CN110779743B - 基于车载悬浮控制器的磁浮列车轨排监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于车载悬浮控制器的磁浮列车轨排状况监测方法，完全嵌入在磁浮列车悬浮控制器中，根据磁浮列车自身配置的传感器获得悬浮间隙、电磁铁垂向加速度、电磁铁电流信息，利用实时估计方法估计出悬浮单元所处位置的轨排垂向位移，然后采用自适应辨识器实时估计轨排的动力学参数，由此构建出轨排的动力学模型传递函数，得出轨排的模态频率、阻尼系数、柔度系数等刻画轨排结构状况的关键参数。这些参数既可以作为悬浮系统自适应振动控制算法的参考输入，又可以为轨排的日常监测和维护提供参考。相比现有技术，该方法无需专用的轨检设备，也不依赖轨排振动幅值检测，具有结构简单、成本低廉、应用范围广且检测准确的优点。

Description

基于车载悬浮控制器的磁浮列车轨排监测方法

技术领域

本发明涉及轨道交通的轨道检测技术领域，特别是涉及一种基于车载悬浮控制器的磁浮列车轨排监测方法。

背景技术

电磁吸力型磁浮列车通过通电的电磁铁产生磁场吸引轨道来产生悬浮力，然而这种悬浮力的大小与电磁铁和轨道之间的距离成平方反比关系，因而使得吸力型悬浮结构自身是不稳定的，需要外加主动控制来实时调节电磁铁的电流方能使悬浮系统稳定工作。然而这种主动控制的引入使得磁浮车的悬浮系统和轨道之间的耦合问题变得复杂，当轨道的刚度不足、或者出现结构松动、部件疲劳等问题时，易引发电磁铁和轨道之间的耦合振动问题。在实际运营的中低速磁浮线路中发现，由轨排的支撑结构松动、部件老化等原因容易引发高频自激振动问题，而这种振动又会加剧轨排结构的松动、甚至引发螺栓断裂等故障，影响行车安全。因此，对轨排结构的监测是商业磁浮线路维护中的重要内容。然而，当前的轨道检测设备多以轨道几何不平顺为检测对象，无法检测螺栓松动及可能引发轨排自激振动的潜在因素。

中国专利CN201810763591.6公开了一种带定位功能的中低速磁浮F型轨道检测仪，该检测仪由支架单元、滑动单元、测量单元、定位和数据传输单元构成，是一种独立的轨道检测设备，用于检测磁浮轨排中左右两侧的F型钢轨的几何形状。但是这种方法仅对F型钢轨的几何平顺度进行检测，无法检测螺栓松动以及由此可能引发的振动等涉及轨排状况的隐性问题。中国专利CN201610548735.7公开了一种基于四传感器的中低速磁浮轨道不平顺检测方法，该方法在悬浮架沿轨道运动方向上设置四个间隙传感器，通过四个间隙测点拟合直线，再根据四个间隙测点与第一拟合直线的偏差获取所处位置的四点直线度。这种方法可以在磁浮车的悬浮架上实现，但其同样只能检测轨道的直线度、错台、折角等几何不平顺参数。中国专利CN201811253700.6公开了一种用于中低速磁浮列车的轨排振动检测装置，该装置包括设于中低速磁浮列车上的车载机箱、嵌设于中低速磁浮列车的悬浮控制器中的轨道检测模块、以及设于悬浮控制器和车载机箱的第一和第二通信模块，用来检测轨排安装误差以及高频振动，并对超差或振动轨排进行定位，以指导轨排维护和保障行车安全。但该装置需要在磁浮车的电器柜中设置专用的车载机箱，其检测需要在磁浮车和轨排发生显著的耦合振动时才能对振动频率和悬浮电磁铁加速度幅值进行估计，而振动的幅值同悬浮控制器的控制参数依赖度很大，且加速度幅值的估计易受车辆行进时电磁铁的正常波动、传感器噪声干扰的影响。

