CN111806245B - 一种用于磁浮列车的悬浮控制系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于磁浮列车的悬浮控制系统和控制方法。磁浮列车上的每个悬浮架上设有一个总控制器和多个悬浮点单元，所述的总控制器同时获取每个悬浮点单元采集的车辆和轨道数据，通过交叉耦合算法进行数据融合，输出脉冲信号控制每个悬浮点单元进行自适应悬浮。与现有技术相比，本发明能够实现同一悬浮架上的多个悬浮点单元协同自适应智能控制，避免了悬浮点掉点或者砸轨现象的发生，提高了磁浮列车运行时的可靠性和稳定性。

Description

一种用于磁浮列车的悬浮控制系统和控制方法

技术领域

本发明涉及磁悬浮列车领域，尤其是涉及一种用于磁浮列车的悬浮控制系统和控制方法。

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四悬浮架或五悬浮架结构。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。每个电磁铁由四个线圈组成，电磁铁上两个线圈两两串联在一起连接一个悬浮控制器，成为一个悬浮点。也就是说，每个悬浮架是由四个悬浮控制器独立进行控制的。但是，该结构的悬浮控制方式存在以下问题：由于每个悬浮点互相独立运行，列车内负载分布不均、轨道的随机不平顺(包括轨缝)等因素的作用下，可能导致悬浮间隙输出不一致，甚至在某一悬浮点发生掉点现象是产生联动反应导致悬浮架整体共振砸轨，影响旅客乘坐体验，也成为制约磁浮列车进一步发展和应用的瓶颈。

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用于磁浮列车的悬浮控制系统和控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于磁浮列车的悬浮控制系统，磁浮列车上的每个悬浮架上设有一个总控制器和多个悬浮点单元，所述的总控制器同时获取每个悬浮点单元采集的车辆和轨道数据，通过交叉耦合算法进行数据融合，输出脉冲信号控制每个悬浮点单元进行自适应悬浮。

进一步地，所述的交叉耦合算法用于计算某一悬浮点单元的采集数据与同一悬浮架上其余悬浮点单元采集数据的差值，该差值作为二类误差反馈至总控制器中，总控制器在对每个悬浮点单元进行并行控制的同时，进行多个悬浮点单元的协同控制。

进一步地，所述的总控制器包括处理器DSP，以及连接处理器DSP的多个斩波电路和多个接收电路，每个悬浮点单元对应连接一个斩波电路和一个接收电路。

进一步地，所述的斩波电路包括H型斩波器。

进一步地，每个悬浮单元包括悬浮传感器和悬浮电磁铁，所述的悬浮传感器用于采集车辆和轨道数据，所述悬浮电磁铁用于维持磁浮列车的悬浮和运行。

一种如上所述的用于磁浮列车的悬浮控制系统的控制方法，包括并行控制方法和协同控制方法，该悬浮控制系统同时执行两种控制方法，使得总控制器能够根据设定的期望悬浮间隙XTAR计算脉冲信号，并输出至各个悬浮点单元。

进一步地，所述的并行控制方法包括：

获取一个悬浮点单元采集的车辆和轨道数据作为输入信号S1，判断是否满足S1＝XTAR；若是，则将输入信号S1输入至总控制器，总控制器输出和前一时刻一致的脉冲信号至该悬浮点单元；若否，则将输入信号S1输入至总控制器，总控制器重新计算脉冲信号后输出至该悬浮点单元。

进一步地，所述的协同控制方法包括：

获取每个悬浮点单元采集的车辆和轨道数据作为输入信号，将某个悬浮点单元的采集数据作为输入信号S1，另一个与之不同的悬浮点单元采集的数据作为输入信号S2，判断输入信号S1、输入信号S2和期望悬浮间隙XTAR之间的关系；

若S1＝S2＝XTAR，则将输入信号S1输入至总控制器，总控制器输出和前一时刻一致的脉冲信号至S1对应的悬浮点单元；

若S1＝S2≠XTAR，则将输入信号S1输入至总控制器，总控制器重新计算脉冲信号后输出至S1对应的悬浮点单元；

若S1≠S2＝XTAR，即S1或S2的其中之一等于XTAR，则将输入信号S1输入至总控制器，通过交叉耦合算法计算S1和S2的相对误差E1，将相对误差E1作为二类误差反馈至总控制器中，总控制器根据输入信号S1计算脉冲信号，并且根据相对误差E1的反馈计算调节信号，将脉冲信号和调节信号融合后输出至S1对应的悬浮点单元；

