CN112590559A - 一种磁悬浮轨道平顺性偏点弦测的配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磁悬浮轨道平顺性偏点弦测的配置方法，属于磁悬浮交通技术领域。本发明基于高速磁浮车辆搭载的悬浮/导向间隙传感器分布特性选取一组悬浮/导向电磁铁，构造任意配置的偏点弦测模型，并构造逆滤波系统，实现车载作用下悬浮/导向轨动态不平顺的检测，为高速磁浮系统不平顺管理提供技术支撑。

Description

一种磁悬浮轨道平顺性偏点弦测的配置方法

技术领域

本发明属于磁悬浮交通技术领域，尤其涉及一种磁悬浮轨道平顺性偏点弦测的配置方法。

背景技术

常导吸力型高速磁浮列车依靠悬浮电磁铁和导向电磁铁提供的电磁力实现无接触的悬浮和导向，一般电磁铁与轨道梁之间的悬浮间隙在8-12mm，因电磁力大小与电磁铁悬浮间隙二次方成反比，决定了高速磁悬浮系统是一强非线性系统，若悬浮/导向轨表面粗糙度或错台幅值超出允许限制，造成悬浮/导向间隙发生突变，引起悬浮/导向控制系统产生高频剧烈振动，严重时系统振动进入混沌状态，影响高速条件下磁悬浮列车运行安全性和舒适性，所以对轨道梁的悬浮/导向轨的平顺性提出了严格要求。

悬浮/导向轨不平顺是确定控制器系统间隙反馈系数、加速度反馈系数的系统激励，目前仍无成熟的适用于磁浮交通系统的悬浮/导向轨不平顺检测方法，多借用轮轨系统中的中国谱、德国谱、美国谱作为控制器激励进行控制器反馈系统调参，调试稳定后的控制器无法应用于实际运营环境下磁浮车辆的控制。因此，本申请提出一种适用于磁悬浮系统悬浮/导向轨动态不平顺测量方法，为制定常导吸力型高速磁悬浮系统悬浮/导向轨不平顺谱提供技术支撑。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种磁悬浮轨道平顺性偏点弦测的配置方法，因高速磁浮车辆悬浮架搭载的电磁铁间隙传感器分布间距不满足中点弦测量特点，无法采用铁路领域广泛应用的轨道不平顺中点弦测法的问题。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

本方案提供一种磁悬浮轨道平顺性偏点弦测的配置方法，包括以下步骤：

S1、搭载间隙传感器作为间隙测量点，并选取磁浮车辆悬浮架搭载的悬浮/导向电磁铁作为测量弦；

S2、读取间隙传感器检测数据，对所述检测数据的异常值进行修正，并基于波形匹配方法获取相邻间隙传感器之间真实分布间距a和b；

S3、选取某悬浮架一组电磁铁3个间隙传感器，并根据所述间隙传感器之间真实分布间距a和b，确定偏点弦测法的传递特性，并根据所述偏点弦测法的传递特征对测量系统单位脉冲响应进行Z变换；

S4、根据所述Z变换结果，判断是否满足最小相位测量系统的条件，若是，则进入步骤S5，否则，进入步骤S6；

S5、计算得到偏点弦单位脉冲响应的零点，当所述零点分布在Z平面单位圆内时，将逆滤波系统单位脉冲响应的满足条件作为最小相位测量系统的条件，完成对磁悬浮轨道平顺性偏点弦测的配置；

S6、构造全通滤波系统，使所述全通滤通系统满足逆滤波系统传递特性，并根据所述逆滤波系统传递特性构造有理传递函数，并根据所述有理传递函数对间隙传感器检测数据进行滤波处理，完成对磁悬浮轨道平顺性偏点弦测的配置。

进一步地，所述步骤S2包括以下步骤：

S201、读取间隙传感器检测数据，识别各间隙传感器在t_i时刻对应的间隙异常值y_i；

S202、选取相邻间隙传感器t_i时刻对应的检测数据y_i-1(t_i)和y_i+1(t_i)，并根据检测数据y_i-1(t_i)和y_i+1(t_i)计算得到间隙异常值y_i在t_i时刻的修正值；