故此，如何研发一种结构简单、易于实现、节约能源且适用范围广的基于车载悬浮控制器的磁浮列车轨排监测方法，成了本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种基于车载悬浮控制器的磁浮列车轨排监测方法，该方法完全不依赖轨排振动幅值检测，具有结构简单、成本低廉、应用范围广且检测准确的优点。

一方面，本发明提供了一种基于车载悬浮控制器的磁浮列车轨排监测方法，包括如下步骤：

S100、根据磁浮列车自身配置的悬浮传感器采集电磁铁和轨排之间的悬浮间隙、电磁铁垂向加速度以及通过电流传感器采集电磁铁电流信息；

S200、利用实时估计方法估计出悬浮单元所处位置的轨排垂向位移和悬浮力；

S300、采用自适应辨识器实时估计轨排的动力学参数，并构建轨排的动力学模型传递函数，得出用于刻画轨排结构状况的关键参数；

S400、通过所述关键参数对磁浮列车轨排进行日常监测和维护。

进一步地，所述步骤S200中轨排垂向位移通过如下公式进行估计：

式中，

为估计得到的轨排垂向位移，x₁、x₂、x₃和x₄均为状态变量，

和

分别为状态变量x₁、x₂、x₃和x₄的一阶导数，σ₁为采集的加速度和间隙数据低频特征参数，σ₂为采集的加速度和悬浮间隙数据高频特征参数，δ₁为电磁铁和轨排之间的间隙，c₁为电磁铁的垂向加速度。

进一步地，所述步骤S200中悬浮单元的悬浮力的表达公式如下：

式中，i₁表示悬浮电磁铁的电流，i₁₀表示悬浮单元的稳态悬浮电流，z₀是稳态悬浮间隙，k_f和k_z是与悬浮系统的悬浮间隙、电磁铁尺寸相关的参数，可取稳态悬浮间隙情况下的标称值，其中：

式中，A是电磁铁的磁极面积，N是电磁铁的线圈匝数，μ₀是空气磁导率。

进一步地，所述步骤S300采用自适应辨识器实时估计轨排的动力学参数，并构建轨排的动力学模型传递函数，得出用于刻画轨排结构状况的关键参数，具体表现为：

S301、更新观测向量：

式中，

表示第n步的观测向量，上标T为向量的转置，

表示悬浮单元第n步的悬浮力、

表示悬浮单元第n–1步的悬浮力、

表示悬浮单元第n–2步的悬浮力，

表示轨排第n–1步估计得到的垂向位移、

表示轨排第n–2步估计得到的垂向位移，n表示当前迭代的步数，可取任意一个整数；

S302、更新增益向量：

式中，K(n)是5×1的增益向量，P(n-1)是第n-1步的误差协方差矩阵，γ是遗忘因子，取0.9<γ<1；

S303、更新状态估计向量：

式中，

为第n+1步的状态估计向量，

为第n步的状态估计向量，K(n+1)是5×1的增益向量，

表示轨排第n步估计得到的电磁铁垂向位移；

S304、更新协方差矩阵：

式中，P(n+1)是第n+1步的误差协方差矩阵，P(n)是第n步的误差协方差矩阵，I是5×5的单位矩阵，

表示第n+1步的观测向量，上标T为向量的转置；

S305，得到轨排的模型传递函数的实时估计参数：

式中，

表示估计的模型传递函数，

和

分别表示状态估计向量

的第1个、第2个、第3个、第4个、第5个分量。

进一步地，所述轨排的关键参数包括模态频率、阻尼系数和柔度系数。

进一步地，所述步骤S100之前还包括如下步骤：

S00A、变量初始化：创建初始观测向量

状态估计向量

以及估计误差协方差矩阵P(0)，其中

P(0)为5×5的矩阵，且矩阵P(0)的元素初始值取较大的值。

进一步地，所述步骤S00A和步骤S100之间还包括如下步骤：

S00B、判断悬浮系统的悬浮状态：若悬浮系统处于悬浮状态，则进入步骤S100，否则，停止磁浮列车轨排监测流程。

进一步地，所述磁浮列车轨排检测结果包括如下类别：

对于辨识出的轨排的模型传递函数的幅频特性峰值超出设定的第一阈值，则判断轨排在该位置的柔度系数较大，存在支撑不良情况，用于提示该处轨排需要进一步进行维护保养；

对于辨识出的轨排的模型传递函数的幅频特性峰值对应的频率小于设定的第二阈值，且幅频特性峰值对应的阻尼系数小于第三阈值，则判断该轨排存在螺栓松动、支撑刚度下降等问题，用于提示该处轨排需要进一步进行维护保养；

