CN117852304A - 永磁悬浮车辆动力学建模仿真方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种永磁悬浮车辆动力学建模仿真方法及装置，属于永磁悬浮车辆技术领域。包括：获取永磁轨道的不平顺度数据、永磁悬浮车辆的受力分析数据、以及多个车载永磁体与永磁轨道之间的悬浮间隙和对应的悬浮力；基于不平顺度数据，建立不平顺表征模型；基于悬浮间隙和对应的悬浮力之间的映射关系，以及永磁悬浮车辆的受力分析数据，建立永磁悬浮车辆系统动力学模型；基于永磁悬浮车辆的结构、工况和悬挂参数，构建仿真参数文件；基于不平顺表征模型和仿真参数文件，对永磁悬浮车辆系统动力学模型进行仿真求解，得到用于评价永磁悬浮车辆运行性能的动力学特征参数。本发明具有车辆测试效率高、测试数据全面、成本低、节省人力物力的优点。
Description
技术领域
本发明涉及永磁悬浮车辆技术领域，具体地涉及一种永磁悬浮车辆动力学建模仿真方法、一种永磁悬浮车辆动力学建模仿真装置、一种电子设备及一种可读存储介质。
背景技术
近年来，随着轨道交通技术的发展，永磁悬浮交通逐渐成为重要角色之一。永磁悬浮车辆具有速度快、噪声低、安全可靠、可实现零功率悬浮等一系列优点。首先，永磁悬浮车辆采用磁悬浮技术，不需要接触式的轨道，因此能够实现零摩擦、零磨损的悬浮运行，大大降低了能耗和维护成本。此外，永磁悬浮车辆的噪声水平较低，对周围环境和居民的影响较小。最重要的是，永磁悬浮车辆具有良好的安全性能，采用先进的控制系统和安全保护措施，能够确保乘客的安全出行。综上所述，永磁悬浮车辆在城市轨道交通中具有巨大的竞争力和发展潜力。
目前，为了测试永磁悬浮车辆系统的性能，采用构建永磁悬浮的真实试验线的方法。首先，需要建造一个真实的永磁悬浮试验线，包括永磁轨道和相应的车辆系统。车辆系统包括悬浮系统、悬挂系统、导向系统等，能够模拟实际运行中的各种情况接下来，通过在试验线上进行各种测试，评估永磁悬浮车辆系统的性能。通过真实试验线的测试，可以更真实地模拟永磁悬浮车辆的运行情况，发现潜在问题并解决，提高系统的可靠性和安全性。
这种方法能够真实地模拟永磁悬浮车辆运行时转向架和车体的动态情况。然而采用真实地模拟永磁悬浮车辆运行的方式，测试效率低、成本高、测试数据不全面、需要耗费大量人力物力。
发明内容
本发明实施方式的目的是提供一种永磁悬浮车辆动力学建模仿真方法及装置，以至少解决上述的采用真实地模拟永磁悬浮车辆运行的方式，测试效率低、成本高、测试数据不全面、需要耗费大量人力物力的问题。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种永磁悬浮车辆动力学建模仿真方法，所述永磁悬浮车辆通过其多个车载永磁体与永磁轨道产生悬浮力悬浮，所述方法包括：
获取永磁轨道的不平顺度数据、永磁悬浮车辆的受力分析数据以及多个车载永磁体与永磁轨道之间的悬浮间隙和对应的悬浮力；
基于永磁悬浮车辆的不平顺度数据，建立不平顺表征模型；
基于所述悬浮间隙和对应的悬浮力之间的映射关系，以及永磁悬浮车辆的受力分析数据，建立永磁悬浮车辆系统动力学模型；
基于永磁悬浮车辆的结构、工况和悬挂参数，构建仿真参数文件；
基于所述不平顺表征模型和所述仿真参数文件，对所述永磁悬浮车辆系统动力学模型进行仿真求解，得到永磁悬浮车辆的动力学特征参数，所述动力学特征参数用于评价永磁悬浮车辆的运行性能。
可选的，所述不平顺表征模型的表达式为：
