CN109855675A - 磁浮列车测速系统及用于磁浮列车的数据检测系统 - Google Patents

Abstract

一种磁浮列车测速系统，长定子供电区间包括至少两个区间段，系统包括：信标读取装置，其设置在长定子供电区间的第一区间段，用于通过读取磁浮列车的列车信标获取磁浮列车的速度信息。本系统在区间头段和区间尾段采用读取列车信标的方式来获取磁浮列车的速度信息和绝对位置信息，在区间中段则根据牵引变电站的输出相电压来确定磁浮列车的速度信息和绝对位置信息。因此，对于本系统来说，区间中段并不需要配置信标读取装置，这样有助于减少磁浮列车检测装置的使用数量，从而降低系统的建设成本。

Description

磁浮列车测速系统及用于磁浮列车的数据检测系统

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，具体地说，涉及用于一种磁浮列车测速系统及磁浮列车的数据检测系统。

背景技术

磁浮列车运行时车身悬浮在轨道上，列车与轨道之间除了供电轨外无机械接触，因此，传统的基于机械接触的测速定位方法对于磁浮列车并不适用。

现有技术中存在一种基于计数轨枕的磁浮列车测速定位方法，该方法通过测量磁浮列车通过已知距离的轨枕的时间来计算磁浮列车的当前速度，并通过计数通过的轨枕数来实现列车定位。

然而，现有的这种磁浮列车测速定位方法得到的结果误差过大，不能满足磁浮列车控制的要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种磁浮列车测速系统，长定子供电区间包括至少两个区间段，所述系统包括：

信标读取装置，其设置在所述长定子供电区间的第一区间段，用于通过读取磁浮列车的列车信标获取所述磁浮列车的速度信息。

根据本发明的一个实施例，所述系统还包括：

相电压采集装置，其设置在牵引变电站，用于采集所述牵引变电站的输出相电压；

地面数据处理装置，其与所述信标读取装置和相电压采集装置连接，用于根据所述输出相电压确定所述磁浮列车在所述长定子供电区间的第二区间段的速度信息，并接收所述信标读取装置生成的所述磁浮列车在所述第一区间段的速度信息，得到所述磁浮列车在所述长定子供电区间内的速度信息。

根据本发明的一个实施例，所述地面数据处理装置配置为根据如下表达式确定所述磁浮列车在所述第二区间段的速度信息：

其中，U_s表示输出相电压，v表示磁浮列车的速度，τ_ps表示定子极距，L_q表示q轴电感，L_c表示供电段漏感，L_k表示馈电电缆漏感，i表示定子电流，R_s表示耦合区定子电阻，R_c表示供电段定子电阻，L_k表示馈电电缆电阻，M_sm表示定子绕组与励磁绕组互感，i_fd表示励磁电流。

根据本发明的一个实施例，所述地面数据处理装置还配置为根据所述磁浮列车在第二区间段的速度信息和行驶时间信息，确定所述磁浮列车在所述第二区间段的绝对位置信息。

根据本发明的一个实施例，所述信标读取装置还配置为通过读取磁浮列车的列车信标生成所述磁浮列车在第一区间段的绝对位置信息，所述地面数据处理装置配置为结合所述磁浮列车在第一区间段的绝对位置信息和第二区间段的绝对位置信息，得到所述磁浮列车在所述长定子供电区间内的绝对位置信息。

根据本发明的一个实施例，所述长定子供电区间还包括第三区间段，所述第二区间段位于所述第一区间段和第三区间段之间，所述第三区间段内同样设置有信标读取装置。

根据本发明的一个实施例，所述第一区间段和/或第三区间段内设置有多个信标读取装置。

根据本发明的一个实施例，所述信标读取装置与地面数据处理装置之间和/或所述相电压采集装置与地面数据处理装置之间采用有线数据传输方式进行数据传输。

本发明还提供了一种用于磁浮列车的数据检测系统，所述数据检测系统包括如上任一项所述的磁浮列车测速系统。

根据本发明的一个实施例，磁浮列车设置有列车信标，所述列车信标的各个信标点的编码信息是唯一的，所述数据处理模块还配置为根据所读取到的所述列车信标中信标点的编码信息确定所述磁浮列车的绝对位置信息。