若S1≠S2≠XTAR，即S1和S2不相等，并且均不等于XTAR，则中断并重新执行协同控制方法。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明采用了一个总控制器控制所有的悬浮点单元的结构，能够实现同一悬浮架上的多个悬浮点单元协同自适应智能控制，避免了悬浮点掉点或者砸轨现象的发生，提高了磁浮列车运行时的可靠性和稳定性。

2、本发明简化了悬浮控制系统的整体结构，降低运行和改造的成本。

附图说明

图1为总控制器的结构示意图。

图2为协同控制方法的流程示意图。

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。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例提供了一种用于磁浮列车的悬浮控制系统，磁浮列车上的每个悬浮架上设有一个总控制器和多个悬浮点单元。总控制器同时获取每个悬浮点单元采集的车辆和轨道数据，通过交叉耦合算法进行数据融合，输出脉冲信号控制每个悬浮点单元进行自适应悬浮。本实施例中每个悬浮架上设有四个悬浮点。

如图1所示，总控制器包括处理器DSP，以及连接处理器DSP的多个斩波电路和多个接收电路。每个悬浮点单元对应连接一个斩波电路和一个接收电路，因此本实施例中，总控制器具有四个接收电路分别为B1、B2、B3和B4，以及四个斩波电路H1、H2、H3和H4。四个斩波电路H1、H2、H3和H4依次通过驱动电路D1、D2、D3和D4连接处理器DSP。

每个悬浮单元包括悬浮传感器和悬浮电磁铁。悬浮传感器用于采集车辆和轨道数据，悬浮传感器的信号分别对应S1、S2、S3和S4，对应输入接收电路B1、B2、B3和B4。电磁铁用于维持磁浮列车的悬浮和运行，每个悬浮单元的电磁铁回路对应M1、M2、M3和M4，对应连接斩波电路H1、H2、H3和H4。

在总控制器中，根据悬浮传感器信号S1、S2、S3、S4，结合并行控制方法和协同控制方法，实现四个悬浮点单元自适应智能控制。通过总控制器计算出电磁铁M1、M2、M3、M4中的期望电流，并生成斩波器控制脉冲信号，输出到斩波电路H1、H2、H3、H4的驱动板中，在H1、H2、H3、H4产生各自相应电流输出到电磁铁M1、M2、M3、M4，使得各个悬浮点单元的稳定悬浮。

在一般的反馈控制电路中，将单悬浮点单元的悬浮间隙输出作为反馈量经过反馈调节器于期望间隙做差，求出悬浮间隙误差值，将误差值输入到处理器进行控制量调节。而在本发明涉的协同自适应控制中，不仅进行一般的反馈控制，同时通过交叉耦合算法计算某一悬浮点单元的采集数据与同一悬浮架上其余悬浮点单元采集数据的差值，该差值作为二类误差反馈至总控制器中，总控制器在对每个悬浮点单元进行并行控制的同时，进行多个悬浮点单元的协同控制，从而提高悬浮架整体的悬浮稳定性。

