DE3724452A1

DE3724452A1 - Method for voltage control of the magnets of a MAGLEV train, and associated controller

Info

Publication number: DE3724452A1
Application number: DE19873724452
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr Bohn
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: ThyssenKrupp Transrapid GmbH
Priority date: 1986-07-23
Filing date: 1987-07-23
Publication date: 1988-02-25
Also published as: DE3724452C2

Abstract

This method serves to control the voltage of the magnets of a MAGLEV train. At least three status variables are used which are acquired in an observer on the basis of the measurement variables for the magnet gap width s and the magnet acceleration b. In order to improve the follow behaviour of the MAGLEV vehicle without increasing the noise portion, a rail signal is additionally fed to the controllers of the individual magnets, the said signal being acquired in each case by a rail observer (20) from the measurement variables s and b of one of the magnets (j-k) lying ahead in the direction of travel. This is effected in that the said signal constitutes a noise-free rail signal u which is in phase in the useful frequency range with respect to the magnets j lying respectively behind. Different controllers for carrying out the method are presented. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Spannungsregelung der Magnete einer Magnetschwebebahn, unter Verwendung von mindestens 3 Zustandsgrößen, die in einem Beobachter (Stützkreis) auf der Basis der Meßgrößen für die Magnetspaltbreite s sowie die Magnetbeschleunigung b gewonnen werden, sowie einen zugehörigen Regler.The invention relates to a method for regulating the voltage of the magnets of a magnetic levitation train, using at least 3 state variables, which are obtained in an observer (supporting circuit) on the basis of the measured variables for the magnetic gap width s and the magnetic acceleration b , and an associated controller.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-A1 35 01 487 bekannt. Dort ist ein Regelkreis für ein Magnetschwebefahrzeug beschrieben, welches mit Hilfe von Trag- und Führungsmagneten längs eines Fahrweges geregelt geführt ist. Dieser Regelkreis weist einen als Stützkreis bezeichneten Beobachter auf, welchem als Meßgrößen die vertikale Magnetbeschleunigung b sowie die Magnetspaltbreite s zugeführt werden. Der Stützkreis bildet mit Hilfe von Summationsgliedern, Integratoren und Verstärkungsgliedern drei Zustandsgrößen in Form von Schätzgrößen für die Magnetspaltbreite, die Spaltänderungsgeschwindigkeit sowie die Magnetbeschleunigung. Diese Schätzwerte werden jeweils einem Verstärkungsglied zugeführt, deren insgesamt drei Ausgangsgrößen einem weiteren Summationsglied zugeführt werden, welchem schließlich ein Reglerausgangssignal entnehmbar ist. Allgemein dienen derartige Regelkreise dazu, ein stabiles Schweben des Magnetfahrzeuges im Stand und ein gutes Folgeverhalten bei allen Fahrgeschwindigkeiten zu ermöglichen. Bei dem in der DE-A1 35 01 487 geschilderten Verfahren zur Spannungsregelung ist schwerpunktmäßig beabsichtigt, das Fahrzeug auch während des Standschwebens auf einfache Weise stabil zu halten. Zu diesem Zwecke ist dort vorgesehen, jedem Tragmagneten einen adaptiven Schienenbeobachter zuzuordnen, der an die Fahrwegschwingungen angepaßt wird, und der ein Anpaßsignal generiert, welches dem Regelkreis des selben Tragmagneten aufgeschaltet wird. Such a method is known from DE-A1 35 01 487. A control circuit for a magnetic levitation vehicle is described there, which is guided along a travel path in a controlled manner with the aid of carrying and guide magnets. This control circuit has an observer referred to as a support circuit, to which the vertical magnetic acceleration b and the magnetic gap width s are supplied as measured variables. With the help of summation elements, integrators and reinforcing elements, the support circuit forms three state variables in the form of estimated variables for the magnetic gap width, the gap change speed and the magnetic acceleration. These estimated values are each fed to an amplification element, the total of three output variables of which are fed to a further summation element, from which a controller output signal can finally be taken. In general, such control loops serve to enable the magnetic vehicle to hover in a stable position and good follow-up behavior at all driving speeds. The main aim of the method for voltage regulation described in DE-A1 35 01 487 is to keep the vehicle stable in a simple manner even when it is stationary. For this purpose it is provided there to assign an adaptive rail observer to each support magnet, which is adapted to the travel path vibrations and which generates an adaptation signal which is applied to the control circuit of the same support magnet.

