CN111247021A - 运载工具相对于计划磁飞行路径的路径校正 - Google Patents

运载工具相对于计划磁飞行路径的路径校正 Download PDF

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Abstract

提供一种控制沿磁飞行导轨移动的运载工具的方法。所述方法包括：在控制器处接收由一个或多个传感器生成的数据。所述控制器接收与所述运载工具的计划飞行路径有关的数据。所述控制器确定所述运载工具相对于所述磁飞行导轨的高度并且确定所述运载工具相对于所述磁飞行导轨的速度。随后，所述控制器计算所述运载工具与所述计划飞行路径的偏差。所述控制器通过改变磁飞行悬浮系统的某些方面来调节所述运载工具相对于所述磁飞行导轨的高度，从而使所述运载工具更紧密地跟踪所述计划飞行路径。

Description

运载工具相对于计划磁飞行路径的路径校正
技术领域
本发明涉及对运载工具在沿着磁飞行导轨进行磁飞行期间的控制。更具体地，本发明涉及将沿磁飞行导轨的磁飞行中与运载工具的计划飞行路径的竖向偏差最小化。
背景技术
运输系统设计用于将人和货物移动一定的距离。运输系统可以包括被配置为在道路或轨道上来回移动的运载工具。该运载工具可以包括悬浮系统，该悬浮系统被配置为改变运载工具的乘客或货舱的运动，以减少乘客或货舱相对于轨道或道路的振动或其他运动。提供悬浮系统的一种方法是使用磁场，该磁场由移动的运载工具发出并且与静止的轨道上的导电板相交。在竖向导电板附近的运载工具的竖向运动在导电板内产生涡流，从而在移动的运载工具上产生竖向力。这些力影响运载工具的竖向运动。通过调整磁场的某些方面，控制系统可以引起竖向力，该竖向力使得运载工具沿着轨道跟随计划路径。
附图说明
现在将仅以示例的方式参照所附附图来描述本技术的实施方式，其中：
图1A是进入一段导轨的运载工具的示例的示意图；
图1B是运载工具在一段导轨中的示例的顶视图；
图2是保持沿着挠曲导轨的运载工具的预定高度的悬浮发生器的示例的示意图；
图3是具有增加的速度以维持预定高度的运载工具的示例的示意图；
图4是具有纵倾偏差的运载工具的示例的示意图；
图5是具有侧倾偏差的运载工具的示例的示意图；
图6是用于控制高度的方法的示例的流程图；
图7是用于控制高度的方法的另一个示例的流程图；
图8图示了显示有水平速度和合力的基本翼几何形状；
图9图示了当翼被设定至一角度并且具有竖向速度时的力；
图10图示了螺旋电机的磁体、水平速度和边缘速度之间的关系。
以上所描述的各种示例仅以举例说明的方式提供，可能未按比例显示，并且不应被解释为限制本公开的范围。因此，许多细节既没有被示出也没有被描述。尽管在前面的描述中已阐述了本技术的许多特征和益处，以及本公开的结构和功能的细节，但是本公开仅是说明性的，并且可以在细节上进行改变，特别是在本公开的原理以内的各部分的形状、尺寸和布置方面上进行的改变，以充分体现所附权利要求书所用术语的宽泛且广义的含义。因此，应当理解的是可以在所附权利要求的范围以内来修改上述示例。权利要求中记载的一组“中的至少一个”表示满足权利要求的该组中的一个成员或该组中的多个成员。
具体实施方式
为了说明的简单和清楚起见，在合适的情况下，在不同附图中重复使用参考数字，以表示相应的或类似的元素。此外，还阐述了许多具体细节，以便透彻地理解本文所描述的实施方式。然而，本领域普通技术人员将理解的是，可以在没有这些具体细节的情况下来实施本文所描述的实施方式。在其他情况下，并未详细描述方法、过程和部件，以便不与所描述的相关特征相混淆。此外，本说明不应被视为限制本文所描述的实施方式的范围。
现在将在非限制性示例中来描述本公开中使用的一些术语。本文使用的术语“悬浮(Levitation)”是指在物体之间没有机械接触的情况下，物体相对于另一物体的提升和悬浮。“悬浮力(Levitation force)”是提供悬浮的力。该悬浮力可以在竖直方向(与重力方向相对的方向)上起作用，但同样的力可以被用于在横向方向上或者在同时具有竖向和横向分量的某一方向上移动或定位两个物体。总而言之，本文所使用的术语“悬浮”和“悬浮力”分别指在与主行进方向大体上正交的方向上的两个物体之间的非接触的定位和力。如本文所进一步使用的，“悬浮磁通量(Levitation Magnetic Flux)”和“悬浮力”通常是可以互换的，并且指的是相同的元素。“悬浮发生器(Levitation Generator)”是被配置为产生与提升构件相互作用的磁力波，以使可移动物体相对于静止物体悬浮的装置。
“驱动力(Drive Force)”是指一个物体相对于另一物体进行加速、保持运动或者减速所需的力。如本文所使用的，“驱动力”是指与主行进方向大体上在一条线上，并且在两个物体之间没有机械接触的情况下产生的力。如本文所进一步使用的，“驱动磁通量(DriveMagnetic Flux)”和“驱动力”通常是可以互换的，并且指的是相同的元素。“驱动发生器(Drive Generator)”是被配置为产生与驱动构件相互作用的磁力波以相对静止物体驱动可移动物体的装置。
“导轨(Guideway)”是提供车厢、运载工具、转向架或运输设备可以沿着移动的路径的装置或结构。如本文所使用的，术语“导轨”和“轨道”通常是可以互换的，并且指的是相同的元素。车厢是指被配置为沿导轨行进的装置。该车厢可以是至少部分封闭的、完全封闭的或者具有可以放置物体或人的表面。车厢可以与转向架连接，转向架又与导轨连接。转向架可以是车厢的集成部件，或者可以是与车厢连接的单独的部件。本文使用的转向架不一定包括车轮，而是被配置为与导轨相接合。
“控制器”通常是执行程序以分析数据、做出决定和发出指令的计算机。在某些情况下，控制器被装设在运载工具上。在其他情况下，控制器可以远离运载工具，但能够与该运载工具进行通信。控制器可以是电子设备，其包括但不限于处理器、微处理器、存储器(ROM和/或RAM)和/或存储设备。控制器可以是商用现货(Commercial Off-The-Shelf，COTS)电子设备，或者是专门为实现控制系统而设计的控制器。
“耦接”指两个物体的链接或连接。耦接可以是直接的或间接的。间接耦接包括通过一个或多个中间物体来连接两个物体。耦接也可以指电气或机械连接。耦接还可以包括不存在物理接触的磁性链接。
“大体上”是指元件基本上符合特定尺寸、形状，或者是指大体上进行修改使得该成分不必是精确的其它词语。例如，大体上的圆柱形意味着类似于圆柱形的物体，但可能与真实圆柱形具有一个或多个偏差。
术语“包括”是指“包括但不一定限于”；它具体指开放的包括，或者所描述的组合、组、系列等中的成员。
术语“紧密地”涉及强烈的相似性或连接。术语“紧密地”也可以指几乎、类似地或者在预期或预定限度以内。
“磁源”是自然地产生磁场或者能被诱导来产生磁场的任何材料。例如，磁源可以包括永磁体、电磁体、超导体或者产生磁场或可以被诱导来产生磁场的任何其他材料。
术语“侧倾(roll)”是指围绕纵向轴或X轴(跨越前后的纵轴)转动或振荡。
术语“纵倾(pitch)”是指悬浮发生器的长轴相对于行进方向的竖直角。纵倾是围绕横向轴或Z轴(横向轴在跨越两侧的情况下垂直于纵向轴)的转动或振荡。
本文所使用的术语“高度”是指悬浮发生器的中点或枢转点距导轨顶部或底部的距离。
