CN113623318A - 一种差动控制方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种差动控制方法，适用于磁轴承系统或磁浮车辆的导向系统。所述差动控制方法包括：确定第一电磁铁和第二电磁铁的理论控制量，所述第一电磁铁和第二电磁铁分别位于任一自由度方向上相对的两个位置上；以及响应于所述第一电磁铁的理论控制量小于0，通过所述第二电磁铁来提供所述第一电磁铁的理论电磁力。

Description

一种差动控制方法及其装置

技术领域

本发明涉及导向控制领域，尤其涉及一种导向系统的差动控制方法及其装置。

背景技术

磁浮车辆是一种现代高科技轨道交通工具，通过电磁力实现车辆与轨道之间的无接触悬浮和导向，再利用直线电机产生的电磁力牵引车辆运行。磁浮车辆主要由悬浮导向系统、牵引供电系统和运行控制系统组成。

磁浮车辆的导向系统一般采用位于磁浮车辆的车体的左右两侧相对的位置上的电磁线圈来进行约束。差动控制是工程上常用的一种控制方式，在导向系统的控制领域内广泛应用。简单而言，导向系统的差动控制由一个控制器同时控制两组电磁线圈，施加在其中一组电磁线圈上的电流为偏置电流加上控制量，施加在另一组线圈上的电流为偏置电流减去控制量。这种方式的优点是能够减少控制器的数量。但为保证整个工作行程范围内，导向系统均工作在差动模式下，偏置电流通常设计为最大工作电流的一半，当导向系统达到稳态时每组电磁线圈的电流均位于偏置电流附近，因此系统的能耗较大。为了降低能耗，可选择较小的偏置电流，然而当控制量幅值大于偏置电流幅值时，施加到其中一电磁线圈上的理论控制电流小于零。由于电磁铁只能产生电磁吸力，系统将由差动工作模式变为单边工作模式，系统特性突变的发生将导致控制性能下降，甚至发散。

为解决大偏置电流导致系统的能耗较大及小偏置电流容易引发系统的特性突变的问题，本发明旨在提出一种不同于传统差动控制模式的差动导向方法。由于磁轴承系统与磁浮车辆的导向系统的工作原理相似，因此，本发明所述的差动控制方法也可适用于磁轴承系统。可以理解，本发明所述的差动控制方法可适用于任意一自由度方向上的差动控制。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

根据本发明的一方面，提供了一种差动控制方法，适用于任一自由度上的导向系统，所述导向系统包括第一电磁铁和第二电磁铁，所述差动控制方法包括：确定所述第一电磁铁和所述第二电磁铁的理论控制量，所述第一电磁铁和第二电磁铁分别位于任一自由度方向上相对的两个位置上；以及响应于所述第一电磁铁的理论控制量小于0，通过所述第二电磁铁来提供所述第一电磁铁的理论电磁力。

在一实施例中，所述通过第二电磁铁来提供第一电磁铁的理论电磁力包括：确定所述第二电磁铁用于实现所述第一电磁铁的理论电磁力所需的转移控制量；以及将所述转移控制量和所述第二电磁铁的理论控制量之和作为所述第二电磁铁的实际控制量。

更进一步地，所述确定第二电磁铁用于实现第一电磁铁的理论电磁力所需的转移控制量包括：将所述第一电磁铁的理论电磁力和所述第二电磁铁的理论电磁力之和作为所述第二电磁铁的实际电磁力；基于所述第二电磁铁的实际电磁力确定所述第二电磁铁的实际控制量；以及将所述第二电磁铁的实际控制量与所述第二电磁铁的理论控制量之差确定为所述转移控制量。

更进一步地，所述基于第二电磁铁的实际电磁力确定第二电磁铁的实际控制量包括：利用公式

计算出所述第二电磁铁的实际控制量；以及所述将第二电磁铁的实际控制量与第二电磁铁的理论控制量之差确定为转移控制量包括：利用公式

计算出所述转移控制量，其中，v_2S为所述转移控制量，v_2R为所述第二电磁铁的实际控制量，v_2T为所述第二电磁铁的理论控制量，c₂为所述第二电磁铁所在位置处的导向气隙，v_1T为所述第一电磁铁的理论控制量，c₁为所述第一电磁铁所在位置处的导向气隙。

在另一实施例中，所述通过第二电磁铁来提供第一电磁铁的理论电磁力包括：分别基于所述第一电磁铁的理论控制量和所述第二电磁铁的理论控制量确定所述第一电磁铁的理论电磁力和所述第二电磁铁的理论电磁力；将所述第一电磁铁的理论电磁力与所述第二电磁铁的理论电磁力之和作为所述第二电磁铁的实际电磁力；以及基于所述第二电磁铁的实际电磁力确定所述第二电磁铁的实际控制量。