Ein Regelkreis für einen elastisch am Schwebegestell aufgehängten Magneten - ein Magnetrad - hat die in Fig. 1 dargestellte Form; darin bedeuten:A control circuit for a magnet elastically suspended from the suspension frame - a magnetic wheel - has the shape shown in FIG. 1; mean:

v: Fahrgeschwindigkeit
b= (z : Magnetkoordinate)
s=z-h (h : Schienenkoordinate)
s _o: Sollmagnetspalt v: Driving speed
b= (e.g. : Magnetic coordinate)
s=zh (H : Rail coordinate)
s _O: Target magnetic gap

h und z sind gegenüber einer fiktiven Leitlinie definiert. Der Regler verwendet Signale, die direkt am Ort des Magneten - des zu regelnden Objekts - gemessen werden. Um die Stabilität eines Magnetrades bei Spannungsregelung zu gewährleisten, müssen 3 Zustandsgrößen zurückgeführt werden. Beispielsweise sind das die Größen s, und b= . Da nicht direkt gemessen werden kann, wird zumindest diese Größe als Schätzwert aus einem reduzierten Beobachter ermittelt. Da der so erhaltene Satz der 3 Zustandsvariablen noch kein hinreichendes Folgeverhalten gewährleistet, ist es sinnvoll den Beobachter so zu gestalten, daß er auch ein angenähertes ≈ liefert. H ande.g. are defined against a fictitious guideline. The controller uses signals directly at the location of the magnet - of the object to be controlled - be measured. For stability of a magnetic wheel to ensure voltage regulation 3 state variables can be traced back. For example that the sizess, andb= . There cannot be measured directly can, at least this size is used as an estimate from a reduced observer determined. Since the sentence thus obtained of the 3 state variables still no sufficient subsequent behavior guaranteed, it makes sense to design the observer that it also has an approximate ≈ delivers.

Die Bildung von bzw. aus s und ist stets mit einer Differentation der Schienenkoordinate verbunden. So kann z. B. in Laplace-Darstellung dargestellt werden über einen Beobachter 1. Ordnung alsThe formation of or froms and is always with a differentiation connected to the rail coordinate. So z. B. in Laplace representation are represented by an observer 1st order as

Damit gilt in GrenzfällenThis applies in borderline cases

Eine Verbesserung der Differentation (kleines τ) liefert damit einen hohen Rauschanteil durch hochfrequente Schienenstörungen, denen nicht mehr gefolgt werden muß. Dieser Rauschanteil kann durch die natürlichen Grenzen des Stellers zu Instabilitäten führen. Bei einem vorgegebenen Fahrweg, der aus Kostengründen billig sein muß, wird es daher immer Toleranzen geben, die einen hohen Rauschanteil ergeben. Aus (1) erkennt man weiter, daß man nicht ein Folgesystem für die Schiene h _(f), sondern für die SchienenkonturAn improvement in the differentiation (small τ ) thus provides a high noise component due to high-frequency rail interference, which no longer has to be followed. This noise component can lead to instabilities due to the natural limits of the actuator. For a given route, which must be cheap for cost reasons, there will always be tolerances that result in a high noise component. From (1) it can also be seen that it is not a follow-up system for the rail h _(f) , but for the rail contour

hat. Selbst bei einer harten Kopplung an ergeben sich somit Spaltänderungen durch die Phase zwischen h und .Has. Even with a hard coupling this results in changes in the gap through the phase betweenH and .

