CN113836637A - 一种测定磁浮列车重量的方法、装置以及可读存储介质 - Google Patents

一种测定磁浮列车重量的方法、装置以及可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种测定磁浮列车重量的方法，属于磁浮列车的技术领域，包括：S1：对每个悬浮点的悬浮力、悬浮间隙以及悬浮电流之间的关系进行拟合并获取拟合曲线函数；S2：各个悬浮点对应的悬浮控制点上报信息至上位机；S3：依据上位机发出的测试指令并执行载重测量；S4：对当前磁浮列车的每个悬浮点根据拟合曲线函数进行悬浮力测量，且将各个悬浮点的悬浮力信息和时间信息；S5：对磁浮列车所在位置的轨道梁进行缝隙总长度估算；S6：汇总悬浮力信息和缝隙总长信息，并对齐时间信息，计算出每个时间点的总体悬浮力；S7：根据总体悬浮力推算出当前磁浮列车的总重量，以实现磁浮列车重量的计算结果更加精确和稳定且能够去除接缝对测量结果准确度影响。

Description

一种测定磁浮列车重量的方法、装置以及可读存储介质
技术领域
本发明属于磁悬浮列车的技术领域，具体而言，涉及一种测定磁浮列车重量的方法、装置以及可读存储介质。
背景技术
中低速磁浮列车是一种新型的交通工具，适用于城际/城区/郊区/旅游区等多种线路，其具备安全可靠、低噪环保、转弯能力强以及爬坡能力强等特点。
其中，载重测试作为牵引系统的基础数据和悬浮安全判断值，在磁浮列车中尤为重要。目前，已知的磁浮列车载重测试方法有两种，分别是：空簧压力推算法和悬浮间隙电流插值推算法。
(1)空簧压力推算法
在传统的中低速磁浮中，每个悬浮架有四组电磁铁，每个电磁铁与车体之间都配备了单独的空气弹簧，进行垂向和横向力的传递，以三悬浮架的单节车为例，如图1所示。在图1中，车体1与悬浮架5之间通过空气弹簧3进行支撑连接，电磁铁4安装在悬浮架5上，电磁铁4与轨道2之间产生电磁吸力，从而使整车处于悬浮状态。
在计算整车的载重信息时，可通过采集空气弹簧的内部压力，从而推算空气弹簧以上部分的重量，进一步推算整车的重量。
例如：专利公开号为：CN103217207A，发明名称为：一种磁浮列车用空簧管路压力测试超载超速报警方案，其提到的方法就是检测空气弹簧内压力，推算每个空气弹簧支承重量，从而推算整车重量。
而此方法有两个问题：1.空簧压力值偏小，载重测量精度不高；2.此方法依赖于空簧，对于无空气弹簧的结构，无法使用此检测方案。
(2)悬浮间隙电流插值推算法
应用该悬浮间隙电流插值推算法时，其车体结构仍为图1的传统中低速结构，例如：专利公开号：CN104198024B，发明名称为：一种超载报警装置及法，其通过实验预先获得悬浮力和悬浮间隙/悬浮电磁铁电流之间的关系，并根据该关系进行查表和插值运算获得悬浮力，进而判断列车载重情况。
而此方法有两个问题：1.未考虑轨道接缝对测试结果的影响；2.对于间隙控制环和电流控制环硬件分离的结构，需要增加悬浮电流检测的电路或高速通信电路，造成额外的硬件开支或通信通道占用；3.悬浮电流实测值波动剧烈，测试时容易产生误告警。
发明内容
鉴于此，为了解决现有技术中所存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种测定磁浮列车重量的方法、装置以及可读存储介质以达到对载重信息的采集不需要空气弹簧配合、磁浮列车重量的计算结果更加精确和稳定且能够去除接缝对测量结果准确度影响的目的。
本发明所采用的技术方案为：一种测定磁浮列车重量的方法，该方法包括：
