DE2418481A1 - Regelkreis fuer die luftspaltregelung eines linearen asynchronmotors eines fahrzeuges - Google Patents
Regelkreis fuer die luftspaltregelung eines linearen asynchronmotors eines fahrzeugesInfo
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Description
- "Regelkreis für die Luftspaltrec;elung eines linearen Asynchron= motors eines Fahrzeuges" Die Erfindung betrifft einen Regelkreis für die Luftspaltregelung eines linearen Asynchronmotors eines Fahrzeuges, des Luftspaltes zwischen einem Statorteil als Primärteil und einem Sekundärteil, insbesondere einem Sekundärteil, der langgestreckt und dessen Länge groß gegenüber der des Statorteiles (Kurzstator) ist, wobei der Statorteil beweglich a@ Fahrzeug aufgehängt, parallel gegen= über dem Sekundärteil (Schiene) gehalten und mit Hilfe einer hydraulischen Stell-Vorrichtung quer zur Längsrichtung des Se= kundärtoils bewegbar ist. Die Erfindung findet Anwendung für Schwebebahnen.
- Es ist bekannt, zum Regeln der Beschleunigung und/oder der Schub= kraft, die durch einen linearen Asynchronmotor Cer vorgenannten Gattung erzeugt wird, die Breite des Spaltes zwischen dern Stator= teil und der Schiene zu variieren (DT-OS 1 933 405). Der Stator wird dabei in einer parallelen Lage zu der Schiene gehalten und ist an seinem einen Ende drehbar gelagert, so daß er auf die Schiene zu oder von ihr weg geschwenkt werden kann. Bei einer doppelseitig ausgebildeten linearen Asynchronmotor sind die bei= den auf entgegengesetzten Seiten der Schiene angeordneten Stator= teile mittles einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung aufein= ander zu und voneinander weg bewegbar.
- Die Erfindung beschäftigt sich nicht mit der Regelung der Schu@= kraft und/oder der Beschleunigung, sondern sie bezweckt die re lativc Lage von Primärteil und Sekundärteil konstant zu halten.
- Diese Aufgabe ist als solche bekannt, und es ist weiterhin be= kannt, die relative Soll-Lacre durch Jervobetätisunc3svorrichtun= gen einzustellen (DT-OS 2 o46 o21).
- Es ist ferner bekannt, als Trag- und @ührungssysteme für Hoch= leistungs-Schnellbahnen elektromagnetische und elektrodynamische Schwebesysteme oder Luftkissen-Abstüzsysteme zu verwenden (DT-OS 2 131 702; "Elektrodynamisches Schweben" - Erlanger Er probungs-Strecke, Druckschrift von AEC-BBC-Siemens, Best.Nr.
- E 41 PM/1329).
- Um einen günstigen Wirkungsgrad des Linearmotors zu erzielen, wird wie erwähnt ein kleiner, inöglichst konstanter Luftspalt zwischen Primärteil und der feststehenden Reaktionsschiene gefordert.
- Auf Grund der endlichen Feder-Steifigkeit der Abstützsysteme wird das Fahrzeug durch die Fliehkraft bei Kurvenfahrt quer zur Fahrbahn verschoben und durch die Unebenheiten der @ahrbahn zu Querschwingungen angeregt. Außerdem weicht die Reaktionsschiene infolge der Verlegungstoleranzen von der Mittellage ab. Um einen nahezu konstanten Luftspalt zwischen Linearmotor und Reaktions= schiene zu erzielen, muß der Linearmotor von der Fahrzeug@uer= bewegung entkoppelt und getrennt gegenüber der Reaktionsschiene gegührt werden.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend vora Gegen stand der eingangs genannten Gattung eine servohydraulischc Luftspaltregelung zu schaffen, irit der der rrirarteil ir wesen lichen parallel zur Reaktionsschiene gehalten und der Luftspalt des Linearmotors auf einen konstanten Wert geregelt wird.
- Die Lösung besteht darin, daß erfindungsgemäß an der Vorder- und Rückseite des pendelnd aufgehängten Statorteiles jeweils be= rührungsfrei arbeitende Weggeber für die Messung des Luftspaltes in Querrichtung zwischen Statorteil und Schiene und Beschleuni= gungsgeber für die Erfassung der Querbeschleunigung angeordnet sind, an die Meßwertgeber Auswerteschaltungen angeschlossen sind, für die Luftspaltregelung an Vorder und Rückseite je eine Vergleichsstelle vorgesehen ist, an die sich je ein Analogum= setzer und die hydraulischen Stellvorrichtungen anschließen.
- |Zweckmäßg sind an der Unterseite des Fahrzeuges und an der Verder- und Pückseite des Statorteiles Servohydraulikz';linder gehalten, die den pendelnd aufgehängten Statorteil führen.
- Vorteilhaft kann durch die Ermittlung und Rückführung des Ab= standes von Primär- und Sekundärteil an zwei Stellen, nämlich an der in Längsrichtung der Schiene betrachtet, Vorderseite und der Rückseite des Primärteiles eine etwa parallele bzw. in Kur= ven tangentiale Lage des Primärteiles zum Sekundärteil in vor= bestimmtem Abstand erhalten werden.