本文所描述的各种示例仅以举例说明的方式提供，而不应被解释为限制本公开的范围。因此，许多细节既没有被示出也没有被描述。尽管在本说明中阐述了本技术的许多特征和益处，以及本公开的结构和功能的细节，但是本公开仅是说明性的，并且可以在细节上进行改变，特别是在本公开原理内的各部分的形状、大小和布置方面进行改变，以充分体现所附权利要求书中所使用的术语的宽泛且广义的含义。因此，应当理解的是，可以在所附权利要求的范围内修改上述示例。权利要求中记载的一组“中的至少一个”表示满足权利要求的该组中的一个成员或该组中的多个成员。例如，A、B和C中的至少有一个表示成员可以是仅A、仅B、仅C、“A和B”、“A和C”、“B和C”、或者“A、B和C”。
本公开涉及控制沿磁飞行导轨移动的运载工具的高度的方法。该方法在控制器处接收由一个或多个传感器生成的数据。该方法还在控制器处接收与运载工具的计划飞行路径有关的数据。控制器确定运载工具相对于磁飞行导轨的速度，并且计算运载工具与计划飞行路径的偏差。控制器通过改变磁飞行悬浮系统的某些方面来调节运载工具相对于磁飞行导轨的高度，从而使运载工具更紧密地跟踪计划飞行路径。正如本公开中总体上使用的，计划飞行路径是指期望的或预期的飞行路径。
传感器包括与相应的控制装置相关联的至少一个传感器。该至少一个传感器可以是超声传感器或光学传感器，而该控制装置可以是悬浮发生器。为了确定运载工具相对于磁飞行导轨的速度，控制器从光学传感器、编码器、RFID或前视雷达中的一个接收感测到的水平速度。运载工具相对于磁飞行导轨的高度由控制器来确定，该控制器接收来自高度传感器的数据，该高度传感器可以是激光传感器、光学传感器、摄像头传感器、机械传感器或磁传感器中的至少一种。接收到的与运载工具的计划飞行路径有关的数据来自数据库，该数据库包含描述导轨段的信息。该数据是基于运载工具的起点和终点的预期飞行路径的相应导轨段。运载工具与计划飞行路径的偏差是通过取计划飞行路径与运载工具相对于导轨的当前位置的差值来计算的，其中该偏差可以是三维空间中的偏差，从而确定侧倾、高度和纵倾。
磁飞行悬浮系统的某些方面可以通过改变多个悬浮发生器中的一个或多个悬浮发生器的角度来改变。每一个悬浮发生器的角度可以独立于其他悬浮发生器而改变，并且可以由驱动电机来调节。此外，在改变磁飞行悬浮系统中，可以改变驱动发生器以产生运载工具的不同速度。
本发明还涉及被配置为控制沿磁飞行导轨移动的运载工具的系统。该系统可包括多个悬浮发生器、多个传感器以及控制器。多个悬浮发生器具有与其相关联的至少一个传感器，多个传感器可操作为检测相对于导轨的位置，控制器包括至少一个处理器单元，该处理器单元可操作地耦接至多个传感器。控制器可以被配置为接收由多个传感器生成的数据以及与运载工具的计划飞行路径相关的数据。该控制器还可以确定运载工具相对于导轨的高度、利用多个传感器中的一个或多个传感器来确定运载工具相对于磁飞行导轨的速度。然后，控制器可以计算运载工具与计划飞行路径的偏差，并且发送数据以通过改变磁飞行悬浮系统的某些方面来调节运载工具相对于磁飞行导轨的高度，从而使运载工具更紧密地跟踪计划飞行路径。
本公开还涉及控制沿磁飞行导轨运动的运载工具的高度的方法。该方法包括在控制器处接收由一个或多个传感器生成的数据以及与运载工具的计划飞行路径相关的数据。控制器确定运载工具相对于磁飞行导轨的高度以及运载工具相对于磁飞行导轨的速度。然后，控制器计算运载工具与计划飞行路径的偏差以及用于减少与磁飞行路径的偏差所需的悬浮调整。悬浮调整信号被发送至一个或多个悬浮发生器。控制器通过与计划飞行路径的偏差相当的悬浮调整来调节运载工具相对于磁飞行导轨的高度，从而保持更接近于计划飞行路径的路径。
虽然图示了与大体水平的导轨相关的示例，但本公开还包括竖直定向的导轨。在竖直定向的导轨中，系统可以与电梯更加相似。在其他系统中，导轨可以包括水平的、竖直的、呈角度的或它们的任意组合的部件。
图1A图示了悬浮运输系统100的示例，该悬浮运输系统具有在导轨106内或进入导轨106的运载工具102。悬浮运输系统100具有由多个导轨106段形成的轨道。每个导轨106段由一个或多个支架108支撑，并且分段导轨段可以具有不同的长度110。虽然图示的示例显示了在相对端具有支架108的一段导轨106，但对于分段轨道，其可以包括具有不同布置方式的支架108，例如，具有中心支架108，该中心支架108具有从其延伸出的辅助支架。
导轨106段可以形成轨道网络，以允许运载工具102在悬浮运输系统100内移动。虽然图示的分段导轨106段跨越两个支架108之间的部分，但该段可以是跨越的一部分，并且连接至在任意一侧上的另一导轨106，使得多个段跨越两个支架108之间的部分。
运载工具102具有磁飞行悬浮系统101，该磁飞行悬浮系统101具有使运载工具102在导轨106内更紧密地跟踪计划飞行路径111的某些方面。磁飞行悬浮系统101的其中一个方面是控制装置10，该控制装置可以是多个悬浮发生器104。多个悬浮发生器104可以被至少部分地容纳在导轨106内，并且允许运载工具102在悬浮运输系统100内行进。悬浮发生器104可以磁性接合导轨106并且与导轨106相互作用，以沿着运输系统100引导运载工具102。悬浮发生器104和导轨106被设计为当运载工具102在悬浮运输系统100内行进时，悬浮发生器104和导轨106不会物理接触，而是悬浮发生器104产生悬浮磁力，以将悬浮发生器104抬升在导轨106上方或与导轨106间隔一定距离(但在分段轨道内)。可以实现一个或多个悬浮发生器104。图1A示出了两个悬浮发生器104，但是在其它的图示的示例中，如图1B所示，使用了四个悬浮发生器104，其中两个悬浮发生器104与图1中示出的两个悬浮发生器104平行。四个悬浮发生器104均可以绕Z轴纵倾或者转动，以调节运载工具102的高度、侧倾和/或纵倾。
悬浮发生器104可以被操作为通过改变一个或多个悬浮发生器104的角度来调节纵倾。因此，悬浮发生器104可以通过改变悬浮发生器104的组合来调节运载工具102的高度、侧倾和/或纵倾，这将在下文更详细地描述。由于多个悬浮发生器104可以彼此独立地改变，因此可以相对于导轨106在三维度空间中调节运载工具102。悬浮发生器104可以由驱动电机1040来调节。在至少一个示例中，每一个悬浮发生器104具有相应的驱动电机1040。在其他示例中，一对悬浮发生器104可以由驱动电机1040通信地控制，使得驱动电机1040调节两个相应的悬浮发生器104。
磁飞行悬浮系统101还可以包括更改和改变驱动发生器103。一个或多个驱动发生器103可以被包括在悬浮运输系统100中。驱动发生器103被配置为提供驱动力。改变驱动发生器103产生运载工具102的不同速度。由于驱动发生器103引起的运载工具102的速度增加，运载工具102的高度将增加。改变四个悬浮发生器104中的每一个悬浮发生器和驱动发生器103之间的不同组合可以调节运载工具102相对于导轨106的高度118。
