CN1431117A

CN1431117A - 常导高速磁悬浮车辆差动式导向控制装置

Info

Publication number: CN1431117A
Application number: CN 03115257
Authority: CN
Inventors: 常文森; 刘武君; 佘龙华; 吴峻; 陈革
Original assignee: NATIONAL RESEARCH CENTER OF MAGNETIC SUSPENSION TRANSPORTATION ENGINEERING TECHN
Current assignee: NATIONAL RESEARCH CENTER OF MAGNETIC SUSPENSION TRANSPORTATION ENGINEERING TECHN
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2003-07-23

Abstract

一种常导高速磁悬浮车辆差动式导向控制装置，其特点是：①每节车辆设有多个控制；②每个控制点的构成如下：两个导向电磁铁对称地安装在车辆悬浮架的左右两侧，该导向电磁铁的表面与线路导轨侧面保持平行；在该导向电磁铁上安装导向间隙传感器，且使该导向间隙传感器的工作表面与线路导轨的侧面保持平行；一导向控制器，安装在车辆的夹层结构中，该导向控制器的工作过程如下：由导向间隙传感器分别测得导向间隙δ_1L、δ_1R，形成相应的电信号并输入到该导向控制器，该导向控制器的控制算法所用的间隙信号取为δ_1L、δ_1R，并以差动方式控制左右两侧导向电磁铁的电流，使左右两侧导向电磁铁与导轨的间隙δ_L和δ_R保持相等。

Description

常导高速磁悬浮车辆差动式导向控制装置

技术领域：

本发明涉及高速磁悬浮列车，特别是一种常导高速磁悬浮车辆差动式导向控制装置。

背景技术：

常导高速磁悬浮车辆的导向控制是通过主动控制的方式实现的，它使车辆可以在Y方向跟踪轨道，并为车辆在Y方向承受的干扰(如侧风、超高、轨道接缝等)提供补偿控制。目前有两种基本导向控制方案：

TR07的基本导向控制方案是：

悬浮架托臂和悬浮架横梁采取弹性连接的方式，在此基础上，左右两侧相对应的导向控制点各自按照间隙的给定值进行定值控制，我们称这种方法为定间隙独立控制。这种方法的缺点是：①在导向传感器冗余功能失效后，车辆经过轨道梁与轨道梁之间的接缝时，导向系统出现不必要的大幅度调节；②左右两侧相对应的导向控制点各自独立调节间隙，导致车辆自身沿X方向的中心线与线路沿X方向的中心线容易偏离，中心线的偏离使与之对应的左右两侧的悬浮系统的受力出现相对变化，从而使车辆出现与轮轨铁路类似的“蛇形”运动。

TR08的基本导向控制方案是：

悬浮架托臂和悬浮架横梁采取刚性连接的方式，在此基础上，左右两侧相对应的导向控制点总是以保持等值的间隙作为控制目标，但左右两侧的控制过程是独立调节的，我们称这种方法为定中心独立控制。这种方法克服了上面提及的TR07方法的两个缺点，具有一定的优越性，但它带来一个新的问题：由于悬浮架托臂和悬浮架横梁为刚性连接，因此左右两侧独立调节的前提是，左右两侧的控制过程需要实现电气解耦，而干扰和不确定因素的存在，使得电气解耦难以完全实现，从而导致左右两侧导向调节过程的相互耦合。这也是TR08车厢左右晃动比较剧烈的根本原因。

因此，TR07和TR08的导向控制方案均存在一定的不利之处。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是克服上述已有导向控制的不足，提供一种常导高速磁悬浮车辆差动式导向控制装置，解决由于导向而引起的如下问题：①过轨道接缝的侧向冲击；②蛇形运动；③车厢左右晃动。