更进一步地，所述基于第二电磁铁的实际电磁力确定第二电磁铁的实际控制量包括：利用公式

计算出所述第二电磁铁的实际控制量，其中，v_2R为所述第二电磁铁的实际控制量，v_2T为所述第二电磁铁的理论控制量，c₂为所述第二电磁铁所在位置处的导向气隙，v_1T为所述第一电磁铁的理论控制量，c₁为所述第一电磁铁所在位置处的导向气隙。

更进一步地，所述差动控制方法还包括：基于所述第一电磁铁的理论控制量和所述第二电磁铁的实际控制量来确定其他后续控制动作。

更进一步地，所述确定第一电磁铁和第二电磁铁的理论控制量包括：利用传统的差动控制系统方程确定所述第一电磁铁和所述第二电磁铁的理论控制量。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种差动控制装置，适用于任一自由度上的导向系统，所述导向系统包括第一电磁铁和第二电磁铁，所述差动控制装置包括：存储器；以及与所述存储器耦接的处理器，所述处理器被配置成：确定所述第一电磁铁和所述第二电磁铁的理论控制量，所述第一电磁铁和第二电磁铁分别位于任一自由度方向上相对的两个位置上；以及响应于所述第一电磁铁的理论控制量小于0，通过所述第二电磁铁来提供所述第一电磁铁的理论电磁力。

在一实施例中，所述处理器进一步被配置成：确定所述第二电磁铁用于实现所述第一电磁铁的理论电磁力所需的转移控制量；以及将所述转移控制量和所述第二电磁铁的理论控制量之和作为所述第二电磁铁的实际控制量。

更进一步地，所述处理器进一步被配置成：将所述第一电磁铁的理论电磁力和所述第二电磁铁的理论电磁力之和作为所述第二电磁铁的实际电磁力；基于所述第二电磁铁的实际电磁力确定所述第二电磁铁的实际控制量；以及将所述第二电磁铁的实际控制量与所述第二电磁铁的理论控制量之差确定为所述转移控制量。

更进一步地，所述处理器还被配置成：利用公式

计算出所述第二电磁铁的实际控制量；以及所述将第二电磁铁的实际控制量与第二电磁铁的理论控制量之差确定为转移控制量包括：利用公式

计算出所述转移控制量，其中，v_2S为所述转移控制量，v_2R为所述第二电磁铁的实际控制量，v_2T为所述第二电磁铁的理论控制量，c₂为所述第二电磁铁所在位置处的导向气隙，v_1T为所述第一电磁铁的理论控制量，c₁为所述第一电磁铁所在位置处的导向气隙。

在另一实施例中，所述处理器进一步被配置成：分别基于所述第一电磁铁的理论控制量和所述第二电磁铁的理论控制量确定所述第一电磁铁的理论电磁力和所述第二电磁铁的理论电磁力；将所述第一电磁铁的理论电磁力与所述第二电磁铁的理论电磁力之和作为所述第二电磁铁的实际电磁力；以及基于所述第二电磁铁的实际电磁力确定所述第二电磁铁的实际控制量。

更进一步地，所述处理器进一步被配置成：利用公式

计算出所述第二电磁铁的实际控制量，其中，v_2R为所述第二电磁铁的实际控制量，v_2T为所述第二电磁铁的理论控制量，c₂为所述第二电磁铁所在位置处的导向气隙，v_1T为所述第一电磁铁的理论控制量，c₁为所述第一电磁铁所在位置处的导向气隙。

更进一步地，所述处理器还被配置成：基于所述第一电磁铁的理论控制量和所述第二电磁铁的实际控制量来确定其他后续控制动作。

更进一步地，所述处理器进一步被配置成：利用传统的差动控制系统方程确定所述第一电磁铁和所述第二电磁铁的理论控制量。

根据本发明的再一个方面，还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现上述任一项所述的差动控制方法的步骤。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，更能够更好地理解本发明的上述特征和优点。

图1是根据本发明的一个方面绘示的磁浮车辆中的传统左右导向系统结构示意图；

图2是根据本发明的一个方面绘示的一实施例中的差动控制方法的流程示意图；

图3是根据本发明的一个方面绘示的一实施例中的差动控制方法的部分流程示意图；

图4是根据本发明的一个方面绘示的一实施例中的差动控制方法的部分流程示意图；

图5是根据本发明的一个方面绘示的一实施例中的差动控制方法的部分流程示意图；

图6是根据本发明的另一个方面绘示的一实施例中的差动控制装置的示意框图。

具体实施方式

给出以下描述以使得本领域技术人员能够实施和使用本发明并将其结合到具体应用背景中。各种变型、以及在不同应用中的各种使用对于本领域技术人员将是容易显见的，并且本文定义的一般性原理可适用于较宽范围的实施例。由此，本发明并不限于本文中给出的实施例，而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特征相一致的最广义的范围。