S1：根据历史数据对磁浮列车每个悬浮点的悬浮力、悬浮间隙以及悬浮电流之间的关系进行拟合并获取拟合后的拟合曲线函数；
S2：待当前磁浮列车悬浮后，各个悬浮点对应悬浮控制点的状态信息上报至上位机；
S3：待全部悬浮点悬浮稳定后，依据上位机发出的测试指令并执行载重测量，执行载重测量时，应确保磁浮列车不沿着轨道方向行进，以确保测量数据的准确性和稳定性；
S4：对当前磁浮列车的每个悬浮点根据拟合曲线函数进行悬浮力测量，且将各个悬浮点的悬浮力信息和时间信息上报至上位机；
S5：通过上位机汇总悬浮力信息，并对齐时间信息，计算出每个时间点的总体悬浮力；
S6：根据总体悬浮力推算出当前磁浮列车的总重量。
进一步地，在步骤S1中，所述拟合曲线函数为：
Figure BDA0003263985500000031
其中，μ0为真空中磁导率，N为电磁铁线圈匝数，A为电磁铁极面积，I为悬浮点的电磁铁电流，z为悬浮点的电磁铁悬浮间隙，a、b、c为拟合系数；
采用拟合曲线函数计算，不需要空气弹簧配合进行载重信息采集且计算更加简洁方便。
进一步地，在步骤S4中，根据拟合曲线函数进行悬浮力测量时，拟合曲线函数中悬浮点的电磁铁电流取当前悬浮点对应悬浮控制点所输出的电流期望值，由于采用电流期望值进行计算，不需要在电流控制环路中增加向间隙控制环路反馈电流信息的通路。
进一步地，在所述步骤S4中还包括：
对磁浮列车所在位置的轨道梁进行缝隙总长度估算并上报缝隙总长信息至上位机，且在步骤S5中，通过上位机汇总悬浮力信息和缝隙总长信息。
进一步地，所述方法还包括：
S7：将磁浮列车的总重量上传至牵引系统并作为牵引参数计算的依据，以确保在牵引系统的控制下，磁浮列车的运行更加稳定、可靠。
在本发明中还提供了一种测定磁浮列车重量的装置，该装置包括：
悬浮力计算模块，用于根据拟合曲线函数对每个悬浮点计算悬浮力，并获取各个悬浮点的悬浮力信息和时间信息；
缝隙总长计算模块，用于根据绝对位置信息和外界温度信息对磁浮列车所在位置的轨道梁进行缝隙总长度估算，并获取缝隙总长信息；
分别与悬浮力计算模块和缝隙总长计算模块通信连接的上位机，用于接收所有的悬浮力信息、时间信息以及缝隙总长信息，计算出每个时间点的总体悬浮力，并根据总体悬浮力推算出当前磁浮列车的总重量。
进一步地，所述上位机分别与磁浮列车的各个悬浮控制器通信连接，根据各个悬浮控制器的上报信息下发测试指令至悬浮力计算模块和缝隙总长计算模块。
进一步地，各所述悬浮控制器分别连接有传感器组，且通过传感器组测量该悬浮控制器对应电磁铁的悬浮间隙；
各所述悬浮控制器通过传感器组的反馈信息输出各个对应电磁铁的电流期望值；
通过上位机将悬浮间隙和电流期望值传输至悬浮力计算模块。
进一步地，所述上位机与磁浮列车的牵引系统通信连接，并将磁浮列车的总重量上传至牵引系统。
在本发明中还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的方法。
本发明的有益效果为：
1.采用本发明所提供的测定磁浮列车重量的方法、装置以及可读存储介质，其不需要空气弹簧配合进行载重信息采集，仅需通过电磁铁电流和电磁铁悬浮间隙代入至拟合曲线函数，即可计算各个悬浮点的悬浮力信息，计算更加简洁方便。
2.采用本发明所提供的测定磁浮列车重量的方法、装置以及可读存储介质，其拟合曲线函数采用了电流期望值进行计算，结果快速稳定，不需要在电流控制环路中增加向间隙控制环路反馈电流信息的通路。