本发明的技术解决方案如下：

一种常导高速磁悬浮车辆差动式导向控制装置，其特征在于：

①每节车辆设有多个控制点；

②每个控制点的构成如下：

两个导向电磁铁对称地安装在车辆悬浮架的左右两侧，该导向电磁铁的表面与线路导轨侧面保持平行；

在该导向电磁铁上安装导向间隙传感器，且使该导向间隙传感器的工作表面与线路导轨的侧面保持平行；

一导向控制器，安装在车辆的夹层结构中，该导向控制器的工作过程如下：

由导向间隙传感器分别测得导向间隙δ_1L、δ_1R，形成相应的电信号，并输入到该导向控制器，该导向控制器的控制算法所用的间隙信号取为δ_1L、δ_1R，以差动方式控制左右两侧导向电磁铁的电流，使左右两侧导向电磁铁与导轨的间隙δ_1L和δ_1R保持相等。

每节车辆可将导向电磁铁划分并形成两个或三个控制点。

所述的导向间隙传感器可以采用电涡流传感器或电感传感器。

本发明常导高速磁悬浮车辆差动式导向控制装置具有如下技术效果：

①由于采取了定中心的控制方式，控制算法所用的间隙信号取为δ_1R-δ_1L，因此，即使在冗余传感器失效后，车辆经过轨道接缝的信号δ_1R-δ_1L也不存在波动，从而不会产生导向冲击；

②由于采取了定中心的方式，并且悬浮架托臂和悬浮架横梁采取刚性连接的方式，因此，车辆重心线、左由两侧的悬浮力作用线所形成的力偶关系不会改变，从而避免了蛇形运动的出现；

③由于采取定中心的联合控制方案，左右两侧的导向力由一个控制器通过差动的方式进行调节而非左右两侧独立调节，因此不需要电气解耦，也就不存在左右两侧的控制耦合问题，从而较好地避免了车厢的左右晃动问题。

附图说明：

图1是高速磁悬浮车辆导向电磁铁的结构示意图。

图2是本发明高速磁悬浮车辆导向系统示意图。

图3是本发明差动控制器所控制的导向力图。

图4是本发明高速磁悬浮车辆差动式导向控制装置及工作示意图。图中：

1、2-控制点 11、12、13、21、22、23-磁极

101、102、103、104-平行磁扼

S1、S2、S3、S4-传感器 3-悬浮架 4-导轨

5-导向控制器 51-左导向斩波 52-右导向斩波器

53、54、55、56、57-求和器 6-左导向间隙传感器

7-左导向电磁铁 8-右导向电磁铁 9-右导向间隙传感器

具体实施方式：

图1是高速磁悬浮车辆导向电磁铁的结构，纸面方向与线路侧导轨平行。图1中，101、102、103和104为四条平行的磁扼，11、12、13、21、22和23为六个磁极，S1、S2、S3和S4为四个用于测量导向电磁铁表面与线路侧导轨表面之间距离的传感器。11、12、13通过串联的方式构成为一组磁极，并与S1、S2及相应的导向控制器构成为一个导向控制点；21、22、23通过串联的方式构成为一组磁极，并与S3、S4及相应的导向控制器构成为另一个导向控制点。

具有以上结构的导向电磁铁相对于线路前进方向而言，为左右对称布局，因此，可以得到图2所示的导向系统结构。中间工字形部分为悬浮架3，中间虚框部分为轨道4，左右两侧部分代表一个悬浮架左右两侧的导向电磁铁。F表示相应控制点的导向电磁力，δ表示相应控制点的导向间隙。导向控制的基本内容是：通过合适调节F_1R、F_1L、F_2R、F_2L，使δ_1R、δ_1L、δ_2R、δ_2L符合要求。