在以下详细描述中，阐述了许多特定细节以提供对本发明的更透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本发明的实践可不必局限于这些具体细节。换言之，公知的结构和器件以框图形式示出而没有详细显示，以避免模糊本发明。

请读者注意与本说明书同时提交的且对公众查阅本说明书开放的所有文件及文献，且所有这样的文件及文献的内容以参考方式并入本文。除非另有直接说明，否则本说明书(包含任何所附权利要求、摘要和附图)中所揭示的所有特征皆可由用于达到相同、等效或类似目的的可替代特征来替换。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每一个特征仅是一组等效或类似特征的一个示例。

注意，在使用到的情况下，标志左、右、前、后、顶、底、正、反、顺时针和逆时针仅仅是出于方便的目的所使用的，而并不暗示任何具体的固定方向。事实上，它们被用于反映对象的各个部分之间的相对位置和/或方向。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

注意，在使用到的情况下，进一步地、较优地、更进一步地和更优地是在前述实施例基础上进行另一实施例阐述的简单起头，该进一步地、较优地、更进一步地或更优地后带的内容与前述实施例的结合作为另一实施例的完整构成。在同一实施例后带的若干个进一步地、较优地、更进一步地或更优地设置之间可任意组合的组成又一实施例。

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。

首先结合图1所示的传统导向系统结构示意图对传统导向系统进行简要介绍，以便于理解本发明的技术构思。本发明未涉及的传统导向系统结构中的其他部件如斩波器、传感器等，与本发明的技术构思无关，不进行绘示和说明。

如图1所示，传统导向系统主要由左右两组导向电磁铁M1和M2、转向架(未示出)以及导轨组成。其中，左右两组导向电磁铁M1和M2安装于磁浮车辆下方，电磁铁通电后与导轨之间产生电磁吸力F_L和F_R。通过控制导向电磁铁M1和M2中通过的电流i_L与i_R的大小，可控制电磁吸力F_L和F_R的大小，从而达到调整两组导向电磁铁M1和M2与导轨之间的导向气隙c_L与c_R的目的，进而使导向气隙c_L与c_R达到相等。

磁轴承系统与传统导向系统的工作原理相同，均是通过控制电磁吸力来达到控制气隙的目的。在传统导向系统中，导轨固定不变，通过控制电磁铁产生的电磁吸力来使得电磁铁即磁浮列车运动。而磁轴承系统则是电磁铁固定不动，通过控制电磁铁产生的电磁吸力来使得磁轴承系统的转子运动。

根据本发明的一个方面，提供一种差动控制方法，可适用于磁轴承系统或传统的磁浮车辆的导向系统。虽然传统导向系统一般指磁浮车辆的左右两个方向上的导向控制系统，但本发明实际可适用于任意两个相对的方向上的导向控制系统，即与导向系统或磁轴承系统原理类似的用于控制任一自由度方向上的导向控制系统。

在一实施例中，如图2所示，差动控制方法200可包括步骤S210-S220。

步骤S210为：确定第一电磁铁和第二电磁铁的理论控制量，所述第一电磁铁和第二电磁铁分别位于任一自由度方向上相对的两个位置上。

第一电磁铁和第二电磁铁是指分别用于控制一个自由度的两个方向上的导向电磁铁。比如，若该自由度为磁浮车辆的左右方向，则该第一电磁铁通电后可产生向左的电磁吸力，该第二电磁铁通电后可产生向右的电磁吸力；或者第一电磁铁通电后可产生向右的电磁吸力，该第二电磁铁通电后可产生向左的电磁吸力。即对于同一导向控制系统而言，该“第一”和“第二”分别对应于该导向控制系统控制的同一自由度上的两个方向，但并不限于该两个方向中的哪一个。

理论控制量是指利用传统的差动控制系统方程确定出的第一电磁铁和第二电磁铁的理论控制量。导向控制系统的控制量可以是电压或电流。以图1所示的电流型传统导向系统为例，通过系统方程(1)可确定出左侧电磁铁和右侧电磁铁的理论控制量。可以理解，步骤S210中的第一电磁铁可对应于左侧电磁铁(或右侧电磁铁)，第二电磁铁则对应于右侧电磁铁(或左侧电磁铁)。