运载工具102可以包括控制器114，控制器114能够改变磁飞行悬浮系统101的某些方面，例如，当运载工具102在悬浮运输系统100内来回移动时通过保持预定高度118，以使运载工具102更紧密地跟踪计划飞行路径111。例如，如图2所示，导轨106可以在运载工具102的计划飞行路径111中的导轨106的一段长度110上具有挠曲116。挠曲116可能因各种不同的因素而出现。例如，挠曲116可能因导轨106中的路径改变而出现。在其他示例中，挠曲116可能因导轨106自身的重量而出现。此外，挠曲116可能因沿导轨106行进的一个或多个运载工具102的重量而出现。计划飞行路径111中的挠曲116可以是如图2中的竖向挠曲，如图4中的纵倾挠曲，如图5中的转动挠曲，或者这些挠曲的组合。对于竖向挠曲，调节运载工具的高度；对于纵倾挠曲，调节运载工具的纵倾；对于转动挠曲，调节运载工具的侧倾。控制器114通过改变磁飞行悬浮系统101的某些方面，可以调节运载工具102的侧倾、高度和/或纵倾，以在计划飞行路径111中抵消导轨106的挠曲116，并且更紧密地跟踪计划飞行路径111。控制器114可以被配置为接收和确定与运载工具102和导轨106相关的信息。控制器114可以是处理器、微处理器、计算机、服务器或能够响应于从一个或多个传感器接收的信息来确定导轨106的一段长度110的挠曲的任何其他电子设备。
还可以通过控制器114改变磁飞行悬浮系统101的某些方面以适应运载工具102的变化来调节运载工具102，从而使运载工具102更紧密地跟踪计划飞行路径111。例如，如下文将进一步讨论的，运载工具102中的乘客可以四处走到，这可能引起不希望的转动，例如绕X轴的转动。控制器114可以调节各个悬浮发生器104以校正运载工具102的位置。
控制器114接收相关信息或者与悬浮运输系统100有关的数据，例如，计划飞行路径111、高度118、支架108的间距以及分段导轨的长度110。在至少一个示例中，接收到的与运载工具102的计划飞行路径111有关的数据来自数据库，该数据库包含描述导轨106的分段的信息。与运载工具102的计划飞行路径111有关的数据基于预期的飞行路径的相应导轨段106，该预期的飞行路径基于运载工具102的起点和终点。
在确定运载工具102的高度118中，控制器114可以从高度传感器112接收数据。高度传感器112可以位于运载工具102中，或者在其他示例中，高度传感器112可以位于导轨106和/或支架108中。高度传感器112可以是激光传感器、光学传感器、摄像头传感器、机械传感器、磁传感器或者用于确定运载工具102的高度的任何合适的传感器中的至少一种。控制器114还可以确定诸如运载工具102的重量和速度的信息。在确定运载工具102相对于磁飞行导轨106的速度中，控制器114接收感测到的水平速度。该水平速度与导轨106有关。运载工具102的速度可基于从光学传感器、编码器、RFID、前视雷达或者用于确定运载工具102的速度的任何其他合适的传感器或方法中的任意一者接收到的数据。运载工具102的重量可以包括运载工具102的重量、乘客、有效载荷、货物的重量或它们的任意组合。在至少一个示例中，控制器114瞬时性地确定运载工具102的重量。在至少一个示例中，控制器114瞬时性地确定运载工具102的重量以及运载工具102的所容物，该所容物可以包括乘客、有效载荷和/或货物中的一个或多个。在其他示例中，在悬浮运输系统100内发动运载工具102时控制器114接收运载工具102的重量。
控制器114可以从与悬浮运输系统100耦接的一个或多个传感器120接收数据。一个或多个传感器120可以被设置在运载工具102、导轨106和/或支架108上。一个或多个传感器120可以是光学通信器、无线电通信器和/或近场通信器，其被配置为确定高度、速度、重量、位置或它们的任意组合。一个或多个传感器120向控制器114提供确定导轨106的挠曲116所需的数据。在至少一个示例中，一个或多个传感器120包括与相应的控制设备10(例如，悬浮发生器104)相关联的至少一个传感器105。例如，一个或多个传感器包括至少四个超声或光学传感器105，其中每一个超声或光学传感器105与相应的悬浮发生器104相关联。如图示的，传感器105与悬浮发生器104耦接；在其他示例中，传感器105可以耦接至其它地方，例如运载工具102。一个或多个传感器105可以是被配置为与导轨106相互作用的超声或光学传感器。
在其他示例中，一个或多个传感器120可以包括被配置为在相邻运载工具102之间进行编码和/或发送数据的激光传感器。已编码/已发送的数据可以是分段导轨的长度110、分段导轨的挠曲、相邻运载工具的速度、相邻运载工具的重量和/或控制器114所需的任何其他数据。
如在图1中可以看出的，一个或多个传感器120可以与发射器122通信地耦接，发射器122可以被设置在支架108上，以接收与导轨106的长度110相关的数据。当运载工具102沿着导轨106行进时该数据辅助控制器114确定即将到达的一段长度110的导轨106的预期挠曲116。此外，该数据辅助控制器114确定运载工具102与计划飞行路径111之间的任何偏差。
一个或多个传感器120中的至少一个传感器可以与设置在支架108上的发射器122进行通信，以接收与导轨段106的长度110有关的数据。发射器122可以是条形码124(例如快速响应(Quick Response，QR)码)、射频识别(Radio Frequency Identifier，RFID)标签、或者被配置为向一个或多个传感器120提供数据的类似装置。
发射器122可以被设置在支架108、导轨106、或者在一个或多个传感器120的通信范围内的悬浮运输系统100的任何部分上。在图示的示例中，发射器122在支架108上。发射器122可以位于悬浮运输系统100的不同部分处。例如，发射器122可以位于导轨106的连接处或中间处。与发射器122相关联的数据可以是静态的或动态的。在与发射器122相关联的数据是动态的情况下，由运载工具102接收的数据可以包括前行运载工具102的重量、轨道温度、环境空气温度、尾随运载工具102的重量、或者任何其他的必要信息。
发射器122可以存储与计划飞行路径111有关的数据，例如，两个或更多支架108之间的导轨106的长度110或路径。在图1中，发射器122传输两个支架108之间的导轨106的长度110。在其他示例中，发射器122可以传输与导轨106的两段或更多段长度110有关的数据，从而减少悬浮运输系统100中所需的发射器122的总数量。
控制器114在接收到由一个或多个传感器120生成的数据，以及与运载工具102的计划飞行路径111有关的数据，并且在确定运载工具102相对于磁飞行导轨的高度118和速度之后，计算运载工具102与计划飞行路径111的偏差。运载工具102与计划飞行路径111的偏差可能因导轨106的挠曲或诸如风、乘客的运动或其他因素等的其他因素而发生。运载工具102与计划飞行路径111的偏差也可能因诸如基于驱动发生器103的旋转的速度、悬浮发生器104的角度、运载工具102的重量或任何其他可能的因素等的因素而发生。
然后，控制器114计算用于减少与计划飞行路径111的偏差所需的悬浮调整，并且将悬浮调整信号发送至一个或多个悬浮发生器104，使得悬浮发生器104调节其纵倾。控制器114通过与计划飞行路径111的偏差相当的悬浮调整来调节运载工具102相对于磁飞行导轨的高度，从而保持路径更靠近计划飞行路径111。悬浮发生器104的角度或纵倾的调整改变每一个悬浮发生器104处的抬升矢量，从而影响运载工具102的竖向运动。对各个悬浮发生器104的角度或纵倾的改变的组合允许控制器114在高度、侧倾和/或纵倾方面调节运载工具102。