S203、根据间隙异常值y_i在t_i时刻的修正值，基于波形匹配方法获取相邻间隙传感器之间真实分布间距a和b。

再进一步地，所述步骤S202中间隙异常值y_i在t_i时刻的修正值的表达式如下：

其中，y_i(t_i)表示各间隙传感器的间隙异常值y_i在t_i时刻的修正值，y_i-1(t_i)和y_i+1(t_i)均表示相邻间隙传感器t_i时刻对应的检测数据，且i＝1,2,3,4,5。

再进一步地，所述步骤S203中相邻间隙传感器之间真实分布间距a的表达式如下：

所述相邻间隙传感器之间真实分布间距b的表达式如下：

其中，t₁和t₂均表示接缝时相邻间隙传感器时间差，v表示车辆运行速度。

再进一步地，所述步骤S3中进行Z变换的表达式如下：

其中，h(z)表示测量系统单位脉冲响应的Z变换，a和b均表示相邻间隙传感器之间真实分布间距，z^a+b表示最高次为a+b的方程式。

再进一步地，所述步骤S5中逆滤波系统单位脉冲响应的满足条件如下：

其中，h_i表示逆滤波系统单位脉冲响应，h表示测量系统单位脉冲响应。

再进一步地，所述步骤S6中使所述全通滤通系统满足逆滤波系统传递特性的表达式如下：

h＝h_min·h_ap

其中，h表示测量系统单位脉冲响应，h_ap表示全通滤波系统，h_min表示逆滤波系统传递特性，a和b均表示相邻间隙传感器之间真实分布间距，z₁，z₂和z_a+b均表示偏点弦单位脉冲响应的零点，z_a表示极点，

表示z_i的共轭值，z_i表示最高次为a+b的分子方程式的第i个根。

再进一步地，所述步骤S6中有理传递函数的表达式如下：

其中，Y_z表示有理传递函数，b_i表示有理传递函数的分子系数，i＝1+2,...,+n+1，a_j表示有理传递函数的分母系数，j＝1+2,...,+m+1，z^-n表示最高次为n的分子方程式，z^-m表示最高次为m的分子方程式。

本发明的有益效果：

(1)本发明基于高速磁浮车辆搭载的悬浮/导向间隙传感器分布特性选取一组悬浮/导向电磁铁，构造任意配置的偏点弦测模型，并构造逆滤波系统，可实现车载作用下悬浮/导向轨动态不平顺的检测，为高速磁浮系统不平顺管理提供技术支撑。

(2)高速磁浮车辆悬浮架搭载的电磁铁间隙传感器分布间距不满足中点弦测量特点，无法采用铁路领域广泛应用的轨道不平顺中点弦测法，本发明设计了适用于高速磁浮系统悬浮/导向轨动态不平顺的偏点弦测法测量法，提出了逆滤波特性，满足了高速磁浮动态不平顺在线检测的需求。

(3)高速磁浮轨道梁系统存在大量悬浮/导向轨接缝，本发明充分利用间隙传感器检测数据异常值之间的时间差，可获取真实条件下的传感器间距a和b，并对其异常值进行修正，若传感器间距a和b互质表示为最优配置。

(4)目前为保障高速磁浮车辆运行平稳性，通过采取刚度较大的轨道梁降低挠度位移，避免悬浮控制器失稳，影响车辆运行安全。本发明采用车载传感器实时动态监测数据，结合偏点弦测法，在线复原悬浮/导向轨动态不平顺作为悬浮/导向控制器输入参数，实现磁浮车辆悬浮/导向主动控制，可适当降低轨道梁设计刚度，降低高速磁浮线路建设成本。