进一步地，得到的轨排实时估计参数同时还可以作为悬浮控制自适应振动控制算法的参考输入，以提高悬浮控制性能。

本发明提供的基于车载悬浮控制器的磁浮列车轨排监测方法，相比现有技术，不依赖轨排振动幅值检测，可以完全嵌入在磁浮列车悬浮控制器中，并根据磁浮列车自身配置的传感器获得悬浮间隙、电磁铁垂向加速度、电磁铁电流信息，利用实时估计方法估计出悬浮单元所处位置的轨排垂向位移，然后采用自适应辨识器实时估计轨排的动力学参数，由此构建出轨排的动力学模型传递函数，得出轨排的模态频率、阻尼系数、柔度系数等刻画轨排结构状况的关键参数，这些参数的获得既可以作为悬浮系统自适应振动控制算法的参考输入，又可以为轨排的日常监测和维护提供参考，具有结构简单、成本低廉、应用范围广且检测准确的优点。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为简化的悬浮模块和轨排结构关系示意图；

图2为轨排、悬浮系统构成的闭环耦合系统；

图3为轨排、悬浮系统构成的闭环耦合系统简化框图；

图4为本发明一实施例提供的基于车载悬浮控制器的磁浮列车轨排监测方法的流程图；

图5为中低速磁浮轨排结构；

图6为图5所示轨排单侧F轨的模态振型；

图7为图5所示轨排振动发生时两个悬浮单元的悬浮间隙曲线图；

图8为图5所示轨排参数辨识过程；

图9为设定的轨排模型的频率响应特性图；

图10为采用本发明的估计方法得到的轨排频率响应特性图。

附图标记说明

1-轨排 2-电磁铁

3-第一悬浮传感器 4-第二悬浮传感器

5-第一控制器 6-第二控制器

11-F轨 12-轨枕。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为更好地理解本发明，在阐述本发明基于车载悬浮控制器的磁浮列车轨排监测方法的具体流程之前，先对本发明的基本原理展开论述：

图1为磁浮列车悬浮电磁铁和轨排的典型结构关系示意图。图中只画出了一个悬浮模块(包含左右两个悬浮单元)的示意图，为了清晰起见，隐去了悬浮架上连接悬浮电磁铁的托臂、直线电机、空气弹簧、车体等部件。悬浮电磁铁位于轨排1的下方，在电磁铁2的端部分别安装有第一悬浮传感器3和第二悬浮传感器4用于测量电磁铁2距离轨排1的垂向距离，以及电磁铁2的垂向加速度，并将测量的上述信息分别反馈至第一控制器5和第二控制器6处。

构成轨排1的主要部件，如两侧的导轨、中间的轨枕、以及轨枕下面的支撑垫通常都是有弹性的，因此轨排1存在自身对应的模态振型和模态频率。对于轨排的第k阶模态振型来说，其受迫振动的响应可以表示为：

式中，q_k(t)是轨排的第k阶振动模态的广义位移，

为q_k(t)的一阶导数，

为q_k(t)的二阶导数，ζ_k为第k阶模态阻尼系数，ω_k表示第k阶模态频率，Q_k(t)是作用在该阶模态上的广义力，由作用在同一段轨排上的所有电磁力产生，M_k是该阶模态的广义质量，且

式中，ρ是轨排的线密度，φ_k(x)为轨排的k阶模态振型。

由于轨排的振动位移通常很小，因此可以认为作用在轨排上的电磁力是均布力，于是有

Q_k(t)＝α₁F₁(t)+α₂F₂(t)+…+α_mF_m(t) (3)

