与倒U形抱轨34对应侧的抱臂27内侧之间，悬浮转向架9靠近左右两侧位置设置有向上伸出的台柱21，台柱21与倒U形抱轨34的抱臂27之间设置有通电卡5，通电卡5为整个系统提供电源支撑。

倒U形抱轨34的顶部左右两侧的拐角处与对应的台柱21外侧拐角之间均设置有交叉感应回线24，每个台柱21的顶部均设置有限高导轨4，倒U形抱轨34的顶部对应位置设置有轮轨3，轮轨3与限高导轨4上下垂直对应配套；倒U形抱轨34的下端朝向内侧弯曲，形成一个平台，该平台上设置有底座14、永磁体15和稳定体28，底座14平铺在平台上，永磁体15平铺在底座14上，稳定体28位于倒U形抱轨34的抱臂27与平台之间的转角处，连接U形抱轨的抱臂27、底座14和永磁体15；悬浮转向架9的底部朝向永磁体15的一侧设置有混合悬浮结构18，混合悬浮结构18包括中心永磁体16，中心永磁体16的左右两侧设置有绕组线圈17；混合悬浮结构18与对应的底座14上的永磁体15形成一个悬浮点33。

驱动系统设置在轨道系统内，包括靠近倒U形抱轨34顶部的电机，悬浮转向架9的顶部设置有升降架39，升降架39的上方设置有斜凹槽23，斜凹槽23的中心凹槽左右两侧对称相向倾斜，电机的长定子26固定在倒U形抱轨34的内侧顶部，电机的动子25永磁板置于斜凹槽23的中心凹槽内。

轿厢系统包括轿厢本体35和设置在轿厢本体35顶部设置有若干根轿厢吊杆13，轿厢吊杆13的顶端和底端均设置有吊杆13接扣10，通过吊杆13衔接悬浮转向架9与轿厢。立柱36的顶部朝向一侧弧形过渡形成形成水平的悬挂梁1，天梁2悬挂在悬挂梁1下方，立柱36的底部与地面接触，且通过固定螺栓37与地面固定。轿厢吊杆13之间设置有若干个空气弹簧12，空气弹簧12从悬浮转向架9的一侧倾斜链接到轿厢本体35的相对侧，悬浮转向架9的中间也设置空气弹簧12接扣11(机顶盒的前后各一个)，连接转向架和轿厢前后(行进方向为前)从轿厢吊杆13的顶端连接到另一个轿厢吊杆13的底端；轿厢本体35的顶部设置有轿厢机顶盒，轿厢机顶盒通过机顶盒控件固定在轿厢本体35的顶部，轿厢机顶盒设置有若干个空气弹簧12，该空气弹簧12沿轿厢本体35前进方向倾斜，且其上端通过空气弹簧12接扣11与悬浮转向架9连接。

导向系统包括导向机械结构和辅助导向结构，导向机械结构设置有轿厢吊挂接扣30，吊杆13接扣10与轿厢吊挂接扣30连接，导向机械结构包括一组或两组三角形悬挂构架29，当为一组三角形悬挂构架29时，三角形悬挂构架29沿轨道延伸方向布置，三角形悬挂构架29的每个顶点均设置有球绞结构31，在三角形悬挂构架29的两端设置有与轨道延伸方向垂直的横梁32，三角形悬挂构架29通过与横梁32的中心或者两侧连接，每个横梁32的两端均位于悬浮点33上方；每个悬浮点通过承力扣19与悬浮转向架9连接。当三角形悬挂构架29有两组时，三角形悬挂构架29的一个短边相对布置，且沿轨道延伸方向布置，三角形悬挂构架29的每个顶点均设置有球绞结构31，在三角形悬挂构架29的两端设置有与轨道延伸方向垂直的水平布置的横梁32，三角形悬挂构架29相对布置的短边公用一个横梁32，三角形悬挂构架29通过与横梁32的中心或者两侧连接，每个横梁32的两端均位于悬浮点33上方；辅助导向结构位于悬浮转向架9的左右两侧与对应的倒U形抱轨34的左右两侧抱臂27内侧之间，包括电磁导向结构20和机械导向结构，电磁导向结构20包括设置在悬浮转向架9两侧的导向绕组线圈22和设置在抱臂27内侧的导磁板7，所述导向绕组线圈22和导磁板7相对设置，机械导向结构包括设置在悬浮转向架9两侧的导向调整轮8和设置在抱臂27内侧的侧部轮轨6，导向调整轮8和侧部轮轨6相对设置，导向调整轮8和侧部轮轨6有两组，分别位于对应的导向绕组线圈22和导磁板7的上下两侧。