图2图示了在悬浮运输系统100的导轨106的一段挠曲长度110内的运载工具102。导轨106的这段长度110可能因运载工具102的重量而挠曲，或者因计划飞行路径111而挠曲。如图2所图示的，挠曲是暂时性的，并且导轨106返回到原始高度。在其他示例中，计划飞行路径111中的导轨106的坡度可以具有不同的梯度，或者可以在较长距离上延伸。在另一些示例中，例如，在运载工具102要返回至地面的情况下，导轨106的高度可能不会返回到其先前的高度。挠曲116在数学上是可预测的，并且可以利用已知的运载工具102的重量和速度以及导轨106的长度110来计算。控制器114计算运载工具102与计划飞行路径111的偏差，并能够确定在高度、侧倾和/或纵倾方面的偏差。控制器114通过取计划飞行路径111与运载工具102相对于导轨106的当前位置的差值来计算运载工具102的偏差。控制器114可以根据运载工具102的重量、速度和导轨106的长度110来计算导轨106的挠曲116。然后，控制器114调节运载工具102的悬浮以适应挠曲116并且保持预定高度118。
控制器114可以以多种方式来调节运载工具102的悬浮或高度以保持预定高度118，所述多种方式包括但不限于增加运载工具102的速度或者调节悬浮发生器104的纵倾，从而产生更多的悬浮，如图3所图示的。图2图示了运载工具102，该运载工具102具有纵倾的悬浮发生器104，以相对于图1的悬浮发生器增加悬浮，从而保持预定高度118。为了补偿高度，多个悬浮发生器104根据需要向上或向下共同地纵倾，以使运载工具102保持平衡。例如，为了降低高度，多个悬浮发生器104可以共同地向下纵倾。反之，为了升高高度，悬浮发生器104可以共同地向上纵倾。
导轨106可以在其内表面上设置一个或多个标记107。一个或多个标记107可以在挠曲的导轨106上计划标准飞行路径。一个或多个标记107可以是有色涂料、反光带、反光涂料或者与导轨106的内表面形成对比的任何类似标记。在一些情况下，可在内表面上设置一个或多个标记107，以在不同的导轨106状况下(即，一个运载工具、两个运载工具、三个运载工具)计划标准飞行路径。
悬浮发生器104上的传感器105能够确定它们相对于一个或多个标记107的位置，从而保持标准飞行路径。传感器105能够检测偏离标记107的偏差，并且指示控制器114调节悬浮发生器104的纵倾，以维持标准飞行路径。控制器114可以具有存储在其中的针对每个导轨106在不同情况下预先计算出的挠曲。如果运输系统100的条件改变，例如，运载工具进入/离开导轨106，则控制器114可以从一个标记107到另一个标记107来调节悬浮发生器104和高度传感器。
图3图示了运载工具102，该运载工具具有增加的相对于分段轨道的速度，同时具有与图1的悬浮发生器104大体上相似的纵倾的悬浮发生器104。驱动发生器103可以增加相对于导轨106的速度，这增加由悬浮发生器104产生的悬浮力，从而使运载工具102保持预定高度118。
控制器114调节运载工具102的悬浮，以在预定高度118保持大体上直线的行进方向。类似地，运载工具102的高度可能因其他因素而改变，例如乘客重量或运动，或风。控制器114还可以调节运载工具102的高度，以使运载工具102更紧密地跟踪计划飞行路径111。
在分段轨道被布置为处于大体上非水平的配置的情况下，例如下降的坡度或上升的坡度，控制器114可以调节运载工具102的纵倾，以考虑大体上非水平的分段导轨102的挠曲并且更紧密地跟踪导轨102，如图4所图示的。虽然图4以连续向下的坡度例示，但是也可以调节运载工具102的纵倾以补偿向上的坡度、变化的坡度和/或任何竖向挠曲，以使运载工具102的纵倾被调节为更紧密地跟踪导轨106和计划飞行路径111。此外，可以调节运载工具102的纵倾以补偿运载工具102内在运载工具102的前后之间重量的转移或不平衡。在图4中，导轨106具有向下的坡度，使得运载工具102的纵倾被调节为更紧密地跟踪导轨106内的计划飞行路径111。可以通过改变前后悬浮发生器104之间的纵倾或角度来调节运载工具102的纵倾。因此，为了补偿运载工具102的较高的端部使得该端部被降低，在较高端部的悬浮发生器104可以向下纵倾，和/或在较低端部的悬浮发生器104可以向上纵倾。相反地，为了补偿运载工具102的较低端部使得该端部被提升，在较低端部的悬浮发生器104可以向上纵倾，和/或在较高端部的悬浮发生器104可以向下纵倾。
图5是运输系统100的前视图，其图示了磁飞行悬浮系统101的某些方面的变化，使得运载工具102转动或侧倾，以更紧密地跟踪计划飞行路径111。运载工具102与计划飞行路径的偏差被图示为侧倾。控制器114计算运载工具102与计划飞行路径111的偏差，并且能够确定该偏差为侧倾。控制器114通过取计划飞行路径111与运载工具102相对于导轨106的当前位置的差值来计算运载工具102的偏差。运载工具102可能由于许多因素(包括乘客的运动、风、方向的变化或任何其他可能的因素)而转动或侧倾。单独的或成对的悬浮发生器104可以被调节为使运载工具102更紧密地跟踪计划飞行路径111和/或校正任何不期望的侧倾。通过在一侧调节悬浮发生器104的纵倾，运载工具102可以绕X轴侧倾，以更紧密地跟踪所期望的计划飞行路径111或者校正任何不期望的对准。为了补偿侧倾，低侧的悬浮发生器104可以向上纵倾和/或高侧的悬浮发生器104可以向下纵倾。如图4所图示的，运载工具102已侧倾，使得右侧1022(从图示的角度)已经下降到比左侧1024更低的高度。为了沿逆时针方向(从图示的角度)转动运载工具102，右侧的悬浮发生器104可以向上纵倾，和/或左侧的悬浮发生器104可以向下纵倾。如果运载工具102已侧倾，使得左侧1024下降到比右侧1022更低的高度，和/或为了沿顺时针方向(从图示的角度)转动运载工具102，左侧的悬浮发生器104可以向上纵倾，和/或右侧的悬浮发生器104可以向下纵倾。
虽然以上分别讨论了高度、纵倾和侧倾的变化，但是可以实现任意的组合。四个独立的悬浮发生器104的纵倾可以在三维空间内对偏差进行调节。
在导轨106的一段长度110中的运载工具的数量可以根据分段轨道的长度110、运载工具102的速度、运载工具之间的间隔、悬浮运输系统100中的运载工具数量和/或路径的使用频率/受欢迎程度而变化。某些路线、目的地或分段导轨106可能具有不同的使用率，这改变在导轨106的一段长度110内的运载工具102的潜在数量。
参考图6，其呈现了根据示例的流程图。示例性方法600是以示例的方式提供的，因为可以有多种方式来实现方法600。例如下面描述的方法600可以使用图1至图5中图示的配置来执行。图6所示的每个方框表示在示例性方法600中执行的一个或多个过程、方法或子例程。此外，所图示的方框的顺序仅是说明性的，并且根据本公开，方框的顺序可以改变。在不脱离本公开的情况下，可以添加额外的方框或使用更少的方框。示例性方法600可以从方框602开始。
在方框602，方法600在控制器处接收由一个或多个传感器生成的数据。一个或多个传感器包括与相应的控制装置相关联的至少一个传感器。控制装置可以是悬浮发生器，至少一个传感器可以是超声传感器或光学传感器。在至少一个示例中，一个或多个传感器包括至少四个超声传感器或光学传感器，每一个超声传感器或光学传感器与相应的悬浮发生器相关联。
在方框604，方法600在控制器处接收与运载工具的计划飞行路径有关的数据。运载工具的计划飞行路径可以来自数据库，该数据库包含描述导轨段的信息。数据可以是基于运载工具的起点和终点的预期的飞行路径的相应的导轨段。