其中，α_m表示第m个电磁力对考察的轨段的广义力的贡献程度，其表达式为：

式中，x_m表示电磁力所处的起始位置，l_m表示电磁力所处的覆盖长度。

对于第m个悬浮控制单元来说，假定其悬浮传感器所处的位置为x_0m，则该处的轨排垂向位移可以表示为：

y_0m(t)＝q_k(t)β_m (5)

其中β_m＝φ_k(x_0m)，轨排振动产生的垂向变形位移会叠加在悬浮传感器的检测信号中，从而对悬浮控制系统产生激励，使得悬浮电磁力中包含振动激励的响应分量：

F_m(s)＝G_m(s)y_0m(s) (6)

式中，G_m(s)是第m个悬浮控制单元从轨排位移激励到电磁力输出的传递函数，s是拉普拉斯算子。在磁浮列车中，由于所有的悬浮控制器参数和电磁铁结构、标称悬浮间隙都是一样的，因此可以认为G₁(s)＝G₂(s)＝…＝G_m(s)。

而由式(1)可得在广义力作用下轨排第k阶模态的垂向位移响应：

q_k(s)＝H(s)F_k(s) (7)

其中

公式(5)～(8)表征的轨排、悬浮系统相互耦合组成一个闭环系统，具体如图2所示。

下面以第一个悬浮单元为例，介绍在磁浮列车上基于单个悬浮单元对轨排参数进行实时辨识的方法。在图2中，由于所有的悬浮单元的参数是一致的，因此可以将图中除第一个悬浮单元外的其它悬浮单元进行合并，得到图3所示的简化框图。图中

它们代表这些悬浮单元的电磁力综合起来的增益大小。

对于式(8)的表述的轨排二阶系统来说，其离散化的形式可以表示为

写成差分方程的形式，得

q_k(n)＝b₀Q_k(n)+b₁Q_k(n-1)+b₂Q_k(n-2)-a₁q_k(n-1)-a₂q_k(n-2) (10)

由式(3)、(5)，可得

y₀₁(n)＝α₁β₁b₀F₁(n)+α₁β₁b₁F₁(n-1)+α₁β₁b₂F₁(n-2)

+α₀β₀b₀F₀(n)+α₀β₀b₁F₀(n-1)+α₀β₀b₂F₀(n-2)-a₁y₀₁(n-1)-a₂y₀₁(n-2) (11)

由于α₀、β₀皆为实数，因此F₀和F₁的相位是相同的，仅幅值不同，因此可以把式(11)改写为

y₀₁(n)＝ηb₀F₁(n)+ηb₁F₁(n-1)+ηb₂F₁(n-2)-a₁y₀₁(n-1)-a₂y₀₁(n-2) (12)

式中，η＝α₀β₀+α₁β₁。

定义向量

θ＝[ηb₀ ηb₁ ηb₂ -a₁ -a₂]^T (14)

其中，上标T为向量的转置。则

式中，e(n)表示在实际的磁浮列车中因测量误差、噪声干扰等因素引起的综合误差，为不可测量。

利用式(15)就可以辨识出对应的系数，进而得到式(9)描述的轨排模型。需要指出的是，由于η是个未知的参数，其大小与作用在轨排上的所有悬浮单元所处的位置有关，因此该参数无法辨识。但是由式(15)辨识得到的结果与式(9)描述的轨排模型仅相差一个系数，不影响对轨排基本参数(如不稳定模态频率、模态阻尼系数等)的辨识。