其中，为轨道垂向的不平顺值的一阶微分；/>为轨道横向的不平顺值的一阶微分；/>为轨道梁导向面的不平顺值的一阶微分；n0为参考空间频率；W(t)为均值为0的Gauss白噪声；Gq(n0)为不平顺系数，由不平顺度数据确定；v为永磁悬浮车辆的运行速度；n00为下截止空间频率；x0(t)为轨道垂向的不平顺值；a和b为永磁轨道横向和轨道梁导向面的不平顺振动系数；/>和/>为白噪声相位差；yr(t)为轨道横向的不平顺值；yi(t)为轨道梁导向面的不平顺值。
可选的，所述悬浮间隙和对应的悬浮力之间的映射关系为：
F(hi)＝α·[β·(δ·hi)-ε]；
其中，F(hi)为悬浮力；hi为永磁轨道与第i个车载永磁体之间的悬浮间隙；α、β、δ、ε为拟合系数。
可选的，所述永磁悬浮车辆系统动力学模型的表达式为：
其中，mc为永磁悬浮车辆的车体质量；为车体垂向振动加速度；g为重力加速度；Fszi、Fszj和Fszj+1均为永磁悬浮车辆的悬挂的垂向受力，且j为奇数；Jc为车体转动惯量；/>为车体点头角加速度；lc为悬挂轴距的一半；/>为车体横向振动加速度；Fsyi为悬挂所受横向力；/>为车体摇头角加速度；/>为车体侧滚角加速度；bs为悬挂横向跨距的一半；hbs为悬挂上表面到永磁悬浮车辆的构架质心的垂向距离；n为偶数。
本发明第二方面提供一种永磁悬浮车辆动力学建模仿真装置，所述永磁悬浮车辆通过其多个车载永磁体与永磁轨道产生悬浮力悬浮，所述装置包括：
参数获取模块，用于获取永磁轨道的不平顺度数据、永磁悬浮车辆的受力分析数据以及多个车载永磁体与永磁轨道之间的悬浮间隙和对应的悬浮力；
不平顺表征模型建立模块，用于基于永磁悬浮车辆的不平顺度数据，建立不平顺表征模型；
系统动力学模型建立模块，用于基于所述悬浮间隙和对应的悬浮力之间的映射关系，以及永磁悬浮车辆的受力分析数据，建立永磁悬浮车辆系统动力学模型；
仿真参数文件建立模块，用于基于永磁悬浮车辆的结构、工况和悬挂参数，构建仿真参数文件；
仿真求解模块，用于基于所述不平顺表征模型和所述仿真参数文件，对所述永磁悬浮车辆系统动力学模型进行仿真求解，得到永磁悬浮车辆的动力学特征参数，所述动力学特征参数用于评价永磁悬浮车辆的运行性能。
可选的，所述不平顺表征模型的表达式为：
其中，为轨道垂向的不平顺值的一阶微分；/>为轨道横向的不平顺值的一阶微分；/>为轨道梁导向面的不平顺值的一阶微分；n0为参考空间频率；W(t)为均值为0的Gauss白噪声；Gq(n0)为不平顺系数，由不平顺度数据确定；v为永磁悬浮车辆的运行速度；n00为下截止空间频率；x0(t)为轨道垂向的不平顺值；a和b为永磁轨道横向和轨道梁导向面的不平顺振动系数；/>和/>为白噪声相位差；yr(t)为轨道横向的不平顺值；yi(t)为轨道梁导向面的不平顺值。
可选的，所述悬浮间隙和对应的悬浮力之间的映射关系为：
F(hi)＝α·[β·(δ·hi)-ε]；
其中，F(hi)为悬浮力；hi为永磁轨道与第i个车载永磁体之间的悬浮间隙；α、β、δ、ε为拟合系数。
可选的，所述永磁悬浮车辆系统动力学模型的表达式为：
其中，mc为永磁悬浮车辆的车体质量；为车体垂向振动加速度；g为重力加速度；Fszi、Fszj和Fszj+1均为永磁悬浮车辆的悬挂的垂向受力，且j为奇数；Jc为车体转动惯量；/>为车体点头角加速度；lc为悬挂轴距的一半；/>为车体横向振动加速度；Fsyi为悬挂所受横向力；/>为车体摇头角加速度；/>为车体侧滚角加速度；bs为悬挂横向跨距的一半；hbs为悬挂上表面到永磁悬浮车辆的构架质心的垂向距离。