在方框606，方法600在控制器处确定运载工具相对于磁飞行导轨的高度。控制器可以接收来自高度传感器的数据。高度传感器可以包括激光传感器、光学传感器、摄像头传感器、机械传感器、磁性传感器或任何其他合适的传感器中的至少一种。
在方框608，方法600在控制器处确定运载工具相对于磁飞行导轨的速度。控制器可以接收感测到的水平速度。运载工具的速度可以基于从光学传感器、编码器、RFID、前视雷达或任何其他合适的传感器或方法中的一者中接收到的数据。
在方框610，方法600在控制器处计算运载工具与计划飞行路径的偏差。为了计算该偏差，控制器可以取计划飞行路径与运载工具相对于导轨的当前位置的差值。控制器能够计算在三维空间中的偏差，从而确定侧倾、高度和纵倾。
在方框612，方法600从控制器发送数据，以通过改变磁飞行悬浮系统的某些方面来调节运载工具相对于磁飞行导轨的高度，使得运载工具更紧密地跟踪计划飞行路径。可以通过改变多个悬浮发生器中的一个或多个悬浮发生器的角度来调节运载工具。多个悬浮发生器中的每一个悬浮发生器的角度可以彼此独立地改变，并且多个悬浮发生器中的每一个悬浮发生器的角度可以通过驱动电机调节。此外，还可以改变驱动发生器，以产生运载工具的不同速度。
参考图7，其呈现了根据示例的流程图。示例性方法700以示例的方式提供，因为可以有多种方式来实现方法700。例如，下面描述的方法800可以使用图1至图5中图示的配置来执行。图7所示的每个方框表示在示例性方法700中执行的一个或多个过程、方法或子例程。此外，所图示的方框的顺序仅是说明性的，并且根据本公开，方框的顺序可以改变。在不脱离本公开的情况下，可以添加额外的方框或使用更少的方框。示例性方法700可以从方框702开始。
在方框702，方法700在控制器处接收由一个或多个传感器生成的数据。一个或多个传感器包括与相应的控制装置相关联的至少一个传感器。控制装置可以是悬浮发生器，至少一个传感器可以是超声传感器或光学传感器。在至少一个示例中，一个或多个传感器包括至少四个超声传感器，每一个超声传感器与相应的悬浮发生器相关联。
在方框704，方法700在控制器处接收与运载工具的计划飞行路径有关的数据。运载工具的计划飞行路径可以来自数据库，该数据库包含描述导轨段的信息。数据可以是基于运载工具的起点和终点的预期的飞行路径的相应的导轨段。
在方框706，方法700在控制器处确定运载工具相对于磁飞行导轨的高度。控制器可以接收来自高度传感器的数据。高度传感器可以包括激光传感器、光学传感器、摄像头传感器、机械传感器、磁性传感器或任何其他合适的传感器中的至少一种。
在方框708，方法700在控制器处确定运载工具相对于磁飞行导轨的速度。控制器可以接收感测到的水平速度。运载工具的速度可以基于从光学传感器、编码器、RFID、前视雷达或任何其他合适的传感器或方法中的一者中接收到的数据。
在方框710，方法700在控制器处计算运载工具与计划飞行路径的偏差。为了计算该偏差，控制器可以取计划飞行路径与运载工具相对于导轨的当前位置的差值。控制器能够计算在三维空间中的偏差，从而确定侧倾、高度和纵倾。
在方框712，方法700在控制器处计算用于减少与磁飞行路径的偏差所需的悬浮调整。该悬浮调整可以是根据侧倾、高度和/或纵倾的悬浮调整。
在方框714，方法700从控制器发送悬浮调整信号至一个或多个悬浮发生器。控制器通过与计划飞行路径的偏差相当的悬浮调整来调节运载工具相对于磁飞行导轨的高度，从而保持更接近于计划飞行路径的路径。可以通过改变多个悬浮发生器中的一个或多个悬浮发生器的角度来调节运载工具。多个悬浮发生器中的每一个悬浮发生器的角度可以彼此独立地改变，并且多个悬浮发生器中的每一个悬浮发生器的角度可以通过驱动电机调节。此外，还可以改变驱动发生器，以产生运载工具的不同速度。
所描述的悬浮和推进系统和方法计算运载工具与计划飞行路径的偏差。为了计算该偏差，控制器可以取计划飞行路径与运载工具相对于导轨的当前位置的差值。控制器能够计算在三维空间中的偏差，从而确定侧倾、高度和纵倾。利用简化的磁力模型，并且将其转换为运载工具/转向架的主体框架内的升力和阻力，可以导出表征运载工具的飞行以及前向速度与飞行高度、纵倾和侧倾之间的耦合关系的非线性微分方程组。
参考图8，简化的模型由单一力组成，该力垂直于悬浮发生器与速度的几何角，该力被表征为常数(CL)与水平速度(V)和它们之间的角度(α)的正弦的乘积：
FN＝CLV sinα
翼角(α)是水平轴线上方的正值，并且注意到该角与导轨的水平轴线相关(因此在通过道岔爬升或通过道岔下降时会受到影响)。由此，单一力可以被分解为“提升力”分量(FL)和“阻力”分量(FD)，需要升力分量平衡运载工具的重量，而“阻力”分量阻碍运载工具的向前运动，并且需要通过如下产生的推力加以克服：
FL＝FN cosα＝CLV sinαcosα
FD＝FN sinα＝CLV sin2α
根据这些简化的方程，可以对系统的整体简化动力学进行建模和仿真，并由此设计了飞行控制系统。
当爬升或下降时，角(α)将随着运载工具的速度的变化而减小或增大。提升力与运载工具的重量相对，而阻力必须被推进系统克服。
提升系数(CL)是封装了轨道的磁导率、翼上磁体间距、以及翼磁体与导轨壁之间的间隙的常数。分析和实验数据总体上表明了提升系数(CL)与翼导轨壁间隙之间的线性关系。利用这些相同的简化方程，运载工具的“Twooze”也可以被建模。“Twooze”是磁反馈，使得如果运载工具落入到轨道内，那么该运载工具将不会以一个g加速，而将会达到稳定竖向速度，并且在下落时保持该速度，直到其从轨道高度上驶出。这就是所谓的运载工具的“Twooze”。这种下降是通过一些减缓运载工具下降的不可见的高粘度物质实现的。利用上述方程，并且注意到在竖向下落时α为90度，运动方程变为常系数线性常微分方程：
Figure BDA0002400168340000131
定义
Figure BDA0002400168340000132
然后该方程简化为：
Figure BDA0002400168340000133
其示出了所期望的
Figure BDA0002400168340000134
的稳态行为，并且具有如下封闭式解：
Figure BDA0002400168340000135
竖向速度从零(0)开始，并且渐近地接近稳态速度。
在实际应用中，即使在翼被设定为零攻角的竖向运动中，运载工具也不常见。当运载工具处于翼被设置为攻角(α)的运动中时，Twooze更像是翼。如图9所图示的，在水平飞行时力的关系与翼的关系相似。
Fooze＝CLvy sin(90°-α)＝CLvy cos(α)
Fy＝-Fooze cos(α)＝-CLvycos2(α)
Fx＝Fooze sin(α)＝CLvy cos(α)sin(α)
考虑到运载工具的提升力的建模，即假定翼的已知(CL)，运载工具的竖向运动可以被建模为直接提升力和Twooze力的组合：
Figure BDA0002400168340000141
这里，α是翼的有效角度(来自爬升/下降的几何角度和诱导角度)，g是由于重力引起的加速度，m是运载工具质量。在一个配置中，运载工具有四个翼，包括两个前翼和两个后翼。这可以被建模为所有翼处于相同的几何角度，并且将提升系数乘以4以一起表示所有翼在。来自水平运动的提升力和阻力从由垂直运动
Figure BDA0002400168340000142