- Vorteilhaft wird weiterhin über die Rückführung der Statorteil-Querbeschleunigung die erforderliche Dämpfung für die Luftspalt= regelung vorgegeben. Durch die Rückführung der @ahrzeug-Querbe= schleunigung ist es weiterhin m@glich, die Dämpfung des Trag-und @ührungssystemes zu erhöhen. Dadurch kann besonders bei nur schwach gedämpften Abstützsystemen (z.B. beim elektrodynamischen Schweben) das Systemverhalten verbessert werden.
- Für diese Verbesserung kann eine lcicilte Verschlechterung der Luftspaltregelung im Resonanzbereich des Aufhängesystemes des Primärteiles in Kauf genommen werden.
- Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in der Zeich= nung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
- Es zeigen Fig. 1 ein prinzipielles Geräteschaltbild der servohydrauli= schen Luftspaltregelung des Linearmotors und Fig. 2 ein Blockschaltbild des Regelkreises.
- Ein Primärteil l (Fig.l) ist pendelnd am Fahrzeug 2 aufgehängt.
- Das Trag- und Führungssystem des Fahrzeuges 2 ist durch ein Er= satzfeder-Dämpfungs-System 3 angedeutet. Z .B. kann sich das @ahr= zeug 2 während der An fahr- und Bremsphase Der gummibereifte Trag- und Führungsräder und während des Schwebens über subralei= tende Trag- und Führungs@agnte an der Fahrbahn absützen.
- Über berührungsfrei arbeitende Weggeber 4 wird der Luftspalt zwi= schen Primäteil und Reaktionsschiene 5 am Vorder- und Rückteil des Primärteiles 1 gemessen, Das Prinzipschaltbild nach Fig. 1 zeigt nur die für den Vorderteil notwendigen Elemente.
- Über Beschleunigungsyeber 6 wird die Querbeschleunigung des Pri= märteiles 1 und über Beschleunigungsgeber 7 die Fahrzeugquerbe= schleunigung am Vorder- und am Rückteil des Fahrzeuges erfasst, am Bug und am Heck.
- Zwei Servohydraulikzylinder 8 führen den pendelnd art. Fahrzeug 2 aufgehängten Primärteil 1 an der Vorder- und Rückseite. Die Ser= vohydraulikzylinder 8 sind auf ihrer einen Seite mit dert Fahr= zeug auf der anderen Seite rnit dem Primärteil 1 des Linearmotors verbunden. Die Servohydraulikzylinder 8 werden von elektrohydrau= lischen Servoventilen 9 angesteuert. Das Hydraulik-Aggregat zur Druckversorgung befindet sich an Bord des Fahrzeugs.
- Der Luftspalt an der Voruer- und an der Rückseite wird jeweils von einem getrennten Lagerregelkreis geregelt (Fig.2). Die von den Messgebern 4,6 und 7 gemessenen ZustandsgröPen, Luftspalt zWzi schen Primärteil 1 und Reaktionsschiene, Querbeschleunigung des Primärteils und Fahrzeugquerbeschleunigung erden zurückgeführt.
- Der Gleichanteil der Querbeschleunigung des Primärteils und der Fahrzeugquerbeschleunigung wird, falls erforderlich, in den Blumen 61 und 71 abgetrennt (z.B. über ein differenzierendes Glied mit Verzögerung erster Ordnung, ein DT1-Glied).
- Der Wechselanteil der Querbeschleunigung des Primärteils und der Fahrzeugbeschleunigung trird in den Blöcken 11 und 12 verzögert (z.B. über ein Proportionalglied mit Verzögerung erster Ordnung, ein PT1-Glied,oder ein integrierendes Glied, ein I-Glied), < wobei höher frequente Wechselanteile aus gesiebt werden und die für die Regelung relevanten Wechselanteile in den Auswerteschaltungen 14 und 15 bewertet werden. Der Luftspalt zwischen Primärteil und Reaktionsschiene wird in der Auswerteschaltung 13 bewertet.
- Die Rückführung der Querbeschleunigung des Primärteiles 1 ver= hält sic!i für tiefe Frequenzen wie eine Druck- bzw. Beschleuni.= gungsrückführung, fiir höhere Frequenzen wie eine Rück führung der Quergeschwindigkeit des Primärteiles.
- Durch die rtitgekoppelte Rückführung der Fahrzeugbeschleunigung wird die Dämpfung der Fahrzeugbewegung stark erhöht. Bei nahezu ungedämpften Abstützsystemen wie dem elektrodynamischen Schwebe= system kann sorbit durch die Rückführung der Fahrzeucjbeschleun.i= gung noch eine ausreichende Dä@pfung in Querrichtung erreicht werden Die bewerteten Zustandsgrößen werden zusammen mit jeweils dem Signal 16,17 für den Luftspaltsollwert summiert. Die Summen= signale 18 und 19 steuern jeweils einen Analogumsetzer 20 und 21 an, z.B. einen Spannungs-Stromumsetzer, und diese wiederum steuern die elektrohydraulischen Servoventile 9 für die beiden Servohydraulikzylinder 8 an Vorder- und Rückseite des Primär= teiles 1 Mit den Blöcken 22 und 23 ist die jeweilige Strecke (Luftspalt) symbolisiert.