本发明第三方面提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的永磁悬浮车辆动力学建模仿真方法。
另一方面，本发明提供一种可读存储介质，该可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上述的永磁悬浮车辆动力学建模仿真方法。
本技术方案通过获取永磁轨道的不平顺度数据、永磁悬浮车辆的受力分析数据、以及多个车载永磁体与永磁轨道之间的悬浮间隙和对应的悬浮力，建立永磁悬浮车辆系统动力学模型，并基于永磁悬浮车辆系统动力学模型进行仿真求解，得到用于评价永磁悬浮车辆运行性能的动力学特征参数，具有车辆测试效率高、测试数据全面、成本低、节省人力物力的优点。
本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：
图1是本发明提供的永磁悬浮车辆动力学建模仿真方法的流程图；
图2是本发明提供的永磁悬浮车辆的结构示意图；
图3是本发明提供的永磁悬浮车辆动力学建模仿真装置的结构框图。
附图标记说明
10-参数获取模块； 20-不平顺表征模型建立模块；
30-系统动力学模型建立模块； 40-仿真参数文件建立模块；
50-仿真求解模块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
图1是本发明提供的永磁悬浮车辆动力学建模仿真方法的流程图；图2是本发明提供的永磁悬浮车辆的结构示意图；图3是本发明提供的永磁悬浮车辆动力学建模仿真装置的结构框图。
在本实施方式中，如图2所示，本实施方式中永磁悬浮车辆主要结构包括：车厢、悬挂(二系悬挂系统)和转向架，车厢通过悬挂与转向架连接，转向架上对称设置在永磁悬浮车辆的车载永磁体，车载永磁体设置为4个，且对称呈正方形或长方形分布，另外，永磁轨道设置为两个，相对平行设置，每一根永磁轨道对应两个车载永磁体，相互产生悬浮力使永磁悬浮车辆悬浮；永磁悬浮车辆的其他结构为现有技术，此处不再赘述。
如图1所示，本实施方式提供一种永磁悬浮车辆动力学建模仿真方法，包括：
步骤一、获取永磁轨道的不平顺度数据、永磁悬浮车辆的受力分析数据以及多个车载永磁体与永磁轨道之间的悬浮间隙和对应的悬浮力；
步骤二、基于永磁悬浮车辆的不平顺度数据，建立不平顺表征模型；
步骤三、基于所述悬浮间隙和对应的悬浮力之间的映射关系，以及永磁悬浮车辆的受力分析数据，建立永磁悬浮车辆系统动力学模型；
步骤四、基于永磁悬浮车辆的结构、工况和悬挂参数，构建仿真参数文件；
步骤五、基于所述不平顺表征模型和所述仿真参数文件，对所述永磁悬浮车辆系统动力学模型进行仿真求解，得到永磁悬浮车辆的动力学特征参数，所述动力学特征参数用于评价永磁悬浮车辆的运行性能。
具体地，首先，根据实测永磁轨道横向和垂向及轨道梁导行面不平顺度数据，采用Simulink中白噪声模块建立轨道不平顺表征模型：
其中，为轨道垂向的不平顺值的一阶微分；/>为轨道横向的不平顺值的一阶微分；/>为轨道梁导向面的不平顺值的一阶微分；n0为参考空间频率；W(t)为均值为0的Gauss白噪声；Gq(n0)为不平顺系数，由不平顺度数据确定；v为永磁悬浮车辆的运行速度；n00为下截止空间频率；x0(t)为轨道垂向的不平顺值；a和b为永磁轨道横向和轨道梁导向面的不平顺振动系数；/>和/>为白噪声相位差；yr(t)为轨道横向的不平顺值；yi(t)为轨道梁导向面的不平顺值。
其次，通过获取车载永磁体与永磁轨道在不同悬浮间隙下对应的悬浮力，并基于悬浮间隙和对应的悬浮力之间的映射关系，建立对应的关系模型：