引起的Twooze效应中分离。这可以被可替代地模拟为翼几何角度的减小。不管怎样，依赖于叠加以及将力建模为加在一起的单独效应可能更简单。
在上述方程中，当运载工具处于稳态水平飞行(vy＝0)时，在标称几何角(α0)、标称水平速度(V0)和提升系数(CL)之间存在平衡关系。这是在下列情况下实现的：
CLV0 sinα0 cosα0＝mg
符号_0用于表示其是标称常数。使用标准三角恒等式，其可以重新表述为：
Figure BDA0002400168340000143
这建立了所需的标称悬浮发生器角度与运载工具质量、标称水平速度和磁提升系数的函数关系。
系统还可以使用相同的磁涡流特性进行推进。在这种情况下，磁体以螺旋形进行布置，并且导轨是周围缠绕有螺旋形磁体的管。通过使用卷轴电机来转动螺旋形磁体，运载工具产生用于克服阻力并且沿导轨爬升的推力。在一些布置中，两个螺旋形磁体以相反方向旋转，以抵消净扭矩。
螺旋形磁电机基于螺旋角和转速来产生力。这可以通过参考图10来说明，其中磁体的螺旋角为v，ωR是电机卷轴的边缘速度。推进力的产生需要磁体与卷轴电机的总速度之间的滑移角。垂直于螺旋形磁体的力(FN)如上所述产生，但使用不同的提升系数
Figure BDA0002400168340000144
以考虑卷轴电机的不同磁体和磁导率。Vtot是运载工具纵向速度V与螺旋形电机的边缘速度ωR的矢量和，α是磁螺旋与总速度之间的角度。
Figure BDA0002400168340000151
将卷轴电机的法向力分解为轴向或沿轨道的分量，该分量为卷轴电机给出推力(FThrust)：
Figure BDA0002400168340000152
在一个方面，用于推进系统的提升系数
Figure BDA0002400168340000153
可以被确定为：
Figure BDA0002400168340000154
其中θ＝卷轴中的磁体的纵倾角，
R＝卷轴的半径，
ω＝卷轴的角速度，
V＝运载工具的速度，
CL＝所有翼的提升系数，
Cd＝空气阻力系数，
ρ＝空气密度，
A＝运载工具的前方区域
Figure BDA0002400168340000155
通常，非线性方程难以直接求解，并且不能用于控制系统合成。因此，利用标称的边缘/平衡值来导出线性化的扰动方程组，从而得到的方程组是关于平衡点(α0、ω0、v0、目标高度、纵倾、侧倾和轴向速度)的线性常系数常微分方程组。关于平衡条件的扰动变量的使用涉及三角函数和幂函数的泰勒级数展开，并且忽略高阶项的影响。
为了确定高度，系统动力学成为组合纵向/水平运动和竖向运动的线性常系数常微分方程的状态空间表示，其中状态为[δvδy’δy]，并且输入为[δwδα]。应当注意的是，从[δv]到竖向加速度的耦合g/V0是相当小的，并且只要控制系统使耦合失效，竖向通道和纵向通道就可以是解耦的。
纵倾控制被设计为叠加在高度控制系统上。即，输入是悬浮发生器偏离平衡的差分角，其中前悬浮发生器的正纵倾和后悬浮发生器的负纵倾是正的。将方程扩展到平衡位置(标称纵倾是平坦的)。纵倾控制器的状态为[δθ’δθ]，输入为[δαθ]。
与纵倾控制类似，侧倾控制也被设计为叠加在高度控制系统上。即，输入是悬浮发生器偏离平衡的差分角，其中位于运载工具的左舷侧的正悬浮发生器以及位于运载工具的右舷侧的负悬浮发生器是正输入。将方程扩展到平衡位置(标称侧倾是平坦的)。侧倾控制器的状态为[δφ’δφ]，输入为[δαφ]。
平衡电机转速是由管内的推进电机产生的提升力、运载工具的前进速度、磁体角度的函数。考虑到电机转速、运载工具速度、驱动构件的半径和磁体的几何角度，这也可以被重新定义为对提升系数的求解。
全纵向方程是弱耦合的，并且可以被分解为运载工具速度(轴向)速度方程和竖向方程。尽管它们确实相互作用，但由于相互作用很弱，因此可以利用独立的控制系统对它们进行分别处理。通过从耦合系统中删除适当的列和行，从全耦合方程中导出方程。结果状态为[δv’δv]，输入为[δω]。
利用耦合系统的完全扰动模型，竖向运动方程仅受轴向运载工具速度变化的微弱驱动。考虑到这种弱耦合，设计了控制系统拓扑结构，其将运载工具速度、高度控制与轨道、纵倾控制和侧倾控制相分离。控制系统拓扑是基于竖向通道控制器、纵倾通道控制器和侧倾通道控制器的良好的位置。这些到悬浮发生器角度的指令输入信号中的每一个向维持飞行所需的标称角度(αo)添加适当的符号。
控制系统被设计为针对其标称目标在高度、纵倾和侧倾上调节系统，该控制系统利用线性扰动动力学和反馈扰动状态(不是全态)进行控制。这些增益被计算为固定矩阵K，其中将扰动状态和这些状态的导数相乘，其中扰动状态取决于三个控制器中的哪一个被实施。生成增益矩阵K，使得归一化扰动状态和归一化致动器输入的平方和的积分在无穷时间范围内是最小化的。这是利用布赖森(Bryson)法则的线性二次调节器(linear-quadraticregulator，LQR)，但其通过使用扰动而不是完全状态进行校正。
实际飞行运载工具的控制系统性能的限制因素是对悬浮发生器角加速度的限制。为了约束控制系统，考虑这些加速度限制，将状态增强为包括悬浮发生器角度角速度和悬浮发生器角度位置。因此，控制系统的新的输出是经命令的悬浮发生器加速度。此外，利用LQR和布赖森法则，计算出新的常数增益矩阵，以生成悬浮发生器的输出指令加速度。然而，执行器并不是由加速度驱动的，而是由经命令的位置来驱动的。因此，利用离线封闭式积分从经命令的加速度中计算目标位置。
需要矩阵乘法的全状态估计器对于嵌入式计算机而言是繁重的，该嵌入式计算机在每一个控制系统的时间步长内重新计算指令输出。实现了用于速率变量的封闭式、最小二乘估计器。为了在嵌入式处理器上以最小计算量生成速度估计值，对该最小二乘估计器进行了优化，以产生用于与之前的N个测量值相乘的一组常数系数。
实现仅估计那些扰动变量而不估计由传感器组直接测量的值的降阶估计器。这样做，大大减少了嵌入式处理器的计算负担。此外，在测量到的变量有效的情况下，那些变量的估计值没有用于控制计算中。因此，控制系统保持了更高的性能。这是通过对扰动动力学矩阵重新排序和划分来实现的，以便将扰动状态区分为未知状态和测量状态。使用A矩阵所体现的物理模型来估计未知状态的值。
为了平滑地切换或实现轨道凹陷的轨迹，实现了前馈轨迹，该前馈轨迹预先计算用于整个轨迹运动的扰动状态。这样，控制系统的负担被最小化。然后，基于轨道的向下距离而不是时间，将轨迹参数化。在轨道上的通过机动的一组扰动状态被发送至控制系统，作为对扰动状态的偏移和对控制系统执行器的前馈输入。通过包装所描述的反馈回路，围绕该标称的前馈轨迹，运载工具将跟踪经命令的轨迹，并且具有最小化的控制负担。此外，这种结构补偿了运载工具的实际位置与所期望的轨迹之间的不匹配性。
可以相信的是示例性的实施例及其益处将从上面的描述中得到理解，并且明显的是，在不背离本公开的精神和范围或者不牺牲其所有益处的情况下，可以对其做出各种改变，以上描述的示例仅仅是本公开的优选实施例或者示例性的实施例。

Claims (25)

1.一种控制沿磁飞行导轨移动的运载工具的方法，所述方法包括：
在控制器处接收由一个或多个传感器生成的数据；
在所述控制器处接收与所述运载工具的计划飞行路径有关的数据；
在所述控制器处确定所述运载工具相对于所述磁飞行导轨的高度；
在所述控制器处确定所述运载工具相对于所述磁飞行导轨的速度；
在所述控制器处计算所述运载工具与所述计划飞行路径的偏差；