附图说明

图1为本实施例中轨道梁悬浮/导向轨不平顺示意图。

图2为本实施例中单铁磁悬浮系统动态模型示意图。

图3为本实施例中偏点弦测法基本流程示意图。

图4为本实施例中高速磁悬浮车辆悬浮架示意图。

图5为本实施例中中点弦测法基本原理示意图。

图6为本实施例中不同弦长幅频特性。

图7为本实施例高速磁浮悬浮间隙传感器分布示意图。

图8为本实施例中偏点弦测量原理示意图。

图9为本发明的方法流程图。

图10为本实施例中间隙传感器通过悬浮/导向轨接缝波形匹配及时间延迟示意图。

图11为本实施例中偏点弦测量过程示意图。

图12为本实施例中偏点弦测量值重构原始不平顺流程示意图。

图13为本实施例中单位脉冲响应长度示意图。

图14为本实施例中测量系统h的幅频响应及相频响应特性示意图。

图15为本实施例中测量系统h(a＝8,b＝28)幅频响应及相频响应特性示意图。

图16为本实施例中总系统波长域传递特性示意图。

图17为本实施例中悬浮轨不平顺随机波形示意图。

图18为本实施例中测量系统检测数据示意图。

图19为本实施例中逆滤波系统重构不平顺波形示意图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

实施例

高速磁悬浮系统悬浮/导向轨不平顺类型与轮轨系统轨道不平顺类型存在较大差异，主要有悬浮轨纵向高低不平顺、横向横坡、两者叠加产生的复合不平顺，以及导向轨纵向方向不平顺、垂向斜坡、两者叠加产生的复合不平顺，如图1所示。悬浮/导向轨不平顺的存在使得悬浮间隙偏离理想值(8-12mm)，需要悬浮/导向控制器实时调整工作电压改变电磁力以维持高速磁悬浮列车平稳、安全地运行。以状态空间法描述单铁磁悬浮系统动态工作原理，如图2所示，图2中，Z(t)为绝对参考坐标系下电磁铁空间坐标，h(t)为绝对参考坐标系下导轨不平顺，x(t)为悬浮/导向间隙，mg为重力，f_d(t)为外界干扰力，i(t)为控制器电流，u(t)为控制器电压，φ(t)为磁通量。可以构造出系统状态空间动态方程组包括力学平衡方程、电气平衡方程以及边界条件，如式(1)-(4)所示。电磁力：

力学平衡方程：

电气平衡方程：

边界条件：

z_t＝x_t+h_t (4)

式中，F(i,x)为悬浮电磁力，i(t)为电磁铁工作电流，x(t)为动态悬浮间隙，z_t为悬浮电磁铁绝对位置，μ(t)为悬浮电磁铁控制电压，R为悬浮电磁铁线圈电阻，N为悬浮电磁铁线圈匝数，A为悬浮电磁铁磁极面积，m为悬浮电磁铁质量，f_d(t)为外界干扰力,dw/dx表示能量变化率，μ₀表示真空磁导率，g表示重力加速度，di(t)/dt表示电流响应i(t)导数，dx(t)/dt表示间隙变化率，

表示惯性力。

为求解上述系统状态空间动态方程组，一般需要对非线性方程组在系统平衡位置进行线性化，可得如下线性化方程组：

Δu(t)＝RΔi(t)+L₀Δl(t)-Δu(t) (6)

Δz(t)＝Δx(t)+Δh(t) (7)

选取电磁铁悬浮间隙变化量Δx(t)、悬浮轨不平顺激励Δh(t)、电磁铁振动加速度

作为控制器观测量，构造出形如式(8)标准的状态空间方程：

式中，X为系统状态观测量，u为系统输入，W为系统外界干扰，A、B和C分别为系统状态矩阵、输入传递矩阵、输出传递矩阵，Y为系统输出，P为系统干扰矩阵。

传感器观测量输入控制器，实现工作电压的反馈控制，如式(9)所示：

式中，K为控制器放大系数，K_p为间隙反馈系数，K_v为间隙变化率反馈系数，K_a为电磁铁加速度反馈系数，u^*为控制器电压输入常量，Δu(t)为实时控制电压，Δx表示电磁铁悬浮间隙变化量，

表示悬浮电磁铁加速度。

悬浮/导向轨不平顺作为高速磁悬浮列车控制器重要输入参数，因此检测轨道梁悬浮/导向轨不平顺对控制器选取调整反馈控制系数至关重要。目前高速磁悬浮系统轨道梁悬浮/导向轨不平顺检测技术仍是空白，本申请提出一种基于偏点弦测法检测悬浮/导向轨不平顺，如图3所示，为弦测法基本思路。常导吸力型高速磁悬浮车辆依靠4个悬浮架搭载的14个悬浮电磁铁和12个导向电磁铁实现悬浮和导向，如图4所示。悬浮和导向电磁铁长度一般为3m左右，其磁极表面承受近似均匀分布的悬浮/导向电磁力，在高速磁浮车辆前进过程中悬浮/导向电磁铁做垂向沉浮和横向平移运动，可看作弦测法的悬浮/导向间隙测量传感器的测量弦。通过获取磁浮车辆悬浮架的悬浮/导向间隙传感器检测数据，无需额外安装间隙传感器，可作为一种高速磁悬浮系统悬浮/导向轨不平顺的经济、高效检测方案。