本发明所提供的数据检测系统将长定子供电区间分为了多个区间段，其中，在区间头段和区间尾段采用读取列车信标的方式来获取磁浮列车的速度信息和绝对位置信息，在区间中段则根据牵引变电站的输出相电压来确定磁浮列车的速度信息和绝对位置信息。因此，对于本发明所提供的数据检测系统来说，区间中段并不需要配置信标读取装置，这样有助于减少磁浮列车检测装置的使用数量，从而降低系统的建设成本。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1和图2是现有的磁浮列车测速定位系统的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的磁浮列车测速系统的结构示意图；

图4是根据本发明一个实施例的信标读取装置的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。

现有高速磁浮铁路系统通常以同步直线电机来牵引和制动，其中，带铁芯的长定子绕组安装在轨道线路上，转子安装在车辆上。由于长定子比较长(长定子沿线路一直铺设)，因此从工艺上考虑，如图1和图2所示，现有技术中通常把定子槽型设计成矩形开口槽，其中，齿、槽均匀分布。

根据长定子铁芯的上述结构特点，现有的高速磁浮列车的测速定位系统可以采用对长定子直线同步电机定子齿槽进行计数的方案来实现对磁浮列车的测速定位。具体地，这种测速定位系统可以将安装在线路上的长定子铁芯作为参照物，利用安装在列车上的非接触式传感器201对列车经过的定子齿槽数进行检测，从而累加计算出列车行驶的速度和距离。

此外，由于每隔一段距离轨道上设置一个定位标志板，该定位标志板在整个线路上具有唯一性，因此测速定位系统也就可以通过列车上的信标读取装置来读取定位标志板的地址编码信息，以此来对本列车的速度和绝对位置进行修正。

非接触式传感器201所测量得到的脉冲信号经过信号处理电路202后传输至列车上的速度监控主机203，速度监控主机203会综合各非接触式传感器201的脉冲信号，通过一定的算法计算得到列车的综合速度及绝对位置信息。速度监控主机203可以通过无线网络将得到的列车的综合速度和绝对位置信息传输到高速磁浮铁路系统沿线架设的无线基站，各无线基站与各地面牵引变电站之间通过高速控制网进行实时通信，最终实现整个高速磁浮铁路系统牵引供电的速度及绝对位置的闭环控制。

多个地面牵引变电站之间要实现并网供电，这对列车速度信号及绝对位置信息要求的实时性非常高。但目前通过列车上速度监控主机获取的列车速度及绝对位置利用无线网络传输至地面所产生的传输延时较大，难以满足各地面牵引变电站对速度及绝对位置进行闭环控制的实时性要求。

同时，现有系统通过无线传输牵引系统关键控制参量(速度信号及绝对位置信息)，因无线信号易受到干扰，因此现有系统存在数据丢失、传输延时和非法入侵等多种缺陷，这对高速行驶的高速磁浮列车存在较大的安全隐患。

针对现有技术中所存在的上述问题，本实施例提供了一种新的磁浮列车测速系统以及应用该磁浮列车测速系统进行磁浮列车车速测量的数据检测系统。该数据检测系统包括设置于磁浮列车上的列车信标以及磁浮列车测速系统。

图3示出了本实施例中该磁浮列车测速系统的结构示意图。

如图3所示，本实施例中，该磁浮列车测速系统优选地包括：信标读取装置301、相电压采集装置302以及地面数据处理装置303。其中，信标读取装置301能够通过读取磁浮列车的列车信标来确定磁浮列车的速度信息。本实施例中，信标读取装置301还可以根据所读取到的列车信标来确定出磁浮列车的绝对位置信息。

如图4所示，本实施例中，信标读取装置301优选地包括信标读取电路401和数据处理电路402。信标读取电路401用于在磁浮列车驶过时读取列车信标并生成相应的列车信标信号。数据处理电路402与信标读取电路401连接，其能够根据信标读取电路401所传输来的列车信标信号确定磁浮列车的速度信息。