为了具体阐述该本发明的具体实施方式，以上零部件及设备存在较为详细地描述，但并不代表本产品的具体化。在上述包括：直线电机感应板、导电线，导向结构的选用，系统控制器及车载设备等均可根据具体营运环境、场合等选取较为合理地具体方案。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (2)

1.一种悬挂式磁悬浮列车的悬浮控制方法，所述悬挂式磁悬浮列车包括轨道系统、悬挂系统、控制系统和轿厢系统，所述控制系统包括驱动系统、导向系统、悬浮控制系统，轨道系统通过立柱悬于空中，轿厢系统通过悬挂系统悬挂在轨道系统的垂直下方，驱动系统和导向系统协同作用，驱动轿厢系统在轨道系统中前进，车载悬浮装置的中间部分为永磁模块，永磁模块两边为电磁调节模块，两个电磁调节模块通过串联连接，每节悬挂车厢有一个悬浮架，每个悬浮架的A、B、C、D四个位置各安装一个车载悬浮装置，其特征在于，该方法具体控制步骤如下：

步骤一：悬浮控制：轿厢门打开，乘客和及其携带的物品进入轿厢内，轿厢门关闭，悬浮控制系统感知当前轿厢重量，通过控制线圈电流达到调整线圈磁力，实现各个悬浮点的稳定悬浮控制，结合各个悬浮点的输出参数，车载总控制系统及时调整输出各个悬浮点的输入补偿，保证转向架的多点协同悬浮控制，每个悬浮点均处于非接触的悬浮状态；在乘客进入轿厢的同时，悬浮控制系统由压力传感器提供的压力变化实时监测判断，切换悬浮控制安全高度，当轿厢压力传感器检测压力变化时，控制系统依据压力参数及时调节电磁绕组磁力抑制轿厢不稳定波动，当轿厢在稳定悬浮状态，其侧绕组线圈不导电；

步骤二：驱动行进：由车载总控制系统提供压力传感器的数据参数，对电机的运行模态进行实时的切换，启动时，依据压力变化判断车辆负载选择电机的启动方式，依据轿厢速度和位置信息结合车载路况信息数据库，获取前方路况信息，调整轿厢行进速度；启动方式包括直接起动和降压起动：空载和小负载时，选择直接起动；大负载时，电机驱动切换到降压起动；

步骤三：导向控制：在轿厢行驶过程中，悬浮转向架的左右两侧与U形抱轨的左右两侧抱臂通过导向控制系统保持磁力，导向线圈结构依据导向位置的速度传感器检测的悬浮转向架的左右位移量数据参数，调整绕组线圈电流提供导向力，结合辅助导向轮实现悬浮转向架在左右方向上的稳定控制；

步骤四：测速定位控制：在轿厢行驶过程中，车载总控制系统依据轿厢位置和速度数据参数对相应地控制模块提供控制输出参数，车载总控制系统通过无线网络连接地面总控制室，完成车载与地面之间的信息交换、监测轿厢的位置和速度、控制速度，以及站点停靠速度调整；控制输出参数至少包括获取位置信息和获取前方距离爬坡或转弯的距离；信息交换至少包括轿厢运行状况和地面指令；

步骤五：制动：靠近站点位置轿厢行驶减速，达到与站点对齐时制动。

2.如权利要求1所述的悬挂式磁悬浮列车的悬浮控制方法，其特征在于，步骤一中，悬浮控制系统包括多个悬浮控制器和多个悬浮传感器组，多点协同悬浮控制具体方式为:

悬浮控制器通过悬浮传感器组获得车载悬浮装置的悬浮间隙、悬浮电流和加速度,通过悬浮控制算法得到电磁调节模块的控制量：

PWM＝p₁(s-s₀)+p₂∫(s-s₀)dt+p₃∫adt+p₄i

其中，s为车载悬浮装置的悬浮间隙，i为车载悬浮装置的悬浮电流，a为车载悬浮装置的加速度，p₁为比例系数，p₂为间隙积分反馈系数，p₃为微分系数，p₄为电流环比例系数。

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