其中，m为磁浮车辆的质量，f_d(t)为侧向干扰力，F(i,c)为导向力，μ₀为真空磁导率，N为电磁铁的线圈匝数，A为电磁铁磁极的有效截面积，F_R(i,c)为右侧导向力，F_L(i,c)为左侧导向力，c_R为右侧气隙，c_L为左侧气隙，i_R为右侧电磁铁的理论控制电流，i_L为左侧电磁铁的理论控制电流，c₀为平衡气隙即左右两侧导向气隙相等时的气隙大小，c表示在平衡气隙基础上的气隙变化量，i₀为偏置电流，通常为设定的常量，i表示控制器输出的控制电流变化量。

上述公式(1)可基于气隙变化量确定出控制电流变化量，进而确定出左侧电磁铁的理论控制电流i_L和右侧电磁铁的理论控制电流i_R。然而，在其他实施例中，还可采用其他现有或将有的控制方法来确定导向系统的控制量。比如在气隙信号的基础上，还结合加速度信号、电流信号或其他参数信号来确定出左侧电磁铁的理论控制电流i_L和右侧电磁铁的理论控制电流i_R。

可以理解，当偏置电流i₀＜|i|时，左侧电磁铁的理论控制电流i_L或右侧电磁铁的理论控制电流i_R小于0，此时即产生背景技术中所述的单边工作模式。

在本发明的下述实施例中，均以电流型左右导向系统为例来进行说明，然而本领域的技术人员可以理解，其他自由度上相对的两个方向的差动导向控制均可类似地实现。

步骤S220为：响应于所述第一电磁铁的理论控制量小于0，通过所述第二电磁铁来提供所述第一电磁铁的理论电磁力。

以图1所示的导向系统为例，假设任意一侧的电磁铁的理论控制电流小于0时，对应地，该侧电磁铁理论上需要产生对应于理论控制电流的排斥力。然而，由于电磁铁只能产生电磁吸力，无法产生排斥力，因此无法通过控制该侧电磁铁的电流来产生对应于理论控制电流的排斥力。又因为与该侧电磁铁相对的另一侧电磁铁产生的电磁吸力与该侧电磁铁产生的电磁吸力方向相反，即与该侧电磁铁理论应当产生的排斥力方向相同，因此可通过另一侧电磁铁产生的电磁吸力来提供该侧电磁铁理论上应当提供的排斥力即理论电磁力。

因此，在具体实施例中，通过控制一电磁铁的实际控制量来改变其实际产生的电磁吸力。即，响应于第一电磁铁的理论控制量小于0，通过控制第二电磁铁的实际控制量来使得该第二电磁铁额外还提供所述第一电磁铁的理论电磁力。

电磁铁的理论电磁力是指能够控制该电磁铁所在侧的导向气隙达到平衡气隙的电磁力，一般可通过该电磁铁的理论控制量来表示。以电流作为控制量为例，则任一电磁铁的理论电磁力可通过公式(2)来表示。

其中，F为电磁铁的理论电磁力，μ₀为真空磁导率，N为所述电磁铁的线圈绕组匝数，A为所述电磁铁的有效截面积，c为所述电磁铁所在侧的导向气隙，i为所述电磁铁的理论控制电流。该理论电磁力可理解为使得所述电磁铁所在侧的导向气隙从其当前位置到达平衡气隙所需的理论电磁力，平衡气隙可理解为该电磁铁所在侧与其相对的另一侧的气隙相等时的气隙，导向气隙可理解为该电磁铁所在侧与导轨之间的当前实际距离。

在一具体实施例中，如图3所示，步骤S220可具体包括步骤S221-S222。

步骤S221为：确定所述第二电磁铁用于实现所述第一电磁铁的理论电磁力所需的转移控制量。

转移控制量指该第二电磁铁为提供第一电磁铁的理论电磁力时所需的控制量，即第二电磁铁的实际控制量相对于其理论控制量的增量。假设该第二电磁铁理论上提供的电磁力为F₂，第二电磁铁的理论控制量为v₂，该第一电磁铁理论上提供的电磁力为F₁，第一电磁铁的理论控制量为v₁。当v₁小于0时，则第一电磁铁理论上提供的电磁力F₁与F₂的方向相同，需要第二电磁铁在提供电磁力F₂时还同时提供电磁力F₁，若其同时提供F₁与F₂时的实际控制量为v，则转移控制量为v-v₂。