Aus den Darlegungen geht hervor, daß die Schienentoleranzen nur einen zu kleinen Werten τ begrenzten Bereich für die Schätzung von zulassen, damit aber das optimale Folgeverhalten und damit den erforderlichen Luftspalt bestimmen.From the explanations it appears that the rail tolerances only one at small valuesτ limited range for the estimation of allow, but with it the optimal follow-up behavior and thus the required air gap determine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit welchem das Folgeverhalten des Magnetschwebefahrzeugs verbessert wird, ohne den Rauschanteil zu erhöhen. Weiterhin soll ein Regler entworfen werden, der zur Durchführung dieses Verfahrens geeignet ist.The invention has for its object a method of the beginning to provide the type with which the subsequent behavior of the magnetic levitation vehicle is improved without the Increase noise component. Furthermore, a controller should be designed be suitable for performing this method.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß den Reglern der einzelnen Magnete (j) zusätzlich ein Schienensignal zugeführt wird, welches jeweils durch einen Schienenbeobachter aus den Meßgrößen s und b eines der in Fahrtrichtung vorausgelegenen Magnete (j-k) derart gewonnen wird, daß es ein rauschfreies, in Bezug auf die jeweils zurückliegenden Magnete im Nutzfrequenzbereich phasenrichtiges Schienensignal darstellt. This object is achieved according to the invention in that the controllers of the individual magnets (j) are additionally supplied with a rail signal, which is obtained by a rail observer from the measured variables s and b of one of the magnets (jk) located in the direction of travel in such a way that it represents a noise-free rail signal that is in phase with respect to the magnets in the useful frequency range.

Der erste Magnet des Fahrzeuges muß konventionell geregelt werden, jedoch kann das Folgeverhalten auch über eine weichere Abfederung zum Gestell verbessert werden. Es ist auch denkbar, daß vor dem ersten Magneten an einem Schwebegestellpunkt die Signale s und b bestimmt werden und daraus ein Schienensignal für den ersten Magneten aufbereitet wird. Dies gilt im Prinzp auch für die übrigen Magnete.The first magnet of the vehicle must be controlled conventionally, but the subsequent behavior can also be improved by softer cushioning to the frame. It is also conceivable that the signals s and b are determined in front of the first magnet at a levitation frame, and a rail signal is processed therefrom for the first magnet. In principle, this also applies to the other magnets.

In den Unteransprüchen sind Verfahren angegeben, welche weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung darstellen.Methods are specified in the subclaims, which further represent advantageous embodiments of the invention.

Ein Regler zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll zunächst für jeden Magneten mindestens eine Stützkreis- Schaltungsanordnung enthalten, welche in ihrer Struktur dem in der DE-A1 35 01 487 beschriebenen Stützkreis (siehe dort Fig. 1) entspricht. Demnach soll die Stützkreis-Schaltungsanordnung folgende Komponenten enthalten: ein erstes Summationsglied zur Addition der Meßgröße b und eines ersten Rückführsignales, einen dem ersten Summationsglied nachgeschalteten Integrator, ein dessen Ausgangssignal sowie ein zweites Rückführsignal addierendes zweites Summationsglied, einen diesem nachgeschalteten zweiten Integrator, sowie ein dessen Ausgangssignal von der Meßgröße s subtrahierendes drittes Summationsglied, aus dessen Ausgangssignal nach Multiplikation mit von der Eckfrequenz des Stützkreises abhängigen Faktoren die beiden Rückführsignale gebildet werden. Gemäß der Erfindung soll nun jedem Magneten (j-k) weiterhin mindestens eine Schienenbeobachter-Schaltungsanordnung zugeordnet sein, deren Struktur derjenigen der Stützkreis-Schaltungsanordnung gleicht, deren Rückführsignale durch Multiplikation mit Faktoren gebildet werden, welche von der geschwindigkeitsabhängigen Eckfrequenz ω _v=2vD _v/Δ x abhängen und deren erstes Rückführsignal als Schienensignal u einem nachfolgenden Magneten (j) zuführbar ist.A controller for carrying out the method according to the invention should initially contain at least one supporting circuit circuit arrangement for each magnet, the structure of which corresponds to the supporting circuit described in DE-A1 35 01 487 (see FIG. 1 there). Accordingly, the support circuit arrangement should include the following components: a first summation element for adding the measured variable b and a first feedback signal, an integrator connected downstream of the first summation element, an output signal thereof and a second summation element adding a second feedback signal, a second integrator connected downstream of the latter, and one Output signal from the measured variable s subtracting third summation element, from the output signal of which the two feedback signals are formed after multiplication with factors dependent on the corner frequency of the supporting circuit. According to the invention, each magnet (jk) should now also be assigned at least one rail observer circuit arrangement, the structure of which is identical to that of the supporting circuit arrangement, the feedback signals of which are formed by multiplication by factors which depend on the speed-dependent corner frequency ω _v = 2 vD _v / Δ x depend and the first feedback signal can be fed as a rail signal u to a subsequent magnet (j) .