有鉴于此，当磁浮列车处于悬浮状态时，选择其中的一台悬浮控制器，通过如下步骤进行基于车载悬浮控制器的磁浮列车轨排监测：

S000、实施准备，

S00A、变量初始化。创建初始观测向量

状态估计向量

以及估计误差协方差矩阵P(0)，其中

P(0)为5×5的矩阵，矩阵P(0)的元素初始值可以取较大的值，并设置遗忘因子γ，可取0.9<γ<1。

S00B、判断悬浮系统的悬浮状态：若悬浮系统处于悬浮状态，则进入步骤S100，否则，停止磁浮列车轨排监测流程。

S100、数据采集。通过磁浮列车自身配置的悬浮传感器采集电磁铁和轨排之间的悬浮间隙数据δ₁、悬浮电磁铁的垂向加速度a₁，以及通过电流传感器采集的电磁铁电流i₁；

S200、状态估计。通过采集到的数据利用实时估计该悬浮单元的轨排垂向位移

和悬浮力

式中，

为估计得到的轨排垂向位移，x₁、x₂、x₃和x₄均为状态变量，

和

分别为状态变量x₁、x₂、x₃和x₄的一阶导数，σ₁为采集的加速度和悬浮间隙数据低频特征参数，σ₂为采集的加速度和悬浮间隙数据高频特征参数，δ₁为电磁铁和轨排之间的间隙，c₁为悬浮电磁铁的垂向加速度，i₁表示悬浮电磁铁的电流，i₁₀表示悬浮单元的稳态悬浮电流，z₀是稳态悬浮间隙，k_f和k_z是与悬浮系统的悬浮间隙、电磁铁尺寸相关的参数，可取稳态悬浮间隙情况下的标称值，其中：

式中，A是电磁铁的磁极面积，N是电磁铁的线圈匝数，μ₀是空气磁导率。

需要说明的是，上述公式中，σ₁可选择远小于振动圆频率的正值，σ₂则应选择两倍于振动圆频率以上的值，μ₀＝4π×10^-7H/m。

S301、更新观测向量：

式中，

表示第n步的观测向量，上标T为向量的转置，

表示悬浮单元第n步的悬浮力、

表示悬浮单元第n–1步的悬浮力、

表示悬浮单元第n–2步的悬浮力，

表示轨排第n–1步的估计得到垂向位移、

表示轨排第n–2步估计得到的垂向位移，n表示当前迭代的步数，可取任意一个整数。

S302、更新增益向量：

式中，K(n)是5×1的增益向量，P(n-1)是第n-1步的误差协方差矩阵，γ是遗忘因子，取0.9<γ<1；

S303、更新状态估计向量：

式中，

为第n+1步的状态估计向量，

为第n步的状态估计向量，K(n+1)是5×1的增益向量，

表示轨排第n步估计得到的电磁铁垂向位移；

S304、更新协方差矩阵：

式中，P(n+1)是第n+1步的误差协方差矩阵，P(n)是第n步的误差协方差矩阵，I是5×5的单位矩阵，

表示第n+1步的观测向量，上标T为向量的转置；

S305，得到轨排的模型传递函数的实时估计参数：

式中，

表示估计得到的模型传递函数，

和

分别表示状态估计向量

的第1个、第2个、第3个、第4个、第5个分量。

进一步需要说明的是，得到磁浮列车轨排的关键参数后需要对其进行判断，以便确定轨排的状况，步骤S400即为该步骤。本发明中磁浮列车轨排检测异常情况包括如下两种：

(1)对于辨识出的轨排模型传递函数的幅频特性峰值超出设定的第一阈值，则判断轨排在该位置的柔度系数较大，存在支撑不良情况，用于提示该处轨排需要进一步进行维护保养，以图10为例，前述幅频特性峰值即为图中纵坐标的尖峰幅值；

(2)对于辨识出的轨排的模型传递函数的幅频特性峰值对应的频率小于设定的第二阈值，且幅频特性峰值对应的阻尼系数小于第三阈值，则判断该轨排存在螺栓松动、支撑刚度下降等问题，用于提示该处轨排需要进一步进行维护保养，同样，以图10为例，前述幅频特性峰值对应的频率为图中的横坐标，具体为图中尖峰幅值对应的横坐标。

判断完毕后，重返步骤S00B进行下一轮检测。

以上过程可以在磁浮列车的悬浮控制器中通过软件算法实现，估计得到的轨排实时参数既可以作为悬浮控制自适应振动控制算法的参考输入，又可以作为轨道检测的辅助手段，为轨排的检修和维护提供参考。