则在确定转移控制量的过程中，步骤S221可具化为步骤S2211-S2213，如图4所示。

步骤S2211为：将所述第一电磁铁的理论电磁力和所述第二电磁铁的理论电磁力之和作为所述第二电磁铁的实际电磁力。

以电流型左右导向控制系统为例，通过系统方程(1)确定出第一电磁铁的理论控制电流i₁和第二电磁铁的理论控制电流i₂，将第一电磁铁的理论控制电流i₁和第二电磁铁的理论控制电流i₂分别代入公式(2)以确定出第一电磁铁的理论电磁力F₁和第二电磁铁的理论电磁力F₂。

进一步地，将该第一电磁铁的理论电磁力F₁和第二电磁铁的理论电磁力F₂之和作为第二电磁铁的实际电磁力F_2R，如式(3)所示：

其中，F_2R为第二电磁铁的实际电磁力，μ₀为真空磁导率，N为所述第一电磁铁和第二电磁铁的线圈绕组匝数，A为所述电磁铁第一电磁铁和第二电磁铁的有效截面积，c₁和c₂分别为所述第一电磁铁和所述第二电磁铁所在位置处的导向气隙，i_1T和i_2T分别为所述第一电磁铁和所述第二电磁铁的理论控制电流。可以理解，在具体实施例中，第一电磁铁和第二电磁铁的线圈绕组匝数或有效截面积一般是相等的，因此以相同的字符表示。

可以理解，当控制量为电压时，可基于控制电压与电磁力的关系来确定出电磁力；还可基于该第一电磁铁和第二电磁铁的控制电流和控制电压的转换关系来对应地计算出该第一电磁铁的理论电磁力F₁和第二电磁铁的理论电磁力F₂。

步骤S2212为：基于所述第二电磁铁的实际电磁力确定所述第二电磁铁的实际控制量。

可以理解，第二电磁铁的实际控制量与实际电磁力也满足公式(2)，即

结合式(3)，得到下列方程(4)：

其中，μ₀为真空磁导率，N为所述第一电磁铁和第二电磁铁的线圈绕组匝数，A为所述电磁铁第一电磁铁和第二电磁铁的有效截面积，c₁和c₂分别为所述第一电磁铁和所述第二电磁铁所在位置处的导向气隙，i_1T和i_2T分别为所述第一电磁铁和所述第二电磁铁的理论控制电流，i_2R为所述第二电磁铁的实际控制电流。可以理解，实际导向气隙还可利用系统方程(1)中的平衡气隙c₀和气隙变化量c来表示，i_1T和i_2T还可利用系统方程(1)中的偏置电流i₀和控制电流变化量i来表示。

解上述方程(4)可得到解(5)：

其中，i_2R为所述第二电磁铁的实际控制电流，i_2T为所述第二电磁铁的理论控制电流，c₂为所述第二电磁铁所在位置处的实际导向气隙，i_1T为所述第一电磁铁的理论控制电流，c₁为所述第一电磁铁所在位置处的实际导向气隙。

由于上述方程中的多个参数均在计算的过程中消掉，因此在实际应用过程中，上述推导过程可省略。在利用系统方程(1)确定出第一电磁铁和第二电磁铁的控制电流后，可直接利用式(5)来确定出第二电磁铁的实际控制电流。

对应地，当控制量为电压时，第二电磁铁的实际控制量可由式(6)表示。

其中，u_2R为所述第二电磁铁的实际控制电压，u_2T为所述第二电磁铁的理论控制电压，c₂为所述第二电磁铁所在位置处的导向气隙，u_1T为所述第一电磁铁的理论控制电压，c₁为所述第一电磁铁所在位置处的导向气隙。

步骤S2213为：将所述第二电磁铁的实际控制量与所述第二电磁铁的理论控制量之差确定为所述转移控制量。

可以理解，第二电磁铁的实际控制量与理论控制量之差即为该第二电磁铁的控制量增量，即转移控制量，则可通过下式(7)来表示。

其中，v_2S为所述转移控制量，v_2T为所述第二电磁铁的理论控制量，c₂为所述第二电磁铁所在位置处的导向气隙，v_1T为所述第一电磁铁的理论控制量，c₁为所述第一电磁铁所在位置处的实际导向气隙。当控制量为电压或电流时，则可用式(5)或(6)中的控制电流i或控制电压u来对应地替代(7)中的控制量v。

进一步地，还可用平衡气隙c₀、气隙变化量c、偏置电流i₀和控制电流变化量i来表示转移控制量。比如，当第一电磁铁为左侧电磁铁时，式(7)可表示为式(8)，当第一电磁铁为右侧电磁铁时，式(7)可表示为式(9)。