In weiteren Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungsformen eines derartigen Reglers beschrieben. Advantageous embodiments are in further subclaims of such a controller described.

Im folgenden soll die Erfindung in Form zweier Ausführungsbeispiele anhand der Figuren näher beschrieben werden. Es zeigen in schematischer Weise:The following is intended to illustrate the invention in the form of two exemplary embodiments are described in more detail with reference to the figures. Show it in a schematic way:

Fig. 2 einen Stützkreis gemäß dem Stand der Technik, Fig. 2 is a support loop according to the prior art,

Fig. 3 einen ersten Regler gemäß der Erfindung, Fig. 3 shows a first regulator according to the invention,

Fig. 4 einen weiteren Regler gemäß der Erfindung, Fig. 4 shows another regulator according to the invention,

Fig. 5-10 die Frequenzabhängigkeit der Amplituden- und Phasenverläufe verschiedener Signale. Fig. 5-10 the frequency dependence of the amplitude and phase profiles of different signals.

Der bekannte Stützkreis der Fig. 2 enthält ein erstes Summationsglied 1, welchem die Meßgröße b sowie ein erstes Rückführsignal zugeführt werden, und dessen Ausgangssignal an den Eingang eines ersten Integrators 3 gelangt. Dessen Ausgangssignal wird zusammen mit einem zweiten Rückführsignal einem zweiten Summationsglied 5 zugeführt, welches wiederum einem zweiten Integrator 4 vorgeschaltet ist. Dessen Ausgangssignal gelangt zusammen mit der Meßgröße s zu einem dritten Summationsglied 2, wo es von der Meßgröße s subtrahiert wird. Aus dem Ausgangssignal des Summationsgliedes 2 werden nach Multiplikation mit den Faktoren ω _s² bzw. 2D ω _s in den Verstärkungsgliedern 6 bzw. 7 das erste bzw. zweite Rückführsignal für die Summationsglieder 1 und 5. Dem Stützkreis werden wie in der Fig. 2 dargestellt drei Schätzwerte , sowie für die Magnetspaltbreite sowie deren erste und zweite zeitliche Ableitungen entnommen. ω _s stellt die Eckfrequenz und D die Dämpfungskonstante des Stützkreises dar.The well-known support group ofFig. 2 contains a first summation element 1, which is the measurandb and a first feedback signal are fed, and its output signal to the input of a first integrator3rd reached. Its output signal is combined with a second feedback signal to a second summation element5 fed, which in turn a second integrator4th upstream is. Its output signal comes together with the measured variable s to a third summation element2ndwhere it depends on the measurands is subtracted. From the output signal of the summation element2nd are multiplied by the factorsω _s² or 2D ω _s in the Reinforcing members6 respectively.7 the first or second feedback signal for the summation terms1 and5. The support circle will be like in theFig. 2 shows three estimates , as well as for the Magnetic gap width and their first and second time derivatives taken.ω _s sets the corner frequency andD the damping constant of the support circle.

Für die drei Schätzwerte errechnen sich aus der Fig. 2 folgende Ausdrücke, wobei p den Differentialoperator darstellt:The following expressions are calculated for the three estimated values from FIG. 2, where p represents the differential operator:

Für niedrige bzw. hohe Frequenzen folgt daraus:For low or high frequencies it follows:

Aus (4) ergibt sich, daß eine Erhöhung der Stützkreis-Eckfrequenz das Rauschen im Schienenanteil erhöht.From (4) it follows that an increase in the basic frequency of the supporting circle the noise in the rail section increases.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. eines erfindungsgemäßen Reglers dargestellt. Zunächst ist für einen in Fahrtrichtung zurückliegenden Magneten j ein Stützkreis 10 gezeigt, welcher dem der Fig. 2 entspricht. Demnach sind auch die entsprechenden Bezugsziffern beibehalten worden. Die Schützwerte , sowie welche dem Stützkreis 10 entnehmbar sind, werden Summationsgliedern 18, 9 sowie 8 zugeführt, welche jeweils noch einen weiteren Summanden aufnehmen. Die Ausgangssignale der Summationsglieder 8, 9 sowie 18 gelangen über Verstärkungsglieder 11, 12, 13, wo eine Multiplikation der Eingangssignale mit den eingetragenen Faktoren stattfindet, zu einem weiteren Summationsglied 14, welches an seinem Ausgang schließlich das Reglerausgangssignal u _R abgibt.InFig. 3 is an embodiment of the method according to the invention or a controller according to the invention. First is for a magnet lying back in the direction of travelj a Support circle10th shown which of theFig. 2 corresponds. Therefore the corresponding reference numbers have also been retained. The Contactor values , as well as which of the support circle10th are removable, become summation terms18, 9 such as8th fed which each add another summand. The output signals of the Summation terms8, 9 such as18th get through reinforcing links 11, 12, 13where a multiplication of the input signals by the entered factors takes place to a further summation element 14, which finally has the controller output signal at its output u _R delivers.

Weiterhin ist in der Fig. 3 ein Schienenbeobachter dargestellt, welcher zu einem in Fahrtrichtung vorausgelegenen Magneten j-k gehört. Die entsprechende Schienenbeobachter-Schaltungsanordnung 20 gleicht in ihrer Struktur derjenigen der Stützkreis-Schaltungsanordnung 10. Während jedoch bei letzterer in den Verstärkungsgliedern 6 und 7 konstante Faktoren ω _s² sowie 2D ω _s verwendet werden, sind die Faktoren in den entsprechenden Verstärkungsgliedern 26 und 27 der Schienenbeobachter-Schaltungsanordnung 20 von der Fahrgeschwindigkeit v abhängig. Die Schienenbeobachter-Schaltungsanordnung 20 enthält im übrigen erste, zweite und dritte Summationsglieder 21, 25 sowie 22 und zwei Integratoren 23, 24, analog zur Stützkreis-Schaltungsanordnung 10. Das Ausgangssignal des Verstärkungsgliedes 26 wird als Schienensignal u dem Regler des zugeordneten zurückliegenden Magneten j zugeführt. Dabei sind wie in der Fig. 3 dargestellt jeweils noch drei weitere Verstärkungsglieder 15, 16, 17 eingeschaltet, in welchen das Schienensignal u zur Erzeugung der den Summationsgliedern 18, 9 sowie 8 zuzuführenden Summanden mit den dargestellten Faktoren multipliziert wird.Furthermore, a rail observer is shown in FIG. 3, which belongs to a magnet jk located in the direction of travel. The structure of the corresponding rail observer circuit arrangement 20 is identical to that of the support circuit arrangement 10 . However, while constant factors ω _s 2 and 2 D ω _s are used in the latter in the reinforcing members 6 and 7 , the factors in the corresponding reinforcing members 26 and 27 of the rail observer circuit arrangement 20 are dependent on the driving speed v . The rail observer circuit arrangement 20 also contains first, second and third summation elements 21, 25 and 22 and two integrators 23, 24 , analogously to the support circuit circuit arrangement 10 . The output signal of the amplification element 26 is fed as a rail signal u to the controller of the associated back magnet j . In this case, as shown in FIG. 3, three further amplification elements 15, 16, 17 are switched on, in which the rail signal u for generating the summands 18, 9 and 8 to be supplied is multiplied by the factors shown.

Das Schienensignal u hat, wie sich leicht errechnen läßt, die folgende Form:As can be easily calculated, the rail signal u has the following form:

Hierbei ist ω _v gegeben durch:Here ω _{v is} given by:

Hierbei bedeuten Δ x=x _j-k-x _j den Abstand zwischen den Magneten j-k und j, v die Fahrgeschwindigkeit, τ _k demnach die Zeit, um welche der zurückliegende Magnet j dem vorauseilenden Magneten j-k nacheilt, sowie D _v die Dämpfungskonstante des Schienenbeobachters.Here, Δ x = x _jk - x _j mean the distance between the magnets jk and j, v the travel speed, τ _k accordingly the time by which the previous magnet j lags behind the leading magnet jk , and D _v the damping constant of the rail observer.

In den Verstärkungsgliedern 26 und 27 wird als ein geschwindigkeitsabhängiger Faktor ω _v gewählt. In the reinforcing members 26 and 27 , ω _{v is} selected as a speed-dependent factor.