其中，F(hi)为悬浮力；hi为永磁轨道与第i个车载永磁体之间的悬浮间隙；α、β、δ、ε为拟合系数。
具体地，针对本实施方式中磁悬浮列车的具体结构进行建模，得到以下表示式：
F(hi)＝0.62*[1000*473.54(1000hi)-1.088](i＝1、2、3、4)
h1＝h0-θblr+φbbr+x1(t)+zb
h2＝h0-θblr+φbbr+x2(t)+zb
h3＝h0+θblr-φbbr+x3(t)+zb
h4＝h0+θblr-φbbr+x4(t)+zb
Fyi＝k*yb(i＝1、2、3、4)
F(hi)为悬浮力，hi为永磁轨道与车载永磁体之间悬浮间隙。i＝1、2、3、4，Fyi为永磁体与车载永磁阵列产生的侧偏力，h0为转向架初始悬浮高度，xi(t)为轨道不平顺激扰，zb为转向架沉浮运动所产生位移，θblr为转向架侧滚所产生的垂向位移，θbbr为转向架点头运动所产生的垂向位移。
针对上述公式，基于Simulink平台建立磁轨关系模型，模型建立过程中，使用延时模块(Transport Delay)模拟左右永磁轨道工况的不同，按照预设计的磁悬浮车辆的结构，根据牛顿定律对车体和转向架进行受力分析，建立车辆及转向架其运动微分方程可以表示如下：
转向架沉浮运动微分程:
转向架点头运动微分方程：
转向架横移运动微分方程：
转向架摇头运动微分方程：
转向架侧滚运动微分方程：
其中，mb为转向架质量；为转向架的垂向振动加速度，F(h1)、F(h2)、F(h3)和F(h4)分别为转向架悬浮模块的悬浮力；/>lr和Jb分别为转向架点头角加速度、转向架轴向跨距之半和转向架转动惯量；/>bs、Fszi、hbs、hbr、hbg1和hbg2分别为转向架侧滚角加速度、二系悬挂横向跨距的一半、二系悬挂垂向受力、二系悬挂上表面到构架质心垂向距离、永磁体质心到构架质心垂向距离、构架质心到下和下导向轮中心线垂向距离；/>和lg分别为转向架摇头角加速度和导向轮轴向跨距的一半；/>Fryi和Fgyi分别为车体横向振动加速度、永磁体所受侧偏力和导向轮受力；Fsyi为二系悬挂所受横向力，br为永磁体横向间距的一半。
针对上述公式，基于Simulink平台，建立永磁悬浮车辆系统动力学模型，包括：
车体沉浮运动微分方程：
车体点头运动微分方程：
车体横移运动微分方程：
车体摇头运动微分方程：
车体侧滚运动微分方程：
其中，mc为永磁悬浮车辆的车体质量；为车体垂向振动加速度；g为重力加速度；Fszi、Fszj和Fszj+1均为永磁悬浮车辆的悬挂的垂向受力，且j为奇数；Jc为车体转动惯量；/>为车体点头角加速度；lc为悬挂轴距的一半；/>为车体横向振动加速度；Fsyi为悬挂所受横向力；/>为车体摇头角加速度；/>为车体侧滚角加速度；bs为悬挂横向跨距的一半；hbs为悬挂上表面到永磁悬浮车辆的构架质心的垂向距离。
具体地，该模型全面考虑了转向架沉浮、点头、侧滚、横移和摇头等因素对垂向位移和横向位移的影响。在建立的模型中，可以通过示波器来观察永磁轨道与车载永磁阵列之间的悬浮间隙的变化，直观地了解悬浮间隙的变化趋势和幅度。悬浮间隙的变化对于永磁悬浮车辆系统的运行和稳定性具有重要影响，通过观察悬浮间隙的变化，评估系统的悬浮性能和稳定性，并进行相应的调整和优化。在建立模型时，可以通过设置合适的参数和算法来模拟永磁轨道与车载永磁阵列之间的悬浮间隙的变化。
然后，获取永磁悬浮车辆系统的结构、工况、悬挂参数，并将其写入一个m文件中。通过运行该m文件，可以将参数导入Matlab工作区间。在Simulink模型运行时，可以使用工作区间中的参数进行仿真模拟。
