DE3021809C2

DE3021809C2 - Regelungsanordnung zur Schwebeführung eines magnetisch getragenen Schwebefahrzeuges

Info

Publication number: DE3021809C2
Application number: DE19803021809
Authority: DE
Inventors: Günter 8018 Grafing Steinmetz
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Alstom Transportation Germany GmbH
Priority date: 1980-06-11
Filing date: 1980-06-11
Publication date: 1984-10-11
Also published as: JPS5731305A; DE3021809A1; FR2484350B1; FR2484350A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelungsanordnung für Trag- und Führungsmagnete eines längs Trag- und Führungsschienen in Schwebeführung gehaltene Schwebefahrzeuges nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.

Aus der Zeitschrift »ZEV-Glascrs Annalen 103(1979) Nr. 5, Mai. Seiten 227 bis 232« ist eine derartige Regelungsanordnung für Schwebefahrzeuge bekannt. Die Trag- und Führungsmagnete sind hierbei einzeln gefedert am Schwebefahrzeug bzw. an einem Fahrzcuggestell aufgehängt und werden mit voneinander unabhängigen Reglern jeweils einzeln geregelt. Damit kann das ganze System statisch eindeutig bestimmt werden, es ist eine elektrisch saubere Einzelmagnctregelung möglich, ohne daß es zu Verwindungen des Fahrzeuges und zum Weglaufen der Magnets'.röme kommt.

Trotz der hierdurch möglichen einfachen Konzeption der Regelanordnung mit dezentralen Reglern erfordert die Realisierung der federnden Aufhängung und Verstellmöglichkeit der Einzclmagnetc einen erheblichen mechanischen Aufwand. Außerdem können bei den zu realisiprenden Abfederungsfrcqucn/cn von αι. 6 bis 7 Hz und den vorherrschenden ebenfalls in diesem Bereich liegenden Anregungsfreciucn/en bei tier Magneiregelung unerwünschte Resonanzen auftreten, dk¹ gesondert unterdrückt werden müssen. Dies erfordert einen größeren Luftspalt b/.w. einen größeren Bereich, innerhalb dessen der Luftspalt verstellbar sein muß. und dementsprechend auch starke Magnetkräfte und Magnetslröme.

Durch die federnde Aufhängung der Magnete entstehen zusätzlich nicht geregelte Freiheitsgrade, die aus den Drehbewegungen der Fahrzeugstelle resultieren. Die dadurch bedingte Stabilität wird dadurch beherrscht, daß die Magnete an in Zugrichtung ε ihr weichen, jedoch bezüglich Roll- und Nickbewegung sehr steif wirkenden Blattfedern am Fahrzeuggestell angelenkt sind. Die Federn für die Aufhängung der Magnete sind ferner erheblichen Daucrlastcn ausgesetzt, so daß an die Federqualilät sehr hohe Ansprüche gestellt werden müssen. Wenn noch zusätzlich die effektive Drehstcifigkeit der Gestell-Magnetanordnung, bedingt etwa durch Ausfälle einzelner Magnete, verschlechtert wird, kann das System sogar rotatorisch statisch instabil werden. Bei Ausfall einer Komponente eines Einzelmagnetsystems, so ζ. B. bei Ausfall des Stromstellers, des Meßfühlers oder des Reglers selbst, kann der zugeordnete Magnet bei fahrendem Schwebefahrzeug sich praktisch ungebremst an die Schiene anklammern, wodurch die Gefahr von Zerstörungen am Magnet bzw. an der Schiene besteht, da die restlichen Magnete des Fahrzcuggcstells dem Anklammern aufgrund der in Zugrichtung relativ weicht λ Federn nur ungenügend entgegenwirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelungsanordnung der in Rede stehenden Art für ein Magnetschwcbcfahrzeug anzugeben, mit Hilfe der die Ver· jo bindung zwischen Magneten und Schwebefahrzeug vereinfacht werden kann und mit der bei kleinem Luftspalt die erwähnten Schwierigkeiten insbesondere hinsichtlich Instabilität nicht mehr auftreten können.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des ersten Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Gemäß diesen Merkmalen wire? demnach eine Einzelmagnctrcgelung für starr am Schwebefahrzeug angeordnete Magnete verwendet, bei der das Regelkonzept jedoch dahingehend abgeändert ist. daß der Sollwert für den Luftspalt nicht mehr konstant gehalten, sondern in Abhängigkeit des jeweiligen Magnetstromes in dem Sinne veränderbar ist. daß bei hohem Magnetstrom der Sollwert für den Luftspalt vergrößert wird. Bei hohen Magnetströmen wird entsprechend diesem Regelkonzept der F.inzclmagnct auf diesen neuen größeren Soilwert für den Luftspalt eingeregelt, wobei gleichzeitig bei dieser Einrcgelung die Tendenz besteht, den Luftspalt und damit den Magnetstrom in Richtung auf gerin-5C gcrc Worte zu beeinflussen. Umgekehrt wird bei einem Magnctstrom. der kleiner als der dem Ncnn-Sollwert des Luftspaltes entsprechende Magnelstrom-Nennwert ist. ucr Luftspalt auf einen Sollwert eingeregelt, der kleiner als der Nennwert des Luftspaltes ist, mit der Ten-55 den/, daß der Sollwert wieder in Richtung auf den Nennwert geführt wird.