Für das Signal u _j-k von einem vorauslaufenden Magneten j-k, der die Schiene gegenüber dem Magneten j um die Zeit τ _k früher "sieht", gilt:For the signal u _jk from a leading magnet jk , which "sees" the rail earlier than the magnet j by the time τ _k , the following applies:

Der e-Faktor bringt zum Ausdruck, daß zwischen den Schienensignalen h _j-k am Ort des Magneten j-k und h _j am Ort des Magneten j eine von der Fahrtgeschwindigkeit v abhängige zeitliche Versetzung besteht. Wird nun ω _s in der Schienenbeobachter-Schaltungsanordnung 20 des Magneten j-k so gewählt, daß gilt:The e-factor expresses that there is a temporal offset depending on the travel speed v between the rail _signals h _jk at the location of the magnet jk and h _j at the location of the magnet j . If ω _s is now selected in the rail observer circuit 20 of the magnet jk such that:

ω _s=ω _v ω _s = ω _v

Dann stellt das Schienensignal u _j-k für den Magneten j im Bereich |p| < ω _v ein nicht verzögertes, aber gefiltertes Signal für dar.Then the rail _signal u _jk for the magnet j in the range | p | < ω _{v is} a not delayed but filtered signal for

Damit dies für alle Geschwindigkeiten gilt, muß die Frequenz ω _v entsprechend der Fahrtgeschwindigkeit v verändert werden. Aus Sicherheitsgründen empfiehlt sich hier ein dezentral generiertes Geschwindigkeitssignal, wie es im deutschen Patent 34 11 190 sowie der Patentanmeldung P 35 15 350.4-32 vorgeschlagen wird. In order for this to apply to all speeds, the frequency ω _v must be changed in accordance with the driving speed v . For safety reasons, a decentrally generated speed signal is recommended here, as is proposed in German patent 34 11 190 and patent application P 35 15 350.4-32.

Mit diesem Signal h können nun die Schienenanteile in (2), d. h. der Schätzwert h sowie dessen Ableitungen, rauschfrei verbessert werden. In der Gleichung für fehlt gegenüber s der AnteilWith this signalH can now the rail parts in (2), d. H. the estimateH and its derivatives, improved noise-free will. In the equation for is missing opposites the amount

Ersetzt man in diesem Term durch und addiert ihn zu , dann ergibt sichOne replaces in this term through and add it to , then surrendered

Eine rauschfreie Verbesserung von ergibt sich durchA noise-free improvement results from

und eine Verbesserung von durchand an improvement by

Um also die Schätzwerte einschließlich der zeitlichen Ableitungen gemäß (2) zu verbessern, werden zu den Schätzwerten einschließlich der zeitlichen Ableitungen für die Schienenkoordinate die oben angegebenen Terme hinzuaddiert. Hieraus ergibt sich, daß wie in Fig. 3 dargestellt das Schienensignal u aus der Schienenbeobachter-Schaltungsanordnung 20 zur Verbesserung von mit dem Faktor 1/N, zur Verbesserung von mit dem Faktor p/N und zur Verbesserung von mit dem Faktor 2D ω _s p/N mit N=ω _s²+2D ω _s p+p² zu multiplizieren ist. Fig. 4 stellt eine weitere Möglichkeit dar, dem Regler eines Magneten je ein Schienensignal u zuzuführen, welches aus den Meßgrößen s und b eines in Fahrtrichtung vorausgelegenen Magneten j-k gewonnen wird. Der Index v kennzeichnet auch hier wieder den vorausgelegenen Magneten, der Index s den zu regelnden, zurückliegenden Magneten. Die Symbolik und die Bezeichnungen sind analog zu den Fig. 2 und 3 gewählt. Der Schalter 50 gibt die Möglichkeit, von einer rauscharmen, für Stand und Fahren geltenden Stellung in eine rauschfreie Stellung für das Fahren (linke Schalterposition) umzuschalten.So the estimates including the time derivatives to improve according to (2) become the estimates including the time derivatives for the rail coordinate added the above terms. From this results yourself that as inFig. 3 shows the rail signalu out the rail observer circuit arrangement20th For improvement from with the factor 1 /N, to improve with the factor p/N and to improve by a factor of 2D ω _s p/N WithN=ω _s² + 2D ω _s p+p² is to be multiplied.Fig. 4 represents one Another possibility is to give the controller of a magnet a rail signal u to supply which of the measured variabless andb one magnets in the direction of traveljk is won. The indexv again marks the magnet in front, the indexs the back magnet to be regulated. The symbolism and the designations are analogous to theFig. 2 and 3 selected. The desk50 gives the possibility of one low-noise position for standing and driving Noise-free position for driving (left switch position) switch.