具体地，通过将永磁悬浮车辆系统的结构、工况、悬挂参数使用m文件形式输入到建立的模型中，可以实现更加灵活和方便的参数修改。相比传统的建模方法，这种方式使得参数的修改过程更加简单和直观。在传统的建模方法中，修改系统的参数通常需要手动找到相应的模块或者参数设置，逐个进行修改。过程可能比较繁琐，尤其是当系统的参数较多或者需要频繁修改时。而使用m文件形式输入参数的方法，可以将所有的参数都集中在一个文件中，通过修改该文件即可实现参数的修改。这样的方式使得参数的修改更加集中和一致，减少了出错的可能性，并且可以更加方便地进行参数的批量修改。此外，使用m文件形式输入参数还可以方便地进行参数的保存和共享。通过将参数保存在一个文件中，可以轻松地将参数传递给其他人或者在不同的模型中共享使用。这样可以提高工作效率，并且方便团队协作。综上所述，将永磁悬浮车辆系统的参数使用m文件形式输入到建立的模型中，可以简化参数修改过程，提高工作效率，并方便参数的保存和共享。这种方法在建模和仿真过程中具有一定的优势和便利性。
最终，基于不平顺表征模型和仿真参数文件，利用Simulink平台，对永磁悬浮车辆系统动力学模型进行仿真求解，得到永磁悬浮车辆的动力学特征参数，所述动力学特征参数用于评价永磁悬浮车辆的运行性能，其中，动力学特征参数包括：车体垂向振动加速度、车体点头角加速度、车体横向振动加速度、车体摇头角加速度和车体侧滚角加速度，利用永磁悬浮车辆的动力学特征参数能够有效评价永磁悬浮车辆的运行性能；另外，还根据实际需求得到永磁模块悬浮高度变化、导向轮受力情况和转向架参数。
其中，模型输出可以得到永磁悬浮车辆系统中悬浮模块中悬浮间隙的变化情况。通过模型的计算和仿真，可以获取悬浮间隙随时间的变化曲线，从而了解车辆系统在不同工况下的悬浮性能和稳定性。通过模型的计算，得到导向轮受压力随时间的变化曲线，进而了解导向系统的工作状态和受力情况。模型还可以输出车体与转向架之间的相对位移，得到车体和转向架之间的相对位移随时间的变化曲线，从而了解车体和转向架之间的运动情况。此外，车体与前、后转向架的沉浮、点头、横移、摇头和侧滚等运动学特征参数，得到这些运动参数随时间的变化曲线，从而了解车体和转向架的运动状态和变化趋势。通过获取这些数据，对永磁悬浮车辆系统的性能进行评估和分析；通过观察悬浮间隙的变化情况、导向轮受压力的大小、车体与转向架之间的相对位移以及各个运动参数数据，来判断系统的稳定性、悬浮性能和运行状态，从而进行必要的调整和改进。
上述建模方法可以提高永磁悬浮车辆系统仿真模型的精确度，并使其更加切合实物。通过考虑实际受力分析和运动方程，可以更准确地模拟永磁悬浮车辆系统的运行情况。这种建模方法可以模拟永磁悬浮车辆系统在不同工况下的运行情况，包括正常工作状态和一些极端状况。例如，可以模拟车辆系统在高速运行时的悬浮间隙变化，以及在急转弯等情况下的导向轮受压力变化。通过模拟这些极端状况，可以评估永磁悬浮车辆系统的稳定性和安全性。此外，通过模拟极端状况，进行系统的优化和改进。可以通过调整系统的参数和控制策略，来提高系统在极端状况下的稳定性和性能。
综上所述，上述建模方法可以提高永磁悬浮车辆系统仿真模型的精确度，并使其更加切合实物。通过模拟永磁悬浮车辆系统在不同工况下的一些极端状况，可以评估系统的稳定性和安全性，并进行必要的优化和改进。这样可以提高永磁悬浮车辆系统的性能和可靠性，确保其在实际运行中的安全和稳定。