中点弦测法是轮轨系统测量钢轨高低、轨向不平顺的传统测量方法，是一种不稳定的基准，存在“夸大、缩小、完全不反映、歪曲实际不平顺的正负方向以及出现虚假图形等无法克服的严重缺陷”，其测量过程如图5所示，图5中，z_a为位置A传感器测量值，z_b为位置B传感器测量值，z_c为位置C传感器测量值，Δz₁为弦测值，测量弦A',B',C'表示ACB测量方向的下一个位置。中点弦测法传递函数在0至2之间变化，可通过特定的逆滤波方法使得传递函数在特定的波长范围内稳定在1附近，如图6所示。

利用高速磁浮车辆搭载的悬浮/导向电磁铁作为测量弦，因悬浮/导向间隙传感器均布置在电磁铁两端，不满足中点弦测法传感器布置要求，无法采用传统中点弦测法在线检测悬浮/导向轨动态不平顺。高速磁浮线路存在大量的悬浮/导向轨接缝，车辆经过接缝时，悬浮/导向电磁铁间隙传感器检测数据趋于无穷大，此时控制器响应会发生突变，严重影响车辆运行安全性和乘坐舒适性。目前多采用传感器冗余措施增强控制器鲁棒性，在容错控制时，可以将接缝位置传感器信号剔除，利用剩余的两个传感器通过平均的方式获取该悬浮点的悬浮间隙，如图7所示，具体单个悬浮/导向电磁铁传感器配置数量可进行实际调查。

为满足高速磁浮悬浮/导向轨动态不平顺测量需求，同时保障测量精度。本申请依据悬浮/导向电磁铁间隙传感器实际分布特性，提出一种适应磁浮系统不平顺测量的偏点弦测方法。该方法将悬浮/导向电磁铁作为测量弦，搭载的涡流传感器作为间隙测量点。若无特殊说明，均以悬浮电磁铁为例，其偏点弦测法基本原理如图8所示，传感器选取组合工况将在本申请的实现细节部分进行介绍，图8中，z_a为偏点弦位置A传感器测量值，偏点弦z_b为位置B传感器测量值，z_c为偏点弦位置C传感器测量值，Δz₁为偏点弦测量值，偏点弦A',B',C'表示ACB测量方向的下一个位置。

该测量弦仅受电磁力作用上下运动z^*，假设t₁时刻测量弦位置为AB，弦长为l，选取三个传感器作为测量点，分布间距为a和b，三点位置处间隙传感器测量值为z_a/z_b/z_c，轨道梁悬浮轨在电磁力作用下动态不平顺为h_x，传感器标准采样步长为ΔL_s，则对应的偏点弦测值为Δz₁：

目前高速磁悬浮系统建设标准等级为600km/h，一般关注影响车辆乘坐舒适性的中长波不平顺(波长范围3m～167m)。选取一组悬浮/导向电磁铁作为测量弦，任意三个间隙传感器构成一组偏点弦测法。具体技术方案流程如图9所示：

S1、搭载间隙传感器作为间隙测量点，并选取磁浮车辆悬浮架搭载的悬浮/导向电磁铁作为测量弦；

S2、读取间隙传感器检测数据，对所述检测数据的异常值进行修正，并基于波形匹配方法获取相邻间隙传感器之间真实分布间距a和b；

S3、选取某悬浮架一组电磁铁3个间隙传感器，并根据所述间隙传感器之间真实分布间距a和b，确定偏点弦测法的传递特性，并根据所述偏点弦测法的传递特征对测量系统单位脉冲响应进行Z变换；

S4、根据所述Z变换结果，判断是否满足最小相位测量系统的条件，若是，则进入步骤S5，否则，进入步骤S6；

S5、计算得到偏点弦单位脉冲响应的零点，当所述零点分布在Z平面单位圆内时，将逆滤波系统单位脉冲响应的满足条件作为最小相位测量系统的条件，完成对磁悬浮轨道平顺性偏点弦测的配置；