Eine nähere rechnerische Untersuchung des Reglers gemäß Fig. 4 zeigt, daß die dortigen Signale und genau den Ausgangssignalen der Summationsglieder 18 und 19 der Fig. 3 gleichen. Entsprechendes gilt für die Ausgangssignale des Summationsgliedes 49 in Fig. 4 sowie des Summationsgliedes 8 in Fig. 3. Wie sich anhand der Struktur des Zusatzbeobachters 80 leicht errechnen läßt, ergibt sich als Zusammenhang zwischen dem Zusatzsignal und dem Schienensignal u:A closer mathematical examination of the controller according toFig. 4th shows that the signals there and exactly the output signals the summation terms18th and19th theFig. 3 of the same. Corresponding applies to the output signals of the summation element 49 inFig. 4 and the summation element8th inFig. 3. How to based on the structure of the additional observer80 easy to calculate leaves, results as a relationship between the additional signal and the rail signalu:

In den Fig. 5-10 sind Diagramme dargestellt, in denen die Frequenzabhängigkeit des Amplituden- und Phasenverhaltens der Näherungs- und Schätzgrößen FIGS. 5-10 show diagrams in which the frequency dependence of the amplitude and phase behavior of the approximate and estimated variables

gegenüber den realen Größen _j sowie wiedergegeben ist. Als Abszisse ist jeweils die Kreisfrequenz ω im logarithmischen Maßstab aufgetragen. Die Fig. 5 zeigt für die Parameterwerte v=111 m/s sowie ω _v=103,6 s^-1 das Amplitudenverhalten der Hilfsgröße _j gegenüber der realen Größe _j, die in Fig. 6 die Phasendifferenz zwischen diesen beiden Größen. Es ergibt sich, daß bis zur Eckfrequenz ω _v die Phasennacheilung maximal 10° beträgt und im anschließenden Bereich die Amplitude mit zweiter Ordnung abfällt. Die Fig. 7 zeigt das Amplitudenverhalten des gemäß der Erfindung verbesserten Wertes * gegenüber dem Schätzwert beide bezogen auf die entsprechenden realen Größen. Es ergibt sich, daß die durch die Erfindung verbesserte Näherungsgröße * sich dem entsprechenden realen Wert wesentlich besser annähert als der ursprüngliche Schätzwert gemäß (2). Dies gilt gemäß Fig. 8 auch für die Phasendifferenz zwischen den beiden Näherungs- bzw. Schätzwerten * und einerseits sowie den entsprechenden realen Werten andererseits. Zumindest bis zur Eckfrequenz ω _v folgt die Näherungsgröße * der entsprechenden realen Größe hinsichtlich der Phasendifferenz wesentlich besser als die Schätzgröße . Entsprechendes läßt sich aus den Fig. 9 und 10 für die Näherungsgröße * in Bezug auf die Schätzgrößen feststellen. In allen Fällen ergibt sich somit ein erheblich verbesserter Amplituden- und Phasengang bei Verwendung der durch die Erfindung gegebenen Näherungsgrößen, welche aus den Schienensignalen der Schienenbeobachter- Schaltungsanordnungen der jeweils vorauslaufenden Magneten gebildet werden.compared to the real ones Sizes _j such as is reproduced. The abscissa is the angular frequencyω plotted on a logarithmic scale. TheFig. 5 shows for the parameter valuesv= 111 m / s as wellω _v= 103.6 s^-1 the amplitude behavior of the auxiliary variable_j compared to the real one size _j, in theFig. 6 the phase difference between these two Sizes. It turns out that up to the corner frequencyω _v the phase lag is a maximum of 10 ° and in the subsequent area the second order amplitude drops. TheFig. 7 shows that Amplitude behavior of the value improved according to the invention * compared to the estimate both based on the corresponding real sizes. It turns out that by the Invention improved proximity size * the corresponding approximates real value much better than the original Estimated value according to (2). This applies according toFig. 8 also for the Phase difference between the two approximations or estimates * and on the one hand and the corresponding real values on the other hand. At least up to the corner frequencyω _v follows the approximate size * the corresponding real size regarding the phase difference much better than the estimate. Corresponding can be from theFig. 9 and 10 for the approximate size * in relation on the estimated values. In all cases results thus a significantly improved amplitude and phase response when using the approximations given by the invention, which from the rail signals of the rail observers Circuit arrangements of the respective leading magnets are formed will.