Das Regclkonzcpl gemäß der Erfindung erfüllt auch die von dem Regelsystem des gesamten Schwebefahrzeuges gewünschten Anforderungen. Die Vcrgrößebo rung des Sollwertes des l.uflspaltes bei entsprechend hohen Magnetströmen ist insofern vorteilhaft, weil in diesen Bereichen die Dynamik des Regelsystcms verschlechtert ist und dementsprechend die Schwankungsbreile für den Luftspalt großer sein soll. Wäre der SoII-hi wert des Luftspalt bei bisherigen F.in/elmagnctrcgchingcn unabhängig von urin Magnetstrorn. so müßte immer dann, wenn kleinere Magnetströme auftreten, cias l-ahiveug mit einem irnölig großen l.iiflspal. ge-

^rahren werden. Dies wird durch die Erfindung verhindert

Mit dem Regelungskonzept gemäß der Erfindung können z. B. Spurweitenschwankungen der Führungsschienen oder Höhenschwankungen der Tragschienen trotz der starren Aufhängung der Magnete so verarbeitet werden, daß eine Rückwirkung auf die Regelung und auf das Schwebefahrzeug praktisch nicht auftritt. Durch die Variierung des Sollwertes für den Luftspalt treten an dem Schwebefahrzeug gegenüber einem Fahrzeug mit federnder Einzelmagnetaufhängung wesentlich weniger Strukturschwingungen auf, da die oben erwähnten möglichen Resonanzen aufgrund der fehlenden federnden Aufhängung der Magnete nicht auftreten. Im Ausgeregelten Zustand wird sich im niederfrequenten Bereich ein Grenzzyklus mit Frequenzen etwa von 03 bis 0,4 Hz und Magnetstromamplituden einstellen, die etwa 5% des maximalen Stromes betragen. Auch aufgrund dieser Daten wird eine zu Strukturschwingungen auftretende Rückführung praktisch nicht auftreten.

Ein wesentlicher Vorteil der Regelungsanordnung gemäß der Erfindung ist auch darin zu sehen, daß bei Ausfall eines Magnetes, z. B. durch Fehler im Magneten, Stromsteller, Meßfühler oder Regler, die Nacitbarmagnete, die die gleiche Funktion haben, dann mit maximaler Effektivität arbeiten, um die Auswirkung dieses Ausfalls zu vermindern. Auf keinen Fall kann durch einen solchen Ausfall etwa das Schwebefahrzeug auf die Schienen mit den angegebenen Folgen aufschlagen. Dementsprechend ist eine Regelungsanordnung gemäß der Erfindung trotz des einfachen Aufbaus sicherer als bekannte Regelungsanordnungen.

Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert; in dieser Stellen dar

F i g. 1 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Schwebefahrzeuges, das längs Trag- und Führungsschienen mit einem Luftspalt durch Magnete gehalten und geführt ist;

F i g. 2 ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit des Luftspaltes von dem durch die Magnete fließenden Magnetstrom;

Fig.3 ein Blockdiagramm eines Reglers für einen Magneten.

Ein in Fig. 1 lediglich schematisch dargestelltes Schwebefahrzeug 1 weist symmetrisch zu seiner Längsachse angeordnete Tragmagnete 10, H₁ 12, 13 sowie symmetrisch zu seiner Querachse angeordnete Führunggmagnete 20, 21 und 22, 23 auf. Den Trag- und Führungsmagneten sind ζ B. als Winkelschienen ausgeführte Trag- und Führungsschienen 30 und 31 zugeordnet, die in b<er nicht dargestellter Weise auf einer ebenfalls nicht dargestellten Trasse starr befestigt sind.

Zwischen Trag- und Führungsmagneten und Tragbzw. Führungsschienen sind Luftspalte 51 bis 58 vorhanden, deren Größe mit hier nicht dargestellten Meßfühlern gemessen werden. Die Meßwerte werden im folgenden Als 5_m bezeichnet.