3.采用本发明所提供的测定磁浮列车重量的方法、装置以及可读存储介质，在计算时，对各个悬浮控制点的进行时间对齐，对应整车测量结果更加准确，同时，对磁浮列车所在位置的轨道梁进行缝隙总长度估算，消除了接缝对测试结果的影响。
附图说明
图1是三悬浮架的单节车车体结构示意图；
图2是本发明所提供的测定磁浮列车重量的方法所应用悬浮控制架构的结构示意图；
附图中标注如下：
1-车体，2-轨道，3-空气弹簧，4-电磁铁，5-悬浮架，6-传感器组。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的模块或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
实施例1
在本实施例中具体提供了一种测定磁浮列车重量的方法，该方法所基于的悬浮控制架构如图2所示，以单转向架的单侧两个电磁铁单元为例，具体为：
电磁铁L1和电磁铁L2为一个悬浮架单侧的两个电磁铁，通过传感器组2分别检测电磁铁L1和电磁铁L2与轨道1之间的悬浮间隙、加速度等信息。在悬浮控制器在收到上位机的悬浮指令后，根据传感器组6的反馈信息，输出一个电流期望值，悬浮斩波器根据电流期望值，分别在电磁铁L1和电磁铁L2内部产生一个实际的电流，从而在电磁铁L1和电磁铁L2与轨道1之间产生电磁悬浮力。
由仿真和实际测试情况可知，在磁浮列车悬浮稳定后，电流期望值和电流实际值波形接近。根据现有的悬浮控制架构，实现载重测试，其载重测量的方法包括：
S1：统计历史数据，历史数据主要包括：悬浮力、悬浮间隙和悬浮电流，且此处的悬浮电流是指磁浮列车悬浮稳定后，悬浮点对应电磁铁的电流实际值；通过历史数据，对磁浮列车每个悬浮点的悬浮力、悬浮间隙以及悬浮电流之间的关系进行拟合并获取拟合后的拟合曲线函数；所述拟合曲线函数为：
Figure BDA0003263985500000061
其中，μ0为真空中磁导率，N为电磁铁线圈匝数，A为电磁铁极面积，I为悬浮点的电磁铁电流，z为悬浮点的电磁铁悬浮间隙，a、b、c为拟合系数。
S2：等待磁浮列车全部悬浮架悬浮之后，各个悬浮点通过各自对应的悬浮控制点将其当前的状态信息上报至上位机，以报告自身悬浮是否稳定。
S3：待全部悬浮点悬浮稳定后，依据上位机发出的测试指令并执行载重测量。由于在后续步骤中各个悬浮点需要应用拟合曲线函数进行悬浮力测量，因此，在执行载重测量时，应确保磁浮列车不沿着轨道方向行进。
S4：对当前磁浮列车的每个悬浮点根据拟合曲线函数进行悬浮力测量，且将各个悬浮点的悬浮力信息和时间信息上报至上位机；
具体的，结合上述拟合曲线函数，以本实施例的单转向架的单侧两个电磁铁单元为例，则需要悬浮点的电磁铁悬浮间隙(由该悬浮点对应的传感器组测量获取)和电磁铁电流，由于电流跟随效果好，此处的电磁铁电流取当前悬浮点对应悬浮控制点所输出的电流期望值。由于采用电流期望值进行计算，不需要在电流控制环路中增加向间隙控制环路反馈电流信息的通路。
S5：根据绝对位置信息和外界温度信息，对磁浮列车所在位置的轨道梁进行缝隙总长度估算并上报至上位机，以消除轨道接缝对测试结果的影响。对于缝隙总长度的估算，其原理为根据绝对位置信息获取任意相邻两个轨道之间的接缝长度，由各个接缝长度相加以获取接缝总长度，再由外界温度信息并结合热胀冷缩的原理(根据轨道的材料可在已经的温度调节下计算出其长度变化值)，再由接缝总长度与轨道的长度变化值计算出缝隙总长度，而具体的计算公式为现有常规公式，此处不再赘述。