在所述控制器处，至少基于所述偏差和所述速度，计算所述运载工具的状态空间；以及
从所述控制器发送与所述状态空间相对应的数据，所述数据用于改变多个悬浮发生器中的至少一个悬浮发生器的角度或者改变所述运载工具的速度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一个或多个传感器包括与所述多个悬浮发生器中相应的一个悬浮发生器相关联的至少一个传感器。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述至少一个传感器是超声传感器或光学传感器。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一个或多个传感器包括至少四个传感器，所述至少四个传感器是与相应的悬浮发生器相关联的超声传感器或光学传感器。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用高度控制器、纵倾控制器和侧倾控制器中的一种或多种来计算所述状态空间。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述高度控制器、所述纵倾控制器和所述侧倾控制器是状态空间控制器的一些部分。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：利用所述高度控制器来计算所述多个悬浮发生器中的至少一个悬浮发生器的角度的变化。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：利用所述纵倾控制器来计算所述多个悬浮发生器中的至少一个悬浮发生器的角度的变化。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：利用所述侧倾控制器来计算所述多个悬浮发生器中的至少一个悬浮发生器的角度的变化。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：利用所述高度控制器来计算所述运载工具的经命令的速度的变化。
11.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：利用所述纵倾控制器来计算所述运载工具的经命令的速度的变化。
12.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：利用所述侧倾控制器来计算所述运载工具的经命令的速度的变化。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：计算所述多个悬浮发生器中的至少一个悬浮发生器的角度的变化。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：确定所述计划飞行路径与所述运载工具相对于所述导轨的当前位置的差值。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在三维空间中确定所述偏差，并且利用在三维空间中的所述偏差来确定侧倾、高度和纵倾。
16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：改变所述多个悬浮发生器中的一个或多个悬浮发生器的角度。
17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：改变所述多个悬浮发生器中的第一悬浮发生器的角度，而不依赖于对所述多个悬浮发生器中的第二悬浮发生器的角度的改变。
18.一种用于控制沿磁飞行导轨移动的运载工具的系统，该系统包括：
多个传感器，其可操作为检测所述运载工具相对于所述导轨的位置；
多个悬浮发生器，所述多个悬浮发生器具有所述多个传感器中与其相关联的至少一个传感器；
至少一个控制器，其包括至少一个处理器单元并且可操作地耦接至所述多个传感器中的至少一个传感器以及所述多个悬浮发生器中的至少一个悬浮发生器，所述至少一个控制器被配置为：
接收由所述多个传感器中的至少一个传感器生成的数据；
接收与所述运载工具的计划飞行路径有关的数据；
确定所述运载工具相对于所述导轨的高度；
利用所述多个传感器中的至少一个传感器来确定所述运载工具相对于所述磁飞行导轨的速度；
计算所述运载工具与所述计划飞行路径的偏差；
至少基于所述偏差和所述速度来计算所述运载工具的状态空间；以及
发送与所述状态空间相对应的数据，所述数据用于改变所述多个悬浮发生器中的至少一个悬浮发生器的角度或者改变所述运载工具的速度。
19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述多个传感器中的至少一个传感器是超声传感器或光学传感器。
20.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述多个传感器包括至少四个传感器，所述至少四个传感器是与相应的悬浮发生器相关联的超声传感器或光学传感器。
21.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述至少一个控制器包括以下中的至少一种：高度控制器、纵倾控制器或侧倾控制器。
22.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述多个传感器包括以下中的至少一种：激光传感器、光学传感器、摄像头传感器、机械传感器、磁传感器、光学传感器、编码器、RFID或前视雷达。
23.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，还包括：数据库，该数据库存储与所述运载工具的计划飞行路径有关的数据，该数据至少包括描述导轨段的信息。
24.根据权利要求18所述的系统，还包括：驱动电机，其中所述多个悬浮发生器中的至少一个悬浮发生器的角度由所述驱动电机调节。
25.一种控制沿磁飞行导轨移动的运载工具的高度的方法，所述方法包括：
在控制器处接收由一个或多个传感器生成的数据；
在所述控制器处确定所述运载工具相对于所述磁飞行导轨的高度；
在所述控制器处接收经存储的数据，该数据与沿所述运载工具的计划飞行路径的所述导轨相关联；
在所述控制器处确定所述运载工具相对于所述磁飞行导轨的速度；
在所述控制器处计算所述运载工具与所述计划飞行路径的当前偏差；
在所述控制器处计算所述运载工具与所述计划飞行路径的预估未来偏差；以及
在所述控制器处，至少基于所述高度、所述经存储的数据、所述速度、所述当前偏差和所述预估未来偏差中的至少一个，计算至少一个悬浮发生器的角度的变化。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023059467A1 (en) * 2021-10-06 2023-04-13 Hyperloop Technologies, Inc. System and method for hyperloop motion control and state estimation