Jedem Einzelmagneten ist ein Regler 40 zugeordnet, der wegen der geforderten Dynamik des gesamten Systems als Regler unter anderem mit einem hohen Proportional- und einem Integralanteil ausgebildet ist. Der P- und /-Anteil ist der für die Aufgabe relevante Teil der Regelung; generell besitzt der Einzelmagnctregler natürlich weitere Aufschallungen, so z. B. des differenzierten Spaltsignals anderer Meßgrößen wie z. B. der Beschleunigung; diese Aufhaltungen sind in F i g. 3 schematisch durch einen Block 41 dargestellt, in den die den Aufschaltungen zugehörigen Transferfunktior<en allgemein mit K (p) eingetragen sind. Jedem dieser Regler 30 wird das dem zugehörigen Magneten zugeordnete Meßsignal 5,„ des Luftspaltes (S) zugeführt; am Reglereingang wird wie üblich die Differenz zwischen dem Sollwert und dem Istwert (Ss.,u — S_n,) gebildet Im Regler werden diese Signale entsprechend dem Regelkonzept so miteinander verknüpft, daß der Reglerausgang ein Ausgangssignal V aufweist, das einem Stromsteller

ίο 50 zugeführt wird, der seinerseits den Magnetstrom / des zugehörigen Magneten so verändert, daß der gemessene Wert S_1n des Luftspaltes 5 auf den Sollwert hingeführt wird.
Der Sollwert des Luftspaltes ist in diesem Falle veränderlich und als Funktion des Magnetstromes dargestellt In F i g. 2 ist die Abweichung des Sollwertes JSs,,n von dem Nennwert S_Nc„„ in Millimetern in Abhängigkeit von dem Magnetstrom / gezeigt. Der Wort Null auf der Ordinate entspricht dem Nenn-Luftspalt 5^_cnm dem auf der Abszisse, ein Nennwert I.Mem des Magnetstromes zugeordnet ist. Die Abweichung ASsoit ct.* Sollwertes des Luftspaltes von dem Nennwert variiert -'on ca. (—i) Millimeter bis ca. (+ 2) Millimeter; der maximalen positiven Abweichung von 2 Millimetern ist ein maximaler Magnetstrom /_/im, der maximalen negativen Abweichung ve- (—1) Millimeter ein minimaler Magnetstrom Iam zugeordnet. Der variable Sollwert Ssoii wird in Abhängigkeit des vorhandenen Magnetstromes entsprechend der in F i g. 2 dargestellten Beziehung zwischen diesen beiden Größen festgelegt. Für iine.n Magnetstrom I* wird auf diese Weise ein Sollwert Ssoi* festgelegt, der sich zusammensetzt aus dem Nennwert S_Nc„„ des Luftspaltes und der Abweichung dSsoii*· Dieser Sollwert 5s,,;/* wird zur Differenzbildung am Eingang des P-/-Reglers 40 verwendet. Dem in F i g. 3 dargestellten Reglerdiagramm ist diese Bildung des variablen Sollwertes zu entnehmen: Der Differenzstelle wird einmal der Nennwert Sm™ des Luflspaltes und additiv die Abweichung dSs,# entsprechend F i g. 2 zugeführt wobei diese Abweichung über einen Tiefpaß Fgefiltert ist Diese Tiefpaßfilterung erfolgt, um etwa durch Erschütterungen des Schwebefahrzeuges vorhandene hochfrequente minimale Schwankungen um einen Sollwert nicht auf den Regier kommen zu lassen.

Durch eine derartige Regelung mit variablem Sollwert in Verbindung mit einem Regler mit hoher Proportional- und Integralaufschaltung für jeden Einzelmagneten wird das Schwebefahrzeug längs der Trag- und Führungsschienen 30,31 ruhig längs einer Ideallinie geführt,

so wobei diese Ideallinie durch die Sollwertveränderung praktisch nicht durch Spurweiten- bzw. Höhenänderungen der Schienen beeinflußt wird.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Regelungsanordr.ung für Trag- und Führungsmagnete eines längs Trag- und Führungsschienen in Schwebeführung gehaltenen Schwebefahrzeuges mit voneinander unabhängigen Reglern für jeden Einzelmagneten, wobei die Regelgröße jeweils der Luftspalt zwischen Magnet und Schiene ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei starr am Schwebefahrzeug (1) angeordneten Magneten (Tragmagnete 10, 11, 12, 13, Führungsmagnete 20, 21,22,23) der Sollwert (Ssoii) des Luftspalts (S) jedes einzelnen Reglers (40) in Abhängigkeit von dem durch den zugeordneten Magneten fließenden Magnetstrom (I) in dem Sinn veränderbar ist. daß bei hohem Magnetstrom der Sollwert für den Luftspalt vergrößert wird.

2.Regelungsanordnung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Regler (40) für die Einzelmagnete (Tragmagnete 10 bis 13, Führungsmagnet 20 bis 23) Regler mit hoher Proportional- und Integralaufschaltung (P-/-Reg1er) sind.

3. Regelungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingang eines Reglers (40) eines Einzelmagneten (Tragmagnete 10 bis 13. Führungsmagnetc 20 bis 23) ein Signal entsprechend dem. negativen gemessenen Wert (Jm) des Luftspalts (S) sowie additiv Signale entsprechend einem konj'^ntcn Nennwert (Sm™.) und entsprechend der Abweichung (J) des variablen Sollwerts (Ss,,u) zuführbar sine¹

4. Regelungsanordnung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß das der Abweichung (J) vom Sollwert (Ss₀Ii) entsprechende Signal dem Regler (49) über einen Tiefpaß ^zugeführt ist.