对应地，还可用平衡气隙c₀、气隙变化量c、偏置电压u₀和控制电压变化量u来表示转移控制量。比如，当第一电磁铁为左侧电磁铁时，式(7)可表示为式(10)，当第一电磁铁为右侧电磁铁时，式(7)可表示为式(11)。

进一步地，步骤S222为：将所述转移控制量与所述第二电磁铁的理论控制量之和作为所述第二电磁铁的实际控制量，即如式(12)所示：

其中，i_2R为所述第二电磁铁的实际控制电流，i_2T为所述第二电磁铁的理论控制电流，c₂为所述第二电磁铁所在位置处的实际导向气隙，i_1T为所述第一电磁铁的理论控制电流，c₁为所述第一电磁铁所在位置处的实际导向气隙。

对应地，还可用平衡气隙c₀、气隙变化量c、偏置电流i₀和控制电流变化量i来表示式(12)中的实际控制量。比如，当第一电磁铁为左侧电磁铁时，式(12)可表示为式(13)，当第一电磁铁为右侧电磁铁时，式(12)可表示为式(14)。

在另一具体实施例中，还可其他方法确定第二电磁铁的实际控制量，如图5所示，步骤S220可包括步骤S223-S225。

步骤S223为：分别基于所述第一电磁铁的理论控制量和所述第二电磁铁的理论控制量确定所述第一电磁铁的理论电磁力和所述第二电磁铁的理论电磁力。

在利用导向系统的传统系统方程确定出第一电磁铁和第二电磁铁的理论控制量后，可基于理论控制量与电磁力的关系来分别利用第一电磁铁和第二电磁铁的理论控制量来确定出第一电磁铁和第二电磁铁的理论电磁力。

以电流型左右导向系统为例，通过传统导向系统方程(1)确定出第一电磁铁和第二电磁铁的理论控制电流后，再将第一电磁铁和第二电磁铁的理论控制电流分别代入公式(2)即可计算出第一电磁铁和第二电磁铁的理论电磁力。

可以理解，当控制量为电压时，可基于控制电压与电磁力的关系来确定出电磁力；还可基于该第一电磁铁和第二电磁铁的控制电流和控制电压的转换关系来对应地计算出该第一电磁铁的理论电磁力和第二电磁铁的理论电磁力。

步骤S224为：将所述第一电磁铁的理论电磁力与所述第二电磁铁的理论电磁力之和作为所述第二电磁铁的实际电磁力。

步骤S225为：基于所述第二电磁铁的实际电磁力确定所述第二电磁铁的实际控制量。

推导过程如前所述，不再赘述，具体可通过式(15)来计算出第二电磁铁的实际控制量。

其中，v_2R为所述第二电磁铁的实际控制量，v_2T为所述第二电磁铁的理论控制量，c₂为所述第二电磁铁所在位置处的导向气隙，v_1T为所述第一电磁铁的理论控制量，c₁为所述第一电磁铁所在位置处的导向气隙。该实际控制量、理论控制量可以是电压或电流。

在确定出第二电磁铁的实际控制量的同时可以理解，由于第一电磁铁的理论控制量小于0，因此第一电磁铁的实际控制量为0。

更进一步地，为更优地实现后续控制，在实现其他控制动作时以第一电磁铁的理论电磁量和第二电磁铁的实际控制量为基准。即对于理论控制量小于0的电磁铁，基于其理论控制量来实现后续控制动作；对于理论控制量大于0的电磁铁，基于其实际控制量来实现后续控制动作。

例如，当第一电磁铁和第二电磁铁分别为电流型左右导向电磁铁的左侧电磁铁和右侧电磁铁时，若左侧电磁铁的理论控制量i₀-i小于0，则左侧电磁铁的实际控制量为0，但在实现起其他控制动作时，将左侧电磁铁的控制量视为其理论控制量i₀-i，由于右侧电磁铁的理论控制量大于0，因此以其实际控制量为准。

另外，当一自由度方向上的两个电磁铁的理论控制量均大于0时，无需通过任意一侧电磁铁来实现另一侧电磁铁的理论电磁力，因此该两个电磁铁的理论控制量与实际控制量相同，基于每一电磁铁的实际控制量来确定后续控制动作。因此，对应于控制器输出的理论控制量i的大小以及第一电磁铁实际对应的电磁铁的不同，第二电磁铁的实际控制量可能有多种不同表达式。以传统的左右导向系统为例，总结如下：