本实施例中的悬浮控制系统的控制方法包括同时进行的并行控制方法和协同控制方法，使得总控制器能够根据设定的期望悬浮间隙XTAR计算脉冲信号，并输出至各个悬浮点单元。

一、并行控制方法(以S1为例，S2、S3、S4的方法和S1相同)。

获取信号S1，判断是否满足S1＝XTAR；

若是，则将输入信号S1输入至总控制器进行计算，输出信号到斩波电路H1产生相应电流输出到电磁铁M1，此时控制电流与前一时刻控制电流保持一致。

若否，则将输入信号S1输入至总控制器进行重新计算，输出信号到斩波电路H1产生相应电流输出到电磁铁M1，此时控制电流为重新计算得到的电流值。

二、协同控制方法(以S1为例，S2、S3、S4的方法和S1相同)，如图2所示。

获取信号S1～S4；

判断S1和S2(或S3或S4)和期望悬浮间隙XTAR之间的关系；

若S1＝S2＝XTAR，则将输入信号S1输入至总控制器，总控制器输出和前一时刻一致的脉冲信号至S1对应的悬浮点单元，也就是此时协同控制方法不工作；

若S1＝S2≠XTAR，则将输入信号S1输入至总控制器，总控制器重新计算脉冲信号后输出至S1对应的悬浮点单元，此时协同控制方法也不工作；

若S1≠S2＝XTAR，即S1或S2的其中之一等于XTAR，则将输入信号S1输入至总控制器，通过交叉耦合算法计算S1和S2的相对误差E1，将相对误差E1作为二类误差反馈至总控制器中，总控制器根据输入信号S1计算脉冲信号，并且根据相对误差E1的反馈计算调节信号，将脉冲信号和调节信号融合后输出至S1对应的悬浮点单元；

若S1≠S2≠XTAR，即S1和S2不相等，并且均不等于XTAR，则中断并重新执行程序循环。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于磁浮列车的悬浮控制系统，其特征在于，磁浮列车上的每个悬浮架上设有一个总控制器和多个悬浮点单元，所述的总控制器同时获取每个悬浮点单元采集的车辆和轨道数据，通过交叉耦合算法进行数据融合，输出脉冲信号控制每个悬浮点单元进行自适应悬浮；

悬浮控制系统的控制方法包括并行控制方法和协同控制方法，该悬浮控制系统同时执行两种控制方法，使得总控制器能够根据设定的期望悬浮间隙XTAR计算脉冲信号，并输出至各个悬浮点单元；

所述的协同控制方法包括：

获取每个悬浮点单元采集的车辆和轨道数据作为输入信号，将某个悬浮点单元的采集数据作为输入信号S1，另一个与之不同的悬浮点单元采集的数据作为输入信号S2，判断输入信号S1、输入信号S2和期望悬浮间隙XTAR之间的关系；

若S1＝S2＝XTAR，则将输入信号S1输入至总控制器，总控制器输出和前一时刻一致的脉冲信号至S1对应的悬浮点单元；

若S1＝S2≠XTAR，则将输入信号S1输入至总控制器，总控制器重新计算脉冲信号后输出至S1对应的悬浮点单元；

若S1≠S2＝XTAR，即S1或S2的其中之一等于XTAR，则将输入信号S1输入至总控制器，通过交叉耦合算法计算S1和S2的相对误差E1，将相对误差E1作为二类误差反馈至总控制器中，总控制器根据输入信号S1计算脉冲信号，并且根据相对误差E1的反馈计算调节信号，将脉冲信号和调节信号融合后输出至S1对应的悬浮点单元；

若S1≠S2≠XTAR，即S1和S2不相等，并且均不等于XTAR，则中断并重新执行协同控制方法。

2.根据权利要求1所述的一种用于磁浮列车的悬浮控制系统，其特征在于，所述的交叉耦合算法用于计算某一悬浮点单元的采集数据与同一悬浮架上其余悬浮点单元采集数据的差值，该差值作为二类误差反馈至总控制器中，总控制器在对每个悬浮点单元进行并行控制的同时，进行多个悬浮点单元的协同控制。

3.根据权利要求1所述的一种用于磁浮列车的悬浮控制系统，其特征在于，所述的总控制器包括处理器DSP，以及连接处理器DSP的多个斩波电路和多个接收电路，每个悬浮点单元对应连接一个斩波电路和一个接收电路。

4.根据权利要求3所述的一种用于磁浮列车的悬浮控制系统，其特征在于，所述的斩波电路包括H型斩波器。

5.根据权利要求1所述的一种用于磁浮列车的悬浮控制系统，其特征在于，每个悬浮单元包括悬浮传感器和悬浮电磁铁，所述的悬浮传感器用于采集车辆和轨道数据，所述悬浮电磁铁用于维持磁浮列车的悬浮和运行。

6.根据权利要求1所述的一种用于磁浮列车的悬浮控制系统，其特征在于，所述的并行控制方法包括：

获取一个悬浮点单元采集的车辆和轨道数据作为输入信号S1，判断是否满足S1＝XTAR；若是，则将输入信号S1输入至总控制器，总控制器输出和前一时刻一致的脉冲信号至该悬浮点单元；若否，则将输入信号S1输入至总控制器，总控制器重新计算脉冲信号后输出至该悬浮点单元。

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