CN114161940A - 一种高速磁浮列车的间隙微分信号提取方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高速磁浮列车的间隙微分信号提取方法及系统，该方法包括：在悬浮控制系统中的各个悬浮控制器上均设置两个间隙传感器，且两个间隙传感器之间的距离大于轨道接缝宽度；基于间隙微分信号提取模型分别得到两个间隙传感器在当前步的间隙信号微分值，选取两个间隙信号微分值中绝对值较小的间隙信号微分值作为悬浮控制系统当前步的间隙微分信号。本发明应用于信号提取技术领域，对频率范围较低内的信号具有微分作用，而对频率较高的信号具有滤波的作用，既能得到较为准确的间隙微分信号，同时对信号中高频的噪声具有一定的抑制作用，能够在高速磁浮列车的悬浮控制系统中能够取得较好的控制效果。

Description

一种高速磁浮列车的间隙微分信号提取方法及系统
技术领域
本发明涉及信号提取技术领域，具体是一种高速磁浮列车的间隙微分信号提取方法及系统。
背景技术
在高速磁浮列车悬浮控制系统中，悬浮控制器接收传感器的信息以及车载控制系统的命令，通过悬浮控制算法，融合相关传感器的信息如：悬浮间隙、电磁铁电流、加速度值等，计算得到控制量，用控制量来控制悬浮电磁铁中的电流大小，从而控制电磁铁与轨道之间的磁力，以达到稳定悬浮的目的。
在设计控制算法时，悬浮间隙的微分信号是一个不可缺少的状态量，间隙微分信号不能直接由传感器测量得到，需要将间隙值经过算法处理之后才能得到间隙微分信号。目前悬浮控制系统中大多直接采用常规的微分算法得到间隙微分信号，但是会放大噪声，不利于控制系统。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种高速磁浮列车的间隙微分信号提取方法及系统，对某频率范围较低内的信号具有微分作用(如50赫兹以内的信号)，而对频率较高的信号具有滤波的作用，能够在高速磁浮列车的悬浮控制系统中能够取得较好的控制效果。
为实现上述目的，本发明提供一种高速磁浮列车的间隙微分信号提取方法，包括如下步骤：
在悬浮控制系统中的各个悬浮控制器上均设置两个间隙传感器，且两个间隙传感器之间的距离大于轨道接缝宽度；
基于间隙微分信号提取模型分别得到两个间隙传感器在当前步的间隙信号微分值，选取两个间隙信号微分值中绝对值较小的间隙信号微分值作为悬浮控制系统当前步的间隙微分信号。
在另一个实施例中，所述间隙微分信号提取模型为：
yn＝a·xn-b·xn-1+c·yn-1-d·yn-2
式中，yn为当前步间隙信号的微分值，xn为当前步的间隙信号，xn-1为前一步的间隙信号，yn-1为前一步的间隙信号的微分值，yn-2为前二步的间隙信号的微分值，a、b、c、d为设计系数。
在另一个实施例中，所述基于间隙微分信号提取模型分别得到两个间隙传感器在当前步的间隙信号微分值，具体为：
分别获取两个间隙传感器当前步的间隙信号、前一步的间隙信号、前一步的间隙信号的微分值以及前二步的间隙信号的微分值；
将两个间隙传感器当前步的间隙信号、前一步的间隙信号、前一步的间隙信号的微分值以及前二步的间隙信号的微分值分别代入间隙微分信号提取模型，得到得到两个间隙传感器在当前步的间隙信号微分值。
在另一个实施例中，间隙信号的频率为20赫兹以内，a＝7.781494、b＝7.781494、c＝0.474365、d＝0.056152。
为实现上述目的，本发明还提供一种高速磁浮列车的间隙微分信号提取系统，该系统采用上述信号提取方法获取高速磁浮列车的间隙微分信号，所述信号提取系统包括：
信息获取单元，用于获取两个间隙传感器当前步的间隙信号；
信息存储单元，与所述信息获取单元相连，用于存储获取两个间隙传感器历史步的间隙信号与间隙微分信号；
信息处理单元，与所述信息获取单元、所述信息存储单元相连，用于根据两个间隙传感器当前步的间隙信号以及历史步的间隙信号与间隙微分信号，分别得到两个间隙传感器当前步的间隙微分信号；
信息提取单元，与所述信息处理单元相连，用于获取两个间隙传感器当前步的间隙微分信号，并提取出其中绝对值较小的作为悬浮控制系统当前步的间隙微分信号，并存储；
信号输出单元，与所述信息提取单元相连，用于输出悬浮控制系统当前步的间隙微分信号。