导向系统差动原理

我们考虑悬浮架3一端即控制点1的导向控制，另一端控制点2的导向控制与此相同。

虽然有两个气隙变量δ_1R和δ_1L，但δ_1R和δ_1L并非两个独立的控制变量，它们受到约束：δ_1R与δ_1L之和为恒定量。

因此，实际上只有一个需要控制的输出变量，这个输出变量可以理解为：

①δ_1R 目标值为δ_S/2；δ_S为总间隙

②δ_1L 目标值为δ_S/2；

③δ_1R-δ_1L 目标值为零；

但是，由于悬浮架3结构刚度的影响，δ_1R与δ_1L之和为恒定值只是一个近似的关系，因此，以δ_1R-δ_1L作为需要控制的输出变量较为合适，其目标值(给定值)为零，从而可使悬浮架中心线与线路中心线重合。

在此基础上，需要一个控制器，该控制器5用差动的方式驱动两个斩波器51、52。为了防止控制电流在两个斩波器之间切换的时候出现死区，需要为两个斩波器预置极小的等值电流。这样的差动控制器所控制的导向力如图3所示。图3中，F表示导向力，Vc表示控制电压，I_O表示预置电流的幅值，V_IO/1L和V_IO/1R分别表示与左右导向控制点预置电流对应的预置电压值，I_1L和I_1R分别表示左右两侧导向控制点所对应的电流。

综上所述，本发明高速磁悬浮车辆差动式导向控制装置的结构如图4所示。本发明差动式导向控制装置的构成如下：

每节车辆可设有2个或3个控制点1；

每个控制点1的构成包括：两个导向电磁铁7、8对称地安装在车辆悬浮架3的左右两侧，该导向电磁铁7、8的表面与线路导轨4的侧面保持平行；在该导向电磁铁7、8上分别安装导向间隙传感器6、9，且使该导向间隙传感器的工作表面与线路导轨4的侧面保持平行；一导向控制器5安装在车厢的夹层结构中，该导向控制器5包括左右两侧导向斩波器51、52求和器53、54、55、56、57及其相应的控制电压Vc和预置电压V_IO/1L和V_IO/1R的电源组成。

本发明控制点1的工作过程如下：

由左右导向间隙传感器6、9分别测得导向间隙δ_1L、δ_1R通过求和器53、54输入到该导向控制器5，该导向控制器5经过控制算法，其所用的间隙信号为δ_1L-δ_1R并，以控制电压Vc经差动变换成V_1L、V_1R，该V_1L、V_1R与左右预置电压V_IO/1L和V_IO/1R分别经过求和器55、56后，通过导向斩波器51、52控制左、右导向电磁铁7、8的电流，使左、右导向电磁铁7、8产生导向电磁力F_1L、F_1R，导向电磁力F_1L、F_1R与侧向干扰力Fn一起，通过求和器57进行力的矢量求和形成合力，再推动悬浮架3的运动，因而又产生了新的间隙信号δ_1R-δ_1L。如此循环往复，不断修正导向间隙，使左右两侧导向电磁铁与导轨的间隙δ_1L、δ_1R保持相等，从而保证悬浮架沿着导轨运行。

沿列车两侧大量的控制点同样工作，悬浮架又通过二系结构经过使车体也跟随导轨的轨道运行，从而实现了高速磁悬浮车辆的导向控制。

Claims

1、一种常导高速磁悬浮车辆差动式导向控制装置，其特征在于：

①每节车辆设有多个控制点(1)；

②每个控制点(1)的构成如下：

由导向间隙传感器分别测得导向间隙δ_1L、δ_1R，形成相应的电信号并输入到该导向控制器，该导向控制器的控制算法所用的间隙信号取为δ_1L、δ_1R，并以差动方式控制左右两侧导向电磁铁的电流，使左右两侧导向电磁铁与导轨的间隙δ_L和δ_R保持相等。

2、根据权利要求1所述的常导高速磁悬浮车辆差动式导向控制装置，其特征在于每个车辆可将导向电磁铁划分并形成两个或三个控制点。

3、根据权利要求1所述的常导高速磁悬浮车辆差动式导向控制装置，其特征在于所述的导向间隙传感器可以采用电涡流传感器或电感传感器。