S6：通过上位机汇总悬浮力信息和缝隙总长信息，并对齐时间信息，计算出每个时间点的总体悬浮力。此处的对齐时间信息是指在计算总体悬浮力时，应当以同一时间点各个悬浮点的悬浮力进行计算，以确保总体悬浮力的计算准确度。
S7：根据总体悬浮力推算出当前磁浮列车的总重量，该推算过程采用现有公式即可实现，此处不再赘述。
S8：将磁浮列车的总重量上传至牵引系统并作为牵引参数计算的依据，以确保在牵引系统的作用下，磁浮列车能够安全、稳定的运行。
实施例2
在本实施例中针对实施例1中的测定磁浮列车重量的方法，提供了一种测定磁浮列车重量的方法的装置，该装置包括：悬浮力计算模块、缝隙总长计算模块和上位机，具体设计如下：
①悬浮力计算模块
预先在悬浮力计算模块中加载有拟合曲线函数的算法程序，在悬浮力计算模块接收到上位机的指令后，根据拟合曲线函数对每个悬浮点计算悬浮力，并获取各个悬浮点的悬浮力信息和时间信息；所述拟合曲线函数为：
Figure BDA0003263985500000081
其中，μ0为真空中磁导率，N为电磁铁线圈匝数，A为电磁铁极面积，I为悬浮点的电磁铁电流，z为悬浮点的电磁铁悬浮间隙，a、b、c为拟合系数，其中，在计算时，需要悬浮点的电磁铁电流I和悬浮点的电磁铁悬浮间隙z。
根据实施例1中所基于的悬浮控制架构，各个电磁铁(对应实施例1中的各个悬浮点)分别对应有对其控制的悬浮控制器(对应实施例1中各个悬浮控制点)，悬浮控制器为悬浮电磁铁的配套设备，其主要用于控制悬浮电磁铁的悬浮力并反馈当前悬浮电磁铁的悬浮状态等，各所述悬浮控制器分别连接有传感器组，通过传感器组检测电磁铁与轨道之间的悬浮间隙/加速度等信息，即能够通过传感器组测量该悬浮控制器对应电磁铁的悬浮间隙(悬浮点的电磁铁悬浮间隙z)；
同时，各所述悬浮控制器通过传感器组的反馈信息输出各个对应电磁铁的电流期望值(悬浮点的电磁铁电流I)；
由于上位机与悬浮力计算模块之间通信连接，通过上位机将悬浮点的电磁铁悬浮间隙z和电磁铁电流I传输至悬浮力计算模块，通过内置的拟合曲线函数对每个悬浮点计算悬浮力。
②缝隙总长计算模块
缝隙总长计算模块根据绝对位置信息和外界温度信息对磁浮列车所在位置的轨道梁进行缝隙总长度估算，并获取缝隙总长信息，以消除轨道接缝对测试结果的影响。对于缝隙总长度的估算，其原理为根据绝对位置信息获取任意相邻两个轨道之间的接缝长度，由各个接缝长度相加以获取接缝总长度，再由外界温度信息并结合热胀冷缩的原理(根据轨道的材料可在已经的温度调节下计算出其长度变化值)，再由接缝总长度与轨道的长度变化值计算出缝隙总长度，而具体的计算公式为现有常规公式，此处不再赘述。
③上位机
上位机分别与悬浮力计算模块和缝隙总长计算模块通信连接，上位机用于接收所有的悬浮力信息、时间信息以及缝隙总长信息，计算出每个时间点的总体悬浮力，并根据总体悬浮力推算出当前磁浮列车的总重量，上位机一般采用远程服务器。
同时，所述上位机分别与磁浮列车的悬浮控制架构中各个悬浮控制器通信连接，根据各个悬浮控制器的上报信息，根据上报信息判断全部悬浮点是否悬浮稳定，以此，由上位机下发测试指令至悬浮力计算模块和缝隙总长计算模块，进一步由悬浮力计算模块和缝隙总长计算模块分别计算悬浮力信息和缝隙总长信息。
实施例3
在本发明中还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述实施例1中所述测定磁浮列车重量的方法。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种测定磁浮列车重量的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1：根据历史数据对磁浮列车每个悬浮点的悬浮力、悬浮间隙以及悬浮电流之间的关系进行拟合并获取拟合后的拟合曲线函数，并且将获得的拟合曲线函数储存在上位机中；