为实现上述目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储用于电子数据交换的计算机程序，其中，所述计算机程序使得计算机执行上述信号提取方法中所描述的部分或全部步骤。
本发明提供的一种高速磁浮列车的间隙微分信号提取方法及系统，该方法及系统对频率范围较低内的信号具有微分作用，而对频率较高的信号具有滤波的作用，因此在需要的信号频率范围内，由于间隙信号频率较低，既能得到较为准确的间隙微分信号，同时在高频段又有滤波作用，因此能对信号中高频的噪声具有一定的抑制作用，能够在高速磁浮列车的悬浮控制系统中能够取得较好的控制效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例中间隙传感器与轨道之间的间隙的示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
实施例1
本实施例公开了一种高速磁浮列车的间隙微分信号提取方法，对频率范围较低内的信号(例如50赫兹以内的信号)具有微分作用，而对频率较高的信号具有滤波的作用，因此在需要的信号频率范围内，由于间隙信号频率较低，既能得到较为准确的间隙微分信号，同时在高频段又有滤波作用，因此能对信号中高频的噪声具有一定的抑制作用，能够在高速磁浮列车的悬浮控制系统中能够取得较好的控制效果。本实施例中的信号提取方法主要是基于构建的间隙微分信号提取模型实现。具体地，间隙微分信号提取模型为：
yn＝a·xn-b·xn-1+c·yn-1-d·yn-2
式中，yn为当前步间隙信号的微分值，xn为当前步的间隙信号，xn-1为前一步的间隙信号，yn-1为前一步的间隙信号的微分值，yn-2为前二步的间隙信号的微分值，a、b、c、d为设计系数，可以根据高速磁浮列车间隙信号的频率范围确定。例如，本实施例中悬浮控制系统为采样频率为5K的数字控制系统，高速磁浮列车间隙信号的频率为20赫兹以内，因此a＝7.781494、b＝7.781494、c＝0.474365、d＝0.056152，即间隙微分信号提取模型具体为：
yn＝7.781494·xn-7.781494·xn-1+0.474365·yn-1-0.056152·yn-2
需要注意的是，在上述间隙微分信号提取模型中，对于第1步与第2步间隙信号的微分值，即第1、2步间隙的微分信号直接采用常规的微分算法得到。
在具体实施过程中，考虑到轨道接缝对间隙传感器的影响，在列车悬浮间隙不变的情况下，当间隙传感器从非接缝进入到轨道接缝时，间隙传感器的输出值由正常值变为最大值，即图1所示的情况；这种情况下，由上述间隙微分信号提取模型得到的微分信号会产生突变。在图1中，正常悬浮情况下，间隙传感器测量出磁浮列车与轨道之间的间隙。若间隙传感器处于黑色位置，此时间隙传感器测到的与轨道之间的间隙为10毫米，当列车向右运行，使得间隙传感器处于白色的位置，此时间隙传感器正对两个轨道之间的接缝位置，此时间隙传感器测到的间隙值为最大值。由此可见，从黑色到白色的变换时(或者由白色位置变化为黑色位置时)，间隙会产生突变，且间隙传感器处于白色位置时，间隙传感器的输出并不是列车的悬浮间隙，因此由该间隙传感器作为原始信号计算得到的间隙微分信号也不可信。基于这一问题，本实施例中，通过在悬浮控制系统中的各个悬浮控制器上均设置两个间隙传感器，且两个间隙传感器之间的距离大于轨道接缝宽度；基于间隙微分信号提取模型分别得到两个间隙传感器在当前步的间隙信号微分值，选取两个间隙信号微分值中绝对值较小的间隙信号微分值作为悬浮控制系统当前步的间隙微分信号。由此可以消除轨道接缝带来的微分突变影响。
实施例2
本实施例还公开了一种高速磁浮列车的间隙微分信号提取系统，该信号提取系统采用实施例1中的信号提取方法获取高速磁浮列车的间隙微分信号。具体地，信号提取系统包括信息获取单元、信息存储单元、信息处理单元、信息提取单元与信号输出单元。其中，信息获取单元用于获取两个间隙传感器当前步的间隙信号；信息存储单元与所述信息获取单元相连，用于存储获取两个间隙传感器历史步的间隙信号与间隙微分信号；信息处理单元分别与所述信息获取单元、所述信息存储单元相连，用于根据两个间隙传感器当前步的间隙信号以及历史步的间隙信号与间隙微分信号，分别得到两个间隙传感器当前步的间隙微分信号，并存储至信息存储单元；信息提取单元与所述信息处理单元相连，用于获取两个间隙传感器当前步的间隙微分信号，并提取出其中绝对值较小的作为悬浮控制系统当前步的间隙微分信号；信号输出单元与所述信息提取单元相连，用于输出悬浮控制系统当前步的间隙微分信号。