需要指出的是，在本发明的不同实施例中，信标读取电路401与列车信标之间的信号读取可以采用诸如射频设别(RFID)、交叉感应回线或是光栅等方式来实现，以通过非接触方式读取磁浮列车的列车信号，本发明不限于此。

本实施例中，磁浮列车的列车信标的各个信标点均具有唯一的编码信息，这样信标读取电路401所读取并生成的列车信标信号也就是唯一的。数据处理电路402与信标读取电路401连接，其能够根据所接收到的列车信标信号来确定磁浮列车的绝对位置信息，进而确定处磁浮列车的速度信息。具体地，本实施例中，各个信标点之间的间距是已知的，数据处理电路402可以根据读取到信标点的编码信息来确定出磁浮列车驶过的距离以及驶过该距离所耗费的时间，进而计算得到的磁浮列车的速度信息。

由于列车的列车信标的各个信标点均具有唯一的编码信息，同时本实施例中各个读取装置的位置是固定不变的，因此数据处理电路402同样可以根据所读取的列车新标点的编码信息来确定出当前驶过的信标点，进而确定出磁浮列车的绝对位置信息。

本实施例中，磁浮列车的长定子供电区间优选地包括至少两个区间段。具体地，如图3所示，本实施例中，磁浮列车的长定子供电区间包括三个区间段，即第一区间段、第二区间段和第三区间段。其中，第二区间段位于第一区间段和第三区间段之间，即对于某一长定子供电区间来说，第一区间段和第三区间段为区间头端和区间尾段，第二区间段为区间中段。

本实施例中，上述信标读取装置优选地设置在第一区间段和第三区间段。其中，第一区间段和第三区间段中所设置的信标读取装置的数量可以为多个。具体地，本实施例中，对于第一区间段和第三区间段来说，在一列磁浮列车长度覆盖轨道范围内优选地等间距地设置三个信标读取装置，这样有助于提高磁浮列车的速度信息以及绝对位置信息获取的冗余性，从而提高系统的可靠性。

当然，在本发明的其它实施例中，在一列磁浮列车长度覆盖轨道范围内所设置的信标读取装置的数量还可以为其它合理数量，本发明不限于此。

本实施例中，相电压采集装置302与地面数据处理装置303连接。其中，相电压采集装置302设置在牵引变电站，其能够采集牵引变电站的输出相电压，并将上述输出相电压传输至地面数据处理装置303，以由地面数据处理装置303来根据输出相电压确定出磁浮列车在第二区间段内的车速信息，进而根据磁浮列车在第二区间段内的车速信息确定磁浮列车的绝对位置信息。

具体地，本实施例中，地面数据处理装置303优选地根据如下表达式来计算磁浮列车在第二区间段内的车速信息：

其中，U_s表示输出相电压，v表示磁浮列车的速度，τ_ps表示定子极距，L_q表示q轴电感，L_c表示供电段漏感，L_k表示馈电电缆漏感，i表示定子电流，R_s表示耦合区定子电阻，R_c表示供电段定子电阻，L_k表示馈电电缆电阻，M_sm表示定子绕组与励磁绕组互感，i_fd表示励磁电流。

在得到磁浮列车在第二区间段内的速度信息后，地面数据处理装置303还可以根据该速度信息以及行驶时间信息来确定出磁浮列车在第二区间段内的绝对位置信息。

具体地，本实施例中，地面数据处理装置303优选地基于信标读取装置最后一次获取到的列车位置信息，根据磁浮列车的车速信息以及行驶时间，来确定磁浮列车在第二区间段内的绝对位置信息。

当然，在本发明的其它实施例中，地面数据处理装置303还可以采用其它合理方式来确定磁浮列车在第二区间段内的车速信息和绝对位置信息，本发明不限于此。

利用磁浮列车在第二区间段内的车速信息和绝对位置信息，地面控制系统可以更好地实现磁浮列车在该区间段内运行时牵引供电系统的闭环控制。

磁浮列车数据检测系统确定磁浮列车在第三区间段内的车速信息和绝对位置信息的具体原理以及具体过程与确定磁浮列车在第一区间段内的车速信息和绝对位置信息的具体原理和过程相同，故在此不再对该部分内容进行赘述。