具体地，本发明通过建立永磁悬浮车辆的数学模型，并结合车辆的各种参数，在Simulink平台上建立永磁悬浮车辆系统模型，模拟车辆的运行情况，进行测试和分析是一种高效、灵活且成本低的方法。在Simulink平台上建立永磁悬浮车辆系统模型。通过设置不同的输入条件，如速度、加速度、外部扰动等，模拟不同的运行情况。通过模拟车辆的运行，可以快速获取大量的测试数据，并进行进一步的分析。利用Simulink平台的优势，能够快速模拟各种工况和异常情况，评估车辆系统的性能和稳定性。同时，通过调整模型参数和输入条件，可以进行优化和改进，提高永磁悬浮车辆系统的性能和安全性。相比于真实试验线的测试方法，建立数学模型并结合Simulink平台进行测试和分析具有高效、灵活和成本低的优点。可以快速获取大量测试数据，并模拟各种工况和异常情况，为永磁悬浮车辆系统的优化和改进提供有力支持。
如图3所示，本实施方式提供一种永磁悬浮车辆动力学建模仿真装置，所述永磁悬浮车辆通过其多个车载永磁体与永磁轨道产生悬浮力悬浮，所述装置包括：
参数获取模块10，用于获取永磁轨道的不平顺度数据、永磁悬浮车辆的受力分析数据以及多个车载永磁体与永磁轨道之间的悬浮间隙和对应的悬浮力；
不平顺表征模型建立模块20，用于基于永磁悬浮车辆的不平顺度数据，建立不平顺表征模型；
系统动力学模型建立模块30，用于基于所述悬浮间隙和对应的悬浮力之间的映射关系，以及永磁悬浮车辆的受力分析数据，建立永磁悬浮车辆系统动力学模型；
仿真参数文件建立模块40，用于基于永磁悬浮车辆的结构、工况和悬挂参数，构建仿真参数文件；
仿真求解模块50，用于基于所述不平顺表征模型和所述仿真参数文件，对所述永磁悬浮车辆系统动力学模型进行仿真求解，得到永磁悬浮车辆的动力学特征参数，所述动力学特征参数用于评价永磁悬浮车辆的运行性能。
进一步地，所述不平顺表征模型的表达式为：
其中，为轨道垂向的不平顺值的一阶微分；/>为轨道横向的不平顺值的一阶微分；/>为轨道梁导向面的不平顺值的一阶微分；n0为参考空间频率；W(t)为均值为0的Gauss白噪声；Gq(n0)为不平顺系数，由不平顺度数据确定；v为永磁悬浮车辆的运行速度；n00为下截止空间频率；x0(t)为轨道垂向的不平顺值；a和b为永磁轨道横向和轨道梁导向面的不平顺振动系数；/>和/>为白噪声相位差；yr(t)为轨道横向的不平顺值；yi(t)为轨道梁导向面的不平顺值。
进一步地，所述悬浮间隙和对应的悬浮力之间的映射关系为：
F(hi)＝α·[β·(δ·hi)-ε]；
其中，F(hi)为悬浮力；hi为永磁轨道与第i个车载永磁体之间的悬浮间隙；α、β、δ、ε为拟合系数。
进一步地，所述永磁悬浮车辆系统动力学模型的表达式为：
其中，mc为永磁悬浮车辆的车体质量；为车体垂向振动加速度；g为重力加速度；Fszi、Fszj和Fszj+1均为永磁悬浮车辆的悬挂的垂向受力，且j为奇数；Jc为车体转动惯量；/>为车体点头角加速度；lc为悬挂轴距的一半；/>为车体横向振动加速度；Fsyi为悬挂所受横向力；/>为车体摇头角加速度；/>为车体侧滚角加速度；bs为悬挂横向跨距的一半；hbs为悬挂上表面到永磁悬浮车辆的构架质心的垂向距离。
本发明实施方式还提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的永磁悬浮车辆动力学建模仿真方法。
本发明实施方式还提供一种可读存储介质，该可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上述的永磁悬浮车辆动力学建模仿真方法。