- Durch eine Korrektureinrichtung 24 kann die Sollwertvorgabe kor= rigiert werden, z.B. durch unterschiedliche Ausgleichsvorgaben für Vorder- und Rückseite oder eine Anpassung an die Lage der Meßwertgeber.
- Weiterhin kann der Wechselanteil der Querbeschleunigung des Pri= märteiles zusätzlich unverzögert bzw. mit minimaler Verzögerung über ein proportionales Glied 111 (P-Glied) und eine Auswerte= schaltung 141 rückgeführt werden, ebenso die Fahrzeugquerbe= schleunigung über ein P-Glied 121 und eine Auswerteschaltung 151.
- Letztere wird jedoch der Vergleichsstelle in dieser: ralle ist negativem Vorzeichen zugeführt.
- Die Rückführung über ein P-Glied 111 bzw. 121 entspricht einer Druckrückführung und erhöht die Dämpfung der Schwingungen in der Servohydraulik. Auf Grund der endlichen Ölfedersteifigkeit schwin= gen Linearmotor und Fahrzeug gegeneinander. Diese Schwingung ist ohne die P-Rückführung nur schwach er eine interne Druck-Rück= führung im Servoventil gedämpft.
- Durch den erfindungsgemäßen Regelkreis werden insbesondere die Amplituden der durch Fahrbahnanregungen erzeugten Schwingungen im Resonanzbereich gesenkt. Ein breiterer Vorteil ergibt sich auf Grund folgender Zusam@ enhänge: Das llydraulik-Aggregat zur Druck= erzeugung im Hydrauliksystem befindet sich an Bord des @ahrzeuges Man ist bemüht, das Gesamtgewicht des Aggregats so klein wie mög= lich zu halten Das Gewicht wird zurr übeflriegenden TelL vom be= |nötigten elektrischen Antriebsmotor für die Hydraulikpumpe be= stimmt De benötigte Pumpenantriebsleistung ist für einen he stimmten Systemdruck dem Durchfluß proportional. Die benötigte Pumpenleistung in Abhängigkeit von der Frequenz insbesondere bei Fahrbahnanregung und auch bei Anregungen über die Reaktionsschiene besitzt eine deutliche Resonanzspitze - ohne Rückführung der Fahr= zeugbeschleunigung. Nach Rückführung der Fahrzeugbeschleunigung kann im. Resonanzbereich der benötigte Durchfluß und damit auch die Pumpenantriebsleistung gesenkt werden, d.h. der Antriebsmoto kann kleiner bzw. leichter sein.
Claims (4)
1.) Regelkreis für die Luftspaltregelung eines linearen Asynchron
motors eines Fahrzeuges, des Luftspaltes zwischen einem Sta= torteil als Primärteil
und einem Sekundärteil, insbesondere einen Sekundärteil, der langgestreckt und dessen
Länge groß gegenüber der des Statorteiles (Kurzstator) ist, wobei der Statorteil
beweglich an Fahrzeug aufgehängt, parallel gegen über dem Sekundärteil (Schiene)
gehalten und mit Hilfe einer hydraulischen Stell-Vorrichtung quer zur Längsrichtung
des Sekundärteiles bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß an der Vorder- und
Rückseite des pendelnd aufgehängten Sta= torteiles (1) jeweils berührungsfrei arbeitende
Weggeber (4) für die Messung des Luftspaltes in Querrichtung zwischen Sta=| torteil
(1) und Schiene (5) und Beschleunigungsgeber (6) für die Erfassung der Querbeschleunigung
angeordnet sind, an die Messwertgeber (4 bzw. 6) Auswerteschaltungen (13,14,15)
angeschlossen sind, für die Luftspaltregelung an Vorder- und Rückseite je eine Vergleichsstelle
vorgesehen ist1 an die sich je ein Analogumsetzer (20,213 und die hydraulischen
Stellvorrichtungen anschließen.
2. Regelkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische
Stellvorrichtung jeweils durch Servohydrau= likzylinder (8) gebildet ist, die den
pendelnd aufgehängten Statorteil (1) führen und von elektrohydraulischen Servoventi=
len (9) angesteuert sind.
3. Regelkreis nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
eine zusätzliche Rückführung (7,12,15) für die Fahrzeug= querbeschleunigung vorgesehen
ist.
4. Regelkreis nach einem oder raehreren der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführung der Statorteil-Querbeschleunigung und/oder
der Fahrzeugquerbeschleunigung jeweils über ein PT1-Glied (11 bzw. 12) und/oder
parallel da= zu über ein P-Glied ( 111 bzw. 121) erfolgt.
L e e r s e i t e
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Publications (2)
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Family Applications (1)
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Cited By (1)
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