S6、构造全通滤波系统，使所述全通滤通系统满足逆滤波系统传递特性，并根据所述逆滤波系统传递特性构造有理传递函数，并根据所述有理传递函数对间隙传感器检测数据进行滤波处理，完成对磁悬浮轨道平顺性偏点弦测的配置。

本实施例中，选取第一节磁浮车辆悬浮架搭载的悬浮/导向电磁铁作为测量弦，读取间隙传感器检测数据，并进行预处理消除悬浮/导向轨接缝引起的异常不平顺，基于波形匹配方法获取各传感器之间真实的分布间距a和b。

本实施例中，提出一种偏点弦测法测量轨道梁悬浮/导向轨不平顺，偏点弦表示传感器间距a≠b，测量弦长为l＝a+b，这里a和b的取值依据为实际悬浮间隙传感器间距，在已知车辆运行速度v条件下，基于同一电磁铁间隙传感器检测数据进行波形匹配，得到经过接缝时各传感器间时间差t_i，i＝1,2,3,4,5，如图10所示，图10中，t₁/t₂/t₃/t₄/t₅表示相邻间隙传感器测量值时间差，y₁/y₂/y₃/y₄/y₅/y₆表示间隙传感器1#/2#/3#/4#/5#/6#的测量值向量，x_ti表示t_i时刻间隙传感器测量值。图7示意了高速磁浮车辆悬浮间隙传感器分布，从中选取3个传感器构成偏点弦，可有

种组合工况，图10示意了选取传感器间隙数据，可通过离散数据协方差确定时间差t₁和t₂，因此可确定传感器间距，这里以相邻间隙传感器的分布间距求取为例：

其中，t₁和t₂均表示接缝时相邻间隙传感器时间差，v表示车辆运行速度。

本实施例中，因高速磁浮理想悬浮间隙在10mm，控制器允许波动范围在±2mm，当间隙传感器经过悬浮轨接缝时，悬浮间隙传感器检测值远远超出12mm，为避免过大间隙值影响悬浮或导向控制器正常工作，这里通过采取硬件冗余措施，对异常值进行修正，首先，基于阈值(如14mm或更大)识别各传感器t_i时刻对应的间隙异常值y_i，接着，选取相邻间隙传感器t_i时刻对应的检测数据y_i-1(t_i)和y_i+1(t_i)，则间隙异常值y_i在t_i时刻的修正值如下式所示：

其中，y_i(t_i)表示各间隙传感器的间隙异常值y_i在t_i时刻的修正值，y_i-1(t_i)和y_i+1(t_i)均表示相邻间隙传感器t_i时刻对应的检测数据，且i＝1,2,3,4,5，其修正效果如图10所示。

本实施例中，选取某悬浮架一组电磁铁3个间隙传感器，依据传感器间距a和b，确定该配置条件下偏点弦测法的传递特性，并进行Z变换，观察是否满足最小相位测量系统条件。偏点弦测法测量过程，实际是悬浮/导向轨动态不平顺y与测量系统单位脉冲响应h的卷积，如图11所示，可表示：

其中，m表示悬浮/导向轨不平顺测量值，n表示悬浮/导向轨动态不平顺真实值数据长度，h表示测量系统单位脉冲响应，y[n]表示悬浮/导向轨动态不平顺真实值。

偏点弦的单位脉冲响应(测量系统单位脉冲响应)h可描述为：

其中，x表示不平顺空间里程。

对式(13)进行Z变换可得：

进一步可表示为：

本实施例中，a和b的取值直接影响测量系统的频域特性，悬浮/导向电磁铁传感器间隙a和b可能选取的组合达到20种，可用A₂₀＝{a_i|i＝1,2,...,20}和B₂₀＝{b_i|i＝1,2,...,20}表示，不同的a和b配置条件其频域响应特性是不同的，特别是a_i和b_i的最大公约数d大于1的情况下gcd(a_i,b_i)>1，其传递函数零点也相应增加，该现象将在案例分析中进一步表示，这里选取公约数小于1的配置。

本实施例中，通过Z变换，求取偏点弦单位脉冲响应(测量系统单位脉冲响应)h的零点和极点，判断零点是否分布在Z平面单位圆内，若所有零点均分布在单位圆内，则逆滤波系统单位脉冲响应满足