本领域技术人员可以理解实现上述实施方式的方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，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单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。
Claims (10)
1.一种永磁悬浮车辆动力学建模仿真方法，所述永磁悬浮车辆通过其多个车载永磁体与永磁轨道产生悬浮力悬浮，其特征在于，所述方法包括：
获取永磁轨道的不平顺度数据、永磁悬浮车辆的受力分析数据以及多个车载永磁体与永磁轨道之间的悬浮间隙和对应的悬浮力；
基于永磁悬浮车辆的不平顺度数据，建立不平顺表征模型；
基于所述悬浮间隙和对应的悬浮力之间的映射关系，以及永磁悬浮车辆的受力分析数据，建立永磁悬浮车辆系统动力学模型；
基于永磁悬浮车辆的结构、工况和悬挂参数，构建仿真参数文件；
基于所述不平顺表征模型和所述仿真参数文件，对所述永磁悬浮车辆系统动力学模型进行仿真求解，得到永磁悬浮车辆的动力学特征参数，所述动力学特征参数用于评价永磁悬浮车辆的运行性能。
2.根据权利要求1所述的永磁悬浮车辆动力学建模仿真方法，其特征在于，所述不平顺表征模型的表达式为：
其中，为轨道垂向的不平顺值的一阶微分；/>为轨道横向的不平顺值的一阶微分；/>为轨道梁导向面的不平顺值的一阶微分；n0为参考空间频率；W(t)为均值为0的Gauss白噪声；Gq(n0)为不平顺系数，由不平顺度数据确定；v为永磁悬浮车辆的运行速度；n00为下截止空间频率；x0(t)为轨道垂向的不平顺值；a和b为永磁轨道横向和轨道梁导向面的不平顺振动系数；/>和/>为白噪声相位差；yr(t)为轨道横向的不平顺值；yi(t)为轨道梁导向面的不平顺值。
3.根据权利要求1所述的永磁悬浮车辆动力学建模仿真方法，其特征在于，所述悬浮间隙和对应的悬浮力之间的映射关系为：
其中，F(hi)为悬浮力；hi为永磁轨道与第i个车载永磁体之间的悬浮间隙；α、β、δ、ε为拟合系数。
4.根据权利要求1所述的永磁悬浮车辆动力学建模仿真方法，其特征在于，所述永磁悬浮车辆系统动力学模型的表达式为：
其中，mc为永磁悬浮车辆的车体质量；为车体垂向振动加速度；g为重力加速度；Fszi、Fszj和Fszj+1均为永磁悬浮车辆的悬挂的垂向受力，且j为奇数；Jc为车体转动惯量；/>为车体点头角加速度；lc为悬挂轴距的一半；/>为车体横向振动加速度；Fsyi为悬挂所受横向力；为车体摇头角加速度；/>为车体侧滚角加速度；bs为悬挂横向跨距的一半；hbs为悬挂上表面到永磁悬浮车辆的构架质心的垂向距离；n为偶数。
5.一种永磁悬浮车辆动力学建模仿真装置，所述永磁悬浮车辆通过其多个车载永磁体与永磁轨道产生悬浮力悬浮，其特征在于，所述装置包括：
参数获取模块，用于获取永磁轨道的不平顺度数据、永磁悬浮车辆的受力分析数据以及多个车载永磁体与永磁轨道之间的悬浮间隙和对应的悬浮力；
不平顺表征模型建立模块，用于基于永磁悬浮车辆的不平顺度数据，建立不平顺表征模型；
系统动力学模型建立模块，用于基于所述悬浮间隙和对应的悬浮力之间的映射关系，以及永磁悬浮车辆的受力分析数据，建立永磁悬浮车辆系统动力学模型；
仿真参数文件建立模块，用于基于永磁悬浮车辆的结构、工况和悬挂参数，构建仿真参数文件；