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5071087A (en) * 1991-03-11 1991-12-10 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method of guiding an in-flight vehicle to a desired flight path
US5477788A (en) * 1992-12-07 1995-12-26 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetic levitating apparatus
US6129025A (en) * 1995-07-04 2000-10-10 Minakami; Hiroyuki Traffic/transportation system
CN102387973A (zh) * 2009-01-23 2012-03-21 麦克纳莫绅有限公司 改进的由短块线性同步电机和换向机构驱动的运输系统
CN103717440A (zh) * 2011-06-07 2014-04-09 麦克纳莫绅有限公司 线性同步电机推进系统的通用控制
US9090167B2 (en) * 2011-06-30 2015-07-28 Skytran Inc. Drive system for a transportation system
WO2016037116A1 (en) * 2014-09-05 2016-03-10 Skytran Inc. Vertical switching in a magnetic levitation guideway transportation system
JP2016155518A (ja) * 2015-02-26 2016-09-01 一賢 三好 飛行体および高速交通システム
CN106030431A (zh) * 2014-08-15 2016-10-12 深圳市大疆创新科技有限公司 传感器的自动标定系统及方法
JP6023918B2 (ja) * 2013-08-14 2016-11-09 タレス・カナダ・インクＴｈａｌｅｓ Ｃａｎａｄａ Ｉｎｃ． 車両に基づく測位システムおよびそれを用いる方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5332180A (en) * 1992-12-28 1994-07-26 Union Switch & Signal Inc. Traffic control system utilizing on-board vehicle information measurement apparatus
JP2735110B2 (ja) * 1994-04-28 1998-04-02 愛知精工株式會社 水面滑走艇
JPH101086A (ja) * 1996-06-13 1998-01-06 Yamaha Motor Co Ltd 全没型水中翼の制御用のメカニカルハイトセンサー
US5904101A (en) * 1997-04-22 1999-05-18 Power Superconductor Applications Co., Inc. Auxiliary propulsion for magnetically levitated vehicle
WO2007021206A1 (en) * 2005-08-18 2007-02-22 Maglevvision Corporation Magnetic levitation transport system
JP5099629B2 (ja) * 2007-10-23 2012-12-19 東芝エレベータ株式会社 磁気浮上装置
US7950333B2 (en) * 2008-03-11 2011-05-31 Disney Enterprises, Inc. Passive magnetic levitation ride for amusement parks
FR2976355B1 (fr) 2011-06-09 2013-06-21 Jean Luc Desbordes Dispositif de mesure de vitesse et de position d'un vehicule se deplacant le long d'une voie de guidage, procede et produit programme d'ordinateur correspondant.
US10308135B2 (en) * 2015-06-03 2019-06-04 Greg Henderson Magnetic levitation of vehicles
CN106809251B (zh) * 2015-12-02 2019-09-27 北京控股磁悬浮技术发展有限公司 磁悬浮列车轨道不平顺的监测及预测方法、装置和系统

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5071087A (en) * 1991-03-11 1991-12-10 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method of guiding an in-flight vehicle to a desired flight path
US5477788A (en) * 1992-12-07 1995-12-26 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetic levitating apparatus
US6129025A (en) * 1995-07-04 2000-10-10 Minakami; Hiroyuki Traffic/transportation system
CN102387973A (zh) * 2009-01-23 2012-03-21 麦克纳莫绅有限公司 改进的由短块线性同步电机和换向机构驱动的运输系统
CN103717440A (zh) * 2011-06-07 2014-04-09 麦克纳莫绅有限公司 线性同步电机推进系统的通用控制
US9090167B2 (en) * 2011-06-30 2015-07-28 Skytran Inc. Drive system for a transportation system
JP6023918B2 (ja) * 2013-08-14 2016-11-09 タレス・カナダ・インクＴｈａｌｅｓ Ｃａｎａｄａ Ｉｎｃ． 車両に基づく測位システムおよびそれを用いる方法
CN106030431A (zh) * 2014-08-15 2016-10-12 深圳市大疆创新科技有限公司 传感器的自动标定系统及方法
WO2016037116A1 (en) * 2014-09-05 2016-03-10 Skytran Inc. Vertical switching in a magnetic levitation guideway transportation system
JP2016155518A (ja) * 2015-02-26 2016-09-01 一賢 三好 飛行体および高速交通システム

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