进一步地，为了更好地理解本发明，下面以实际的中低速磁浮列车为例，按照以上实施步骤，演示本发明对轨排的模态参数识别的效果。

假定磁浮列车的一个悬浮模块(包含左右两个悬浮单元)位于一段如图5所示的轨排1上，该轨排包括两根平行间隔设置的F轨11和设置于两根F轨之间的轨枕12。悬浮系统的主要参数如下：

悬浮电磁铁匝数：360匝；

单个线圈对应的磁极面积：0.028m×0.66m；

线圈形式：2个串联。

轨排的某阶振动模态形状如图6所示，其模态频率为70Hz，模态的阻尼比设置为0.005。则当悬浮模块位于轨排的中央位置时，悬浮系统将发生轨排自激振动，对应的两个悬浮单元的悬浮间隙波形如图7所示。假设在左侧的第一个悬浮单元中实施上述监测流程，则对应的轨排参数辨识过程如图8所示(图中以轨排模型式(9)中的a₁和a₂为例，其它参数的收敛过程与此类似)。从图中可以看出，轨排的模型参数在1s之内便可收敛到稳定值，且收敛的数值和真值差别很小。

为了便于对比说明本发明的辨识精度，图9所示是给定的真实轨排模型的频率响应特性曲线，图10是在辨识稳定后(2s时)利用辨识的结果绘制的轨排频率响应曲线。从二者的对比上可以看出，估计的参数(图10)和真实的参数(图9)在曲线形状上几乎一样，在轨排的模态频率(70Hz)位置均有一个明显的尖峰。通过对该尖峰的幅频特性分析，可以得出轨排的模态阻尼比约为0.005，与设定的值一致。这说明本发明提出的方法能够有效地对轨排的模态参数进行辨识。对于模态频率低、且模态阻尼系数小的轨排，提示轨排结构中可能存在螺栓松动、结构疲劳等问题，需要进一步进行检修。

图9和图10唯一的区别是二者的幅频响应曲线存在整体上的增益差别。这个原因是由式(12)中的参数η引起的，该参数可以看作是其它悬浮单元对轨排的整体幅值响应造成的影响。由于η无法估计，且η和其它悬浮单元所处的位置有关，因此获得的轨排模型在幅频增益上存在误差。但是该误差不影响对轨排特性的判断。

综上所述，本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1)本发明完全嵌入在悬浮控制器的控制计算机中，无需单独构造轨检设备，也无需设置专用的车载机箱或外部显示系统，无需更改现有磁浮车辆的硬件配置，结构简单，易于实现；

2)本发明无需使用车载电源或外接电源，不额外消耗能量；

3)本发明提出的轨排状况检测方法收敛速度快，可以适应较宽的车速范围，应用范围广；

4)相对振动幅值检测的方法，本方法可以得到更多能够刻画轨排状况的参数，包括轨排的模态频率、阻尼系数、柔度系数等；而且本方法对于车辆行驶时的间隙波动、测量噪声不敏感，在轨排几乎不发生显著振动的情况下也能辨识出轨排参数；

5)本发明不影响磁浮列车的正常运行。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于车载悬浮控制器的磁浮列车轨排监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S100、根据磁浮列车自身配置的悬浮传感器采集电磁铁和轨排之间的悬浮间隙、电磁铁垂向加速度以及通过电流传感器采集电磁铁电流信息；