仿真求解模块，用于基于所述不平顺表征模型和所述仿真参数文件，对所述永磁悬浮车辆系统动力学模型进行仿真求解，得到永磁悬浮车辆的动力学特征参数，所述动力学特征参数用于评价永磁悬浮车辆的运行性能。
6.根据权利要求5所述的永磁悬浮车辆动力学建模仿真装置，其特征在于，所述不平顺表征模型的表达式为：
其中，为轨道垂向的不平顺值的一阶微分；/>为轨道横向的不平顺值的一阶微分；/>为轨道梁导向面的不平顺值的一阶微分；n0为参考空间频率；W(t)为均值为0的Gauss白噪声；Gq(n0)为不平顺系数，由不平顺度数据确定；v为永磁悬浮车辆的运行速度；n00为下截止空间频率；x0(t)为轨道垂向的不平顺值；a和b为永磁轨道横向和轨道梁导向面的不平顺振动系数；/>和/>为白噪声相位差；yr(t)为轨道横向的不平顺值；yi(t)为轨道梁导向面的不平顺值。
7.根据权利要求5所述的永磁悬浮车辆动力学建模仿真装置，其特征在于，所述悬浮间隙和对应的悬浮力之间的映射关系为：
其中，F(hi)为悬浮力；hi为永磁轨道与第i个车载永磁体之间的悬浮间隙；α、β、δ、ε为拟合系数。
8.根据权利要求5所述的永磁悬浮车辆动力学建模仿真装置，其特征在于，所述永磁悬浮车辆系统动力学模型的表达式为：
其中，mc为永磁悬浮车辆的车体质量；为车体垂向振动加速度；g为重力加速度；Fszi、Fszj和Fszj+1均为永磁悬浮车辆的悬挂的垂向受力，且j为奇数；Jc为车体转动惯量；/>为车体点头角加速度；lc为悬挂轴距的一半；/>为车体横向振动加速度；Fsyi为悬挂所受横向力；/>为车体摇头角加速度；/>为车体侧滚角加速度；bs为悬挂横向跨距的一半；hbs为悬挂上表面到永磁悬浮车辆的构架质心的垂向距离。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-4中任一项所述的永磁悬浮车辆动力学建模仿真方法。
10.一种可读存储介质，该可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行权利要求1-4中任一项所述的永磁悬浮车辆动力学建模仿真方法。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202410164594.3A CN117852304A (zh) | 2024-02-05 | 2024-02-05 | 永磁悬浮车辆动力学建模仿真方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202410164594.3A CN117852304A (zh) | 2024-02-05 | 2024-02-05 | 永磁悬浮车辆动力学建模仿真方法及装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN117852304A true CN117852304A (zh) | 2024-04-09 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202410164594.3A Pending CN117852304A (zh) | 2024-02-05 | 2024-02-05 | 永磁悬浮车辆动力学建模仿真方法及装置 |
Country Status (1)
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2024
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