由此可以看出，地面数据处理装置303可以得到各个区间段内的磁浮列车的车速信息和绝对位置信息，这样也就可以得到磁浮列车在长定子供电区间内的车速信息和绝对位置信息，从而实现对磁浮列车的测速和定位。根据磁浮列车在长定子供电区间内的车速信息和绝对位置信息，地面控制系统也就可以避免其它列车进入本长定子供电区间，同时还能够利用各个区间段内的车速信息和绝度位置信息来实现区间闭塞保证整个高速磁浮铁路系统的安全运行。

本实施例中，地面数据处理装置优选地配置在牵引变电站中，信标读取装置和/或相电压采集装置302优选地通过有线数据传输的方式(例如基于光纤通信的高速控制网等)来与地面数据处理装置303之间进行数据传输。当然，在本发明的其它实施例中，地面数据处理装置还可以配置在其它合理位置，本发明不限于此。

从上述描述中可以看出，本实施例所提供的数据检测系统在区间头段和区间尾段采用读取列车信标的方式来获取磁浮列车的速度信息和绝对位置信息，在区间中段则根据牵引变电站的输出相电压来确定磁浮列车的速度信息和绝对位置信息。因此，对于本实施例所提供的数据检测系统来说，区间中段并不需要配置信标读取装置，这样有助于减少磁浮列车检测装置的使用数量，从而降低系统的建设成本。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构或处理步骤，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。

Claims (10)

1.一种磁浮列车测速系统，其特征在于，长定子供电区间包括至少两个区间段，所述系统包括：

信标读取装置，其设置在所述长定子供电区间的第一区间段，用于通过读取磁浮列车的列车信标获取所述磁浮列车的速度信息。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

相电压采集装置，其设置在牵引变电站，用于采集所述牵引变电站的输出相电压；

地面数据处理装置，其与所述信标读取装置和相电压采集装置连接，用于根据所述输出相电压确定所述磁浮列车在所述长定子供电区间的第二区间段的速度信息，并接收所述信标读取装置生成的所述磁浮列车在所述第一区间段的速度信息，得到所述磁浮列车在所述长定子供电区间内的速度信息。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述地面数据处理装置配置为根据如下表达式确定所述磁浮列车在所述第二区间段的速度信息：

其中，U_s表示输出相电压，v表示磁浮列车的速度，τ_ps表示定子极距，L_q表示q轴电感，L_c表示供电段漏感，L_k表示馈电电缆漏感，i表示定子电流，R_s表示耦合区定子电阻，R_c表示供电段定子电阻，L_k表示馈电电缆电阻，M_sm表示定子绕组与励磁绕组互感，i_fd表示励磁电流。

4.如权利要求3或4所述的系统，其特征在于，所述地面数据处理装置还配置为根据所述磁浮列车在第二区间段的速度信息和行驶时间信息，确定所述磁浮列车在所述第二区间段的绝对位置信息。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述信标读取装置还配置为通过读取磁浮列车的列车信标生成所述磁浮列车在第一区间段的绝对位置信息，所述地面数据处理装置配置为结合所述磁浮列车在第一区间段的绝对位置信息和第二区间段的绝对位置信息，得到所述磁浮列车在所述长定子供电区间内的绝对位置信息。

6.如权利要求2～5中任一项所述的系统，其特征在于，所述长定子供电区间还包括第三区间段，所述第二区间段位于所述第一区间段和第三区间段之间，所述第三区间段内同样设置有信标读取装置。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第一区间段和/或第三区间段内设置有多个信标读取装置。

8.如权利要求2～7中任一项所述的系统，其特征在于，所述信标读取装置与地面数据处理装置之间和/或所述相电压采集装置与地面数据处理装置之间采用有线数据传输方式进行数据传输。

9.一种用于磁浮列车的数据检测系统，其特征在于，所述数据检测系统包括如权利要求1～8中任一项所述的磁浮列车测速系统。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，磁浮列车设置有列车信标，所述列车信标的各个信标点的编码信息是唯一的，所述数据处理模块还配置为根据所读取到的所述列车信标中信标点的编码信息确定所述磁浮列车的绝对位置信息。