S2：待当前磁浮列车悬浮后，将各个悬浮点对应悬浮控制点的状态信息上报信息至上位机；
S3：待全部悬浮点悬浮稳定后，依据上位机发出的测试指令并执行载重测量，执行载重测量时，应确保磁浮列车不沿着轨道方向行进；
S4：根据拟合曲线函数对当前磁浮列车的每个悬浮点进行悬浮力测量，且将各个悬浮点的悬浮力信息和时间信息上报至上位机；
S5：通过上位机汇总悬浮力信息，并对齐时间信息，计算出每个时间点的总体悬浮力；
S6：根据总体悬浮力推算出当前磁浮列车的总重量。
2.根据权利要求1所述的测定磁浮列车重量的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述拟合曲线函数为：
Figure FDA0003263985490000011
其中，μ0为真空中磁导率，N为电磁铁线圈匝数，A为电磁铁极面积，I为悬浮点的电磁铁电流，z为悬浮点的电磁铁悬浮间隙，a、b、c为拟合系数。
3.根据权利要求1所述的测定磁浮列车重量的方法，其特征在于，在步骤S4中，根据拟合曲线函数进行悬浮力测量时，拟合曲线函数中悬浮点的电磁铁电流采用与当前悬浮点相对应的悬浮控制点所输出的电流期望值。
4.根据权利要求1所述的测定磁浮列车重量的方法，其特征在于，在所述步骤S4中还包括：
对磁浮列车所在位置的轨道梁进行缝隙总长度估算并上报缝隙总长信息至上位机，且在步骤S5中，通过上位机汇总悬浮力信息和缝隙总长信息。
5.根据权利要求1所述的测定磁浮列车重量的方法，其特征在于，所述方法还包括：
S7：将磁浮列车的总重量上传至牵引系统并作为牵引参数计算的依据。
6.一种测定磁浮列车重量的装置，其特征在于，该装置应用如权利要求1-5中任意一项所述的测定磁浮列车重量的方法，该装置包括：
悬浮力计算模块，用于根据拟合曲线函数对每个悬浮点计算悬浮力，并获取各个悬浮点的悬浮力信息和时间信息；
缝隙总长计算模块，用于根据绝对位置信息和外界温度信息对磁浮列车所在位置的轨道梁进行缝隙总长度估算，并获取缝隙总长信息；
分别与悬浮力计算模块和缝隙总长计算模块通信连接的上位机，用于接收所有的悬浮力信息、时间信息以及缝隙总长信息，计算出每个时间点的总体悬浮力，并根据总体悬浮力推算出当前磁浮列车的总重量。
7.根据权利要求6所述的测定磁浮列车重量的装置，其特征在于，所述上位机分别与磁浮列车的各个悬浮控制器通信连接，根据各个悬浮控制器的上报信息下发测试指令至悬浮力计算模块和缝隙总长计算模块。
8.根据权利要求7所述的测定磁浮列车重量的装置，其特征在于，各所述悬浮控制器分别连接有传感器组，且通过传感器组测量该悬浮控制器对应电磁铁的悬浮间隙；
各所述悬浮控制器通过传感器组的反馈信息输出各个对应电磁铁的电流期望值；
通过上位机将悬浮间隙和电流期望值传输至悬浮力计算模块。
9.根据权利要求6所述的测定磁浮列车重量的装置，其特征在于，所述上位机与磁浮列车的牵引系统通信连接，并将磁浮列车的总重量上传至牵引系统。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-5任一项所述的方法。
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