当第一电磁铁的理论控制量小于0且其为左侧电磁铁时：

第一电磁铁的理论控制量i_1T＝i₀-i＜0即i＞i₀，第一电磁铁的实际控制量i_1R＝0，则第二电磁铁的理论控制量i_2T＝i₀+i，第二电磁铁的实际控制量

当第一电磁铁的理论控制量小于0且其为右侧电磁铁时：

第一电磁铁的理论控制量i_1T＝i₀+i＜0即i＜-i₀，第一电磁铁的实际控制量i_1R＝0，则第二电磁铁的理论控制量i_2T＝i₀-i，第二电磁铁的实际控制量

当第一电磁铁与第二电磁力的理论控制量均大于0时，

即-i₀≤i≤i₀，则

若第一电磁铁为左侧电磁铁，第一电磁铁的理论控制量i_1T＝i₀-i，第一电磁铁的实际控制量i_1R＝i₀-i，第二电磁铁的理论控制量i_2T＝i₀+i，第二电磁铁的实际控制量i_2R＝i₀+i；

若第一电磁铁为右侧电磁铁，第一电磁铁的理论控制量i_1T＝i₀+i，第一电磁铁的实际控制量i_1R＝i₀+i，第二电磁铁的理论控制量i_2T＝i₀-i，第二电磁铁的实际控制量i_2R＝i₀-i。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

根据本发明的再一个方面，还提供一种差动控制装置，适用于任一自由度上的导向系统，比如磁轴承系统或传统的磁浮车辆的导向系统等。

在一实施例中，如图6所示，差动控制装置600包括存储器610和处理器620。

处理器620与存储器610耦接，用于执行该存储器610上存储的计算机程序，该处理器620配置成实现如上述任一实施例中的差动控制方法的步骤。

根据本发明的另一个方面，还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如前述任一实施例中所述的差动控制方法的步骤。

本领域技术人员将可理解，信息、信号和数据可使用各种不同技术和技艺中的任何技术和技艺来表示。例如，以上描述通篇引述的数据、指令、命令、信息、信号、位(比特)、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任何组合来表示。

本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。

结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。

结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。

提供之前的描述是为了使本领域中的任何技术人员均能够实践本文中所描述的各种方面。但是应该理解，本发明的保护范围应当以所附权利要求书为准，而不应被限定于以上所解说实施例的具体结构和组件。本领域技术人员在本发明的精神和范围内，可以对各实施例进行各种变动和修改，这些变动和修改也落在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种差动控制方法，适用于任一自由度上的导向系统，所述导向系统包括第一电磁铁和第二电磁铁，所述差动控制方法包括：

确定所述第一电磁铁和所述第二电磁铁的理论控制量，所述第一电磁铁和第二电磁铁分别位于任一自由度方向上相对的两个位置上；以及

响应于所述第一电磁铁的理论控制量小于0，通过所述第二电磁铁来提供所述第一电磁铁的理论电磁力。

2.如权利要求1所述的差动控制方法，其特征在于，所述通过第二电磁铁来提供第一电磁铁的理论电磁力包括：

确定所述第二电磁铁用于实现所述第一电磁铁的理论电磁力所需的转移控制量；以及

将所述转移控制量和所述第二电磁铁的理论控制量之和作为所述第二电磁铁的实际控制量。

3.如权利要求2所述的差动控制方法，其特征在于，所述确定第二电磁铁用于实现第一电磁铁的理论电磁力所需的转移控制量包括：

将所述第一电磁铁的理论电磁力和所述第二电磁铁的理论电磁力之和作为所述第二电磁铁的实际电磁力；

基于所述第二电磁铁的实际电磁力确定所述第二电磁铁的实际控制量；以及

将所述第二电磁铁的实际控制量与所述第二电磁铁的理论控制量之差确定为所述转移控制量。

4.如权利要求3所述的差动控制方法，其特征在于，所述基于第二电磁铁的实际电磁力确定第二电磁铁的实际控制量包括：

利用公式

计算出所述第二电磁铁的实际控制量；以及

所述将第二电磁铁的实际控制量与第二电磁铁的理论控制量之差确定为转移控制量包括：

利用公式

计算出所述转移控制量，

其中，v_2S为所述转移控制量，v_2R为所述第二电磁铁的实际控制量，v_2T为所述第二电磁铁的理论控制量，c₂为所述第二电磁铁所在位置处的导向气隙，v_1T为所述第一电磁铁的理论控制量，c₁为所述第一电磁铁所在位置处的导向气隙。