在具体实施过程中，信息处理单元根据两个间隙传感器当前步的间隙信号以及历史步的间隙信号与间隙微分信号，分别得到两个间隙传感器当前步的间隙微分信号具体为：
yn＝7.781494·xn-7.781494·xn-1+0.474365·yn-1-0.056152·yn-2
式中，yn为当前步间隙信号的微分值，xn为当前步的间隙信号，xn-1为前一步的间隙信号，yn-1为前一步的间隙信号的微分值，yn-2为前二步的间隙信号的微分值。
本实施例中的信号提取系统对频率范围较低内的信号具有微分作用，而对频率较高的信号具有滤波的作用，因此在需要的信号频率范围内，由于间隙信号频率较低，既能得到较为准确的间隙微分信号，同时在高频段又有滤波作用，因此能对信号中高频的噪声具有一定的抑制作用，能够在高速磁浮列车的悬浮控制系统中能够取得较好的控制效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种高速磁浮列车的间隙微分信号提取方法，其特征在于，包括如下步骤：
在悬浮控制系统中的各个悬浮控制器上均设置两个间隙传感器，且两个间隙传感器之间的距离大于轨道接缝宽度；
基于间隙微分信号提取模型分别得到两个间隙传感器在当前步的间隙信号微分值，选取两个间隙信号微分值中绝对值较小的间隙信号微分值作为悬浮控制系统当前步的间隙微分信号。
2.根据权利要求1所述高速磁浮列车的间隙微分信号提取方法，其特征在于，所述间隙微分信号提取模型为：
yn＝a·xn-b·xn-1+c·yn-1-d·yn-2
式中，yn为当前步间隙信号的微分值，xn为当前步的间隙信号，xn-1为前一步的间隙信号，yn-1为前一步的间隙信号的微分值，yn-2为前二步的间隙信号的微分值，a、b、c、d为设计系数。
3.根据权利要求2所述高速磁浮列车的间隙微分信号提取方法，其特征在于，所述基于间隙微分信号提取模型分别得到两个间隙传感器在当前步的间隙信号微分值，具体为：
分别获取两个间隙传感器当前步的间隙信号、前一步的间隙信号、前一步的间隙信号的微分值以及前二步的间隙信号的微分值；
将两个间隙传感器当前步的间隙信号、前一步的间隙信号、前一步的间隙信号的微分值以及前二步的间隙信号的微分值分别代入间隙微分信号提取模型，得到得到两个间隙传感器在当前步的间隙信号微分值。
4.根据权利要求2或3所述高速磁浮列车的间隙微分信号提取方法，其特征在于，间隙信号的频率为20赫兹以内，a＝7.781494、b＝7.781494、c＝0.474365、d＝0.056152。
5.一种高速磁浮列车的间隙微分信号提取系统，其特征在于，采用权利要求1至4任一项所述信号提取方法获取高速磁浮列车的间隙微分信号，所述信号提取系统包括：
信息获取单元，用于获取两个间隙传感器当前步的间隙信号；
信息存储单元，与所述信息获取单元相连，用于存储获取两个间隙传感器历史步的间隙信号与间隙微分信号；
信息处理单元，与所述信息获取单元、所述信息存储单元相连，用于根据两个间隙传感器当前步的间隙信号以及历史步的间隙信号与间隙微分信号，分别得到两个间隙传感器当前步的间隙微分信号，并存储；
信息提取单元，与所述信息处理单元相连，用于获取两个间隙传感器当前步的间隙微分信号，并提取出其中绝对值较小的作为悬浮控制系统当前步的间隙微分信号；
信号输出单元，与所述信息提取单元相连，用于输出悬浮控制系统当前步的间隙微分信号。
6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储用于电子数据交换的计算机程序，其中，所述计算机程序使得计算机执行如权利要求1至4任一项所述信号提取方法中所描述的部分或全部步骤。
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