本实施例中，偏点弦单位脉冲响应(测量系统单位脉冲响应)h经Z变换后，其零点即满足式(15)等式为零的根，可表示为：

-az^a+b+(a+b)z^a-b＝-a(Z-Z₁)(Z-Z₂),...,(Z-Z_a+b) (17)

若方程零点Z₁，Z₂和Z_a+b均小于1，即所有零点均分布在单位圆内，则逆滤波系统单位脉冲响应h_i可直接对测量系统单位脉冲响应h取倒数，如下式：

本实施例中，若选取的测量系统单位脉冲响应h的零点分布在单位圆外，不满足最小相位测量系统条件，需构造全通滤波系统h_ap，即h＝h_min·h_ap，则h_min满足需要的逆滤波系统传递特性。

本实施例中，若式(16)的零点存在大于1的值，无法直接通过测量系统单位脉冲响应h取倒数获取，可通过对大于1的零点取倒数，使得测量系统特性满足最小相位系统，即：

可对式(15)进行修正，得：

此时，h_min满足最小相位系统，需构造全通滤波系统h_ap，保持式(16)前后变换h保持不变，则h进一步表示为：

h＝h_min·h_ap (21)

h_min保留了h得幅频特性，全通滤波系统h_ap修正了非线性相位特性，则逆滤波系统单位脉冲响应h_i可表示为：

最后，偏点弦测量值m经逆滤波系统h_i和全通滤波系统h_ap复原悬浮/导向轨原始不平顺y*，如图12所示，图12中，y表示真实不平顺。

本实施例中，依据逆滤波系统传递特征h_min构造有理传递函数

最后，对间隙传感器检测数据进行滤波处理，得到悬浮/导向轨动态不平顺。

本实施例中，依据逆滤波系统传递特征h_i得到有理传递函数Y_z，得到滤波器参数，即：a_i(i＝1,2,...,m)和b_i(i＝1,2,...,n)，可得：

y*＝m·h_i·h_ap (23)

下面对本发明作进一步说明：

(1)选取a＝13，b＝31,可知h单位脉冲响应可表示为：

h空间域响应特性，如图13所示。则该配置偏点弦测量过程，即为车辆荷载作用下悬浮/导向轨真实动态不平顺与单位脉冲响应的卷积过程，可表示为：

h测量特性可表示为：

h的Z变换为：

其幅频响应特性与相频响应特性，如图14所示。取配置a和b最大公约数为4的情况，其频域传递特性有4个零点，这里讨论a＝8,b＝28，则，gcd(8,28)＝4图15对应该配置的测量系统传递特性，发现存在4个波长对应的传递幅值无限接近零，则4个波长成份信息是无法通过逆滤波系统构造的，该波长信息会被无限放大，造成复原的动态不平顺失真。

(2)判断h(z)是否满足最小相位线性系统条件，即同时要满足稳定性和因果性，则h(z)零点在Z平面的分布。发现该配置偏点弦存在12个零点幅值分布在单位圆外，不满足最小相位线性系统的稳定性要求，无法直接对h_c取倒数获取测量系统的逆滤波系统h_i。

提取单位圆的零点，并取其共轭倒数

则：

可得到满足最小相位系统h_min的Z平面零点分布：

(3)最小相位系统h_min(z)满足稳定性条件，可直接构造逆滤波系统

可得h_i的有理传递函数为：

(4)总系统滤波特性H＝h·h_i，如图16所示，可知总系统在所需波长域均保持为1。

(5)以随机波形为例，如图17所示，经测量系统h滤波得到的测量数据，如图18所示，经逆滤波系统h_i重构不平顺波形，如图19所示，与原始波形幅值与相位特性保持一致。

综上所述，本发明基于高速磁浮车辆搭载的悬浮/导向间隙传感器分布特性选取一组悬浮/导向电磁铁，构造任意配置的偏点弦测模型，并构造逆滤波系统，可实现车载作用下悬浮/导向轨动态不平顺的检测，为高速磁浮系统不平顺管理提供技术支撑。

Claims (8)

1.一种磁悬浮轨道平顺性偏点弦测的配置方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、搭载间隙传感器作为间隙测量点，并选取磁浮车辆悬浮架搭载的悬浮/导向电磁铁作为测量弦；