5.如权利要求1所述的差动控制方法，其特征在于，所述通过第二电磁铁来提供第一电磁铁的理论电磁力包括：

分别基于所述第一电磁铁的理论控制量和所述第二电磁铁的理论控制量确定所述第一电磁铁的理论电磁力和所述第二电磁铁的理论电磁力；

将所述第一电磁铁的理论电磁力与所述第二电磁铁的理论电磁力之和作为所述第二电磁铁的实际电磁力；以及

基于所述第二电磁铁的实际电磁力确定所述第二电磁铁的实际控制量。

6.如权利要求5所述的差动控制方法，其特征在于，所述基于第二电磁铁的实际电磁力确定第二电磁铁的实际控制量包括：

利用公式

计算出所述第二电磁铁的实际控制量，其中，v_2R为所述第二电磁铁的实际控制量，v_2T为所述第二电磁铁的理论控制量，c₂为所述第二电磁铁所在位置处的导向气隙，v_1T为所述第一电磁铁的理论控制量，c₁为所述第一电磁铁所在位置处的导向气隙。

7.如权利要求1所述的差动控制方法，其特征在于，还包括：

基于所述第一电磁铁的理论控制量和所述第二电磁铁的实际控制量来确定其他后续控制动作。

8.如权利要求1所述的差动控制方法，其特征在于，所述确定第一电磁铁和第二电磁铁的理论控制量包括：

利用传统的差动控制系统方程确定所述第一电磁铁和所述第二电磁铁的理论控制量。

9.一种差动控制装置，适用于任一自由度上的导向系统，所述导向系统包括第一电磁铁和第二电磁铁，所述差动控制装置包括：

存储器；以及

与所述存储器耦接的处理器，所述处理器被配置成：

确定所述第一电磁铁和所述第二电磁铁的理论控制量，所述第一电磁铁和第二电磁铁分别位于任一自由度方向上相对的两个位置上；以及

响应于所述第一电磁铁的理论控制量小于0，通过所述第二电磁铁来提供所述第一电磁铁的理论电磁力。

10.如权利要求9所述的差动控制装置，其特征在于，所述处理器进一步被配置成：

确定所述第二电磁铁用于实现所述第一电磁铁的理论电磁力所需的转移控制量；以及

将所述转移控制量和所述第二电磁铁的理论控制量之和作为所述第二电磁铁的实际控制量。

11.如权利要求10所述的差动控制装置，其特征在于，所述处理器进一步被配置成：

将所述第一电磁铁的理论电磁力和所述第二电磁铁的理论电磁力之和作为所述第二电磁铁的实际电磁力；

基于所述第二电磁铁的实际电磁力确定所述第二电磁铁的实际控制量；以及

将所述第二电磁铁的实际控制量与所述第二电磁铁的理论控制量之差确定为所述转移控制量。

12.如权利要求11所述的差动控制装置，其特征在于，所述处理器还被配置成：

利用公式

计算出所述第二电磁铁的实际控制量；以及

所述将第二电磁铁的实际控制量与第二电磁铁的理论控制量之差确定为转移控制量包括：

利用公式

计算出所述转移控制量，

其中，v_2S为所述转移控制量，v_2R为所述第二电磁铁的实际控制量，v_2T为所述第二电磁铁的理论控制量，c₂为所述第二电磁铁所在位置处的导向气隙，v_1T为所述第一电磁铁的理论控制量，c₁为所述第一电磁铁所在位置处的导向气隙。

13.如权利要求9所述的差动控制装置，其特征在于，所述处理器进一步被配置成：

分别基于所述第一电磁铁的理论控制量和所述第二电磁铁的理论控制量确定所述第一电磁铁的理论电磁力和所述第二电磁铁的理论电磁力；

将所述第一电磁铁的理论电磁力与所述第二电磁铁的理论电磁力之和作为所述第二电磁铁的实际电磁力；以及

基于所述第二电磁铁的实际电磁力确定所述第二电磁铁的实际控制量。

14.如权利要求13所述的差动控制装置，其特征在于，所述处理器进一步被配置成：

利用公式

计算出所述第二电磁铁的实际控制量，其中，v_2R为所述第二电磁铁的实际控制量，v_2T为所述第二电磁铁的理论控制量，c₂为所述第二电磁铁所在位置处的导向气隙，v_1T为所述第一电磁铁的理论控制量，c₁为所述第一电磁铁所在位置处的导向气隙。

15.如权利要求9所述的差动控制装置，其特征在于，所述处理器还被配置成：

基于所述第一电磁铁的理论控制量和所述第二电磁铁的实际控制量来确定其他后续控制动作。

16.如权利要求9所述的差动控制装置，其特征在于，所述处理器进一步被配置成：

利用传统的差动控制系统方程确定所述第一电磁铁和所述第二电磁铁的理论控制量。

17.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被执行时实现如权利要求1～8中任一项所述的差动控制方法的步骤。

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