S200、利用实时估计方法估计出悬浮单元所处位置的轨排垂向位移和悬浮力；

S300、采用自适应辨识器实时估计轨排的动力学参数，并构建轨排的动力学模型传递函数，得出用于刻画轨排结构状况的关键参数，具体表现为：

S301、更新观测向量：

式中，

表示第n步的观测向量，上标T为向量的转置，

表示悬浮单元第n步的悬浮力、

表示悬浮单元第n–1步的悬浮力、

表示悬浮单元第n–2步的悬浮力，

表示轨排第n–1步估计得到的垂向位移、

表示轨排第n–2步估计得到的垂向位移，n表示当前迭代的步数，可取任意一个整数；

S302、更新增益向量：

式中，K(n)是5×1的增益向量，P(n-1)是第n-1步的误差协方差矩阵，γ是遗忘因子，取0.9<γ<1；

S303、更新状态估计向量：

式中，

为第n+1步的状态估计向量，

为第n步的状态估计向量，K(n+1)是5×1的增益向量，

表示轨排第n步估计得到的电磁铁垂向位移；

S304、更新协方差矩阵：

式中，P(n+1)是第n+1步的误差协方差矩阵，P(n)是第n步的误差协方差矩阵，I是5×5的单位矩阵，

表示第n+1步的观测向量，上标T为向量的转置；

S305，得到轨排的模型传递函数的实时估计参数：

式中，

表示估计的轨排模型传递函数，

和

分别表示状态估计向量

的第1个、第2个、第3个、第4个、第5个分量；

S400、通过所述关键参数对磁浮列车轨排进行日常监测和维护。

2.根据权利要求1所述的基于车载悬浮控制器的磁浮列车轨排监测方法，其特征在于，所述步骤S200中轨排垂向位移通过如下公式进行估计：

式中，

为估计得到的轨排垂向位移，x₁、x₂、x₃和x₄均为状态变量，

和

分别为状态变量x₁、x₂、x₃和x₄的一阶导数，σ₁为采集的电磁铁和轨排之间的悬浮间隙数据低频特征参数，σ₂为采集电磁铁和轨排之间的悬浮间隙数据高频特征参数，δ₁为电磁铁和轨排之间的间隙，c₁为电磁铁的垂向加速度。

3.根据权利要求2所述的基于车载悬浮控制器的磁浮列车轨排监测方法，其特征在于，所述步骤S200中悬浮单元的悬浮力的表达公式如下：

式中，i₁表示悬浮电磁铁的电流，i₁₀表示悬浮单元的稳态悬浮电流，z₀是稳态悬浮间隙，k_f和k_z是与悬浮系统的悬浮间隙、电磁铁尺寸相关的参数，可取稳态悬浮间隙情况下的标称值，其中：

式中，A是电磁铁的磁极面积，N是电磁铁的线圈匝数，μ₀是空气磁导率。

4.根据权利要求3所述的基于车载悬浮控制器的磁浮列车轨排监测方法，其特征在于，所述轨排的关键参数包括模态频率、阻尼系数和柔度系数。

5.根据权利要求4所述的基于车载悬浮控制器的磁浮列车轨排监测方法，其特征在于，所述步骤S100之前还包括如下步骤：

S00A、变量初始化：创建初始观测向量

状态估计向量

以及估计误差协方差矩阵P(0)，其中

P(0)为5×5的矩阵，且矩阵P(0)的元素初始值取较大的值。

6.根据权利要求5所述的基于车载悬浮控制器的磁浮列车轨排监测方法，其特征在于，所述步骤S00A和步骤S100之间还包括如下步骤：

S00B、判断悬浮系统的悬浮状态：若悬浮系统处于悬浮状态，则进入步骤S100，否则，停止磁浮列车轨排监测流程。

7.根据权利要求6所述的基于车载悬浮控制器的磁浮列车轨排监测方法，其特征在于，所述磁浮列车轨排检测异常情况包括如下两种：

(1)对于辨识出的轨排模型传递函数的幅频特性峰值超出设定的第一阈值，则判断轨排在该位置的柔度系数较大，存在支撑不良情况，用于提示该位置轨排需要进一步进行维护保养；

(2)对于辨识出的轨排的模型传递函数的幅频特性峰值对应的频率小于设定的第二阈值，且幅频特性峰值对应的阻尼系数小于第三阈值，则判断该轨排存在螺栓松动、支撑刚度下降等问题，提示该处轨排需要进一步进行维护保养。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的基于车载悬浮控制器的磁浮列车轨排监测方法，其特征在于，得到的轨排实时估计参数同时还可以作为悬浮控制自适应振动控制算法的参考输入。

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