S2、读取间隙传感器检测数据，对所述检测数据的异常值进行修正，并基于波形匹配方法获取相邻间隙传感器之间真实分布间距a和b；

S3、选取某悬浮架一组电磁铁3个间隙传感器，并根据所述间隙传感器之间真实分布间距a和b，确定偏点弦测法的传递特性，并根据所述偏点弦测法的传递特征对测量系统单位脉冲响应进行Z变换；

S4、根据所述Z变换结果，判断是否满足最小相位测量系统的条件，若是，则进入步骤S5，否则，进入步骤S6；

S5、计算得到偏点弦单位脉冲响应的零点，当所述零点分布在Z平面单位圆内时，将逆滤波系统单位脉冲响应的满足条件作为最小相位测量系统的条件，完成对磁悬浮轨道平顺性偏点弦测的配置；

S6、构造全通滤波系统，使所述全通滤通系统满足逆滤波系统传递特性，并根据所述逆滤波系统传递特性构造有理传递函数，并根据所述有理传递函数对间隙传感器检测数据进行滤波处理，完成对磁悬浮轨道平顺性偏点弦测的配置。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮轨道平顺性偏点弦测的配置方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：

S201、读取间隙传感器检测数据，识别各间隙传感器在t_i时刻对应的间隙异常值y_i；

S202、选取相邻间隙传感器t_i时刻对应的检测数据y_i-1(t_i)和y_i+1(t_i)，并根据检测数据y_i-1(t_i)和y_i+1(t_i)计算得到间隙异常值y_i在t_i时刻的修正值；

S203、根据间隙异常值y_i在t_i时刻的修正值，基于波形匹配方法获取相邻间隙传感器之间真实分布间距a和b。

3.根据权利要求2所述的磁悬浮轨道平顺性偏点弦测的配置方法，其特征在于，所述步骤S202中间隙异常值y_i在t_i时刻的修正值的表达式如下：

其中，y_i(t_i)表示各间隙传感器的间隙异常值y_i在t_i时刻的修正值，y_i-1(t_i)和y_i+1(t_i)均表示相邻间隙传感器t_i时刻对应的检测数据，且i＝1,2,3,4,5。

4.根据权利要求2所述的磁悬浮轨道平顺性偏点弦测的配置方法，其特征在于，所述步骤S203中相邻间隙传感器之间真实分布间距a的表达式如下：

所述相邻间隙传感器之间真实分布间距b的表达式如下：

其中，t₁和t₂均表示接缝时相邻间隙传感器时间差，v表示车辆运行速度。

5.根据权利要求1所述的磁悬浮轨道平顺性偏点弦测的配置方法，其特征在于，所述步骤S3中进行Z变换的表达式如下：

其中，h(z)表示测量系统单位脉冲响应的Z变换，a和b均表示相邻间隙传感器之间真实分布间距，z^a+b表示最高次为a+b的方程式。

6.根据权利要求1所述的磁悬浮轨道平顺性偏点弦测的配置方法，其特征在于，所述步骤S5中逆滤波系统单位脉冲响应的满足条件如下：

其中，h_i表示逆滤波系统单位脉冲响应，h表示测量系统单位脉冲响应。

7.根据权利要求1所述的磁悬浮轨道平顺性偏点弦测的配置方法，其特征在于，所述步骤S6中使所述全通滤通系统满足逆滤波系统传递特性的表达式如下：

h＝h_min·h_ap

其中，h表示测量系统单位脉冲响应，h_ap表示全通滤波系统，h_min表示逆滤波系统传递特性，a和b均表示相邻间隙传感器之间真实分布间距，z₁，z₂和z_a+b均表示偏点弦单位脉冲响应的零点，z_a表示极点，

表示z_i的共轭值，z_i表示最高次为a+b的分子方程式的第i个根。

8.根据权利要求1所述的磁悬浮轨道平顺性偏点弦测的配置方法，其特征在于，所述步骤S6中有理传递函数的表达式如下：

其中，Y_z表示有理传递函数，b_i表示有理传递函数的分子系数，i＝1+2,...,+n+1，a_j表示有理传递函数的分母系数，j＝1+2,...,+m+1，z^-n表示最高次为n的分子方程式，z^-m表示最高次为m的分子方程式。

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