Den Diagrammen der Fig. 5-10 liegen als Parameter die Größen D=1, ω _s=10 s^-1, Δ x=1,5 m, D _v=0,7, v=400 km/h sowie ω _v=103,6 s^-1 zugrunde.The diagrams in FIGS. 5-10 have the parameters D = 1, ω _s = 10 s ^-1 , Δ x = 1.5 m, D _v = 0.7, v = 400 km / h and ω _v = as parameters 103.6 s ^-1 .

Im Stand ist ω _v=0 bzw. der Pfad von j-k nach k geöffnet. Beim Standschweben sind daher alle Vorteile des bisherigen Regelungskonzepts vorhanden. Zusätzlich gestattet die Erfindung, die ein verbessertes Folgeverhalten bewirkt, den Wert für ω _s weiter zu senken, z. B. auf ω _s=5 s^-1, wodurch die Standschwebestabilität erhöht und das Rauschen reduziert wird. When standing, ω _v = 0 or the path from jk to k is open. When floating, all advantages of the previous control concept are therefore available. In addition, the invention, which brings about improved follow-up behavior, allows the value for ω _s to be reduced further, e.g. B. to ω _s = 5 s ^-1 , whereby the stability is increased and the noise is reduced.

Die weiter oben gebrauchten Begriffe Schätzwert, Stützkreis sowie Beobachter sind in der Regelungstechnik, insbesondere von Magnetschwebefahrzeugen, gebräuchlich, wie den folgenden Druckschriften zu entnehmen ist:
DE-A1-24 46 936,
DE-C2-31 17 971,
DE-A1-35 01 487;
"Einführung in die Theorie der Beobachter" von J. Ackermann, Regelungstechnik, 1976, H. 7, S. 217-226;
"Regelung eines elektromagnetischen Schwebefahrzeuges mit integriertem Antriebs-, Trag- und Führungssystem" von W. Vollstedt u. G. Kaupert, Regelungstechnik, 1978, H. 8, S. 258-265,
"Anwendung des magnetischen Rades in Hochgeschwindigkeitsmagnetschwebebahnen", von W. Gottzein, R. Meisinger u. L. Miller, ZEV-Glas., Ann. 103, 1979, Nr. 5, S. 227-232.The terms estimate, support circle and observer used above are used in control engineering, in particular of magnetic levitation vehicles, as can be seen from the following documents:
DE-A1-24 46 936,
DE-C2-31 17 971,
DE-A1-35 01 487;
"Introduction to the theory of observers" by J. Ackermann, Regelstechnik, 1976, H. 7, pp. 217-226;
"Regulation of an electromagnetic levitation vehicle with integrated drive, carrying and guiding system" by W. Vollstedt u. G. Kaupert, Regelstechnik, 1978, H. 8, pp. 258-265,
"Application of the magnetic wheel in high-speed magnetic levitation trains", by W. Gottzein, R. Meisinger u. L. Miller, ZEV-Glas., Ann. 103, 1979, No. 5, pp. 227-232.

Claims

1. A method for regulating the voltage of the magnets of a magnetic levitation train, using at least three state variables, which are obtained in an observer (supporting circuit) on the basis of the measured variables for the magnetic gap width s and the magnetic acceleration b , characterized in that the controllers of the individual magnets ( j) a rail signal is additionally supplied, which is obtained in each case by a rail observer ( 20, 70 ) from the measured variables s and b of one of the magnets (jk) located in the direction of travel in such a way that it produces a noise-free, with respect to the respective back magnet ( j) represents a phase signal u in phase in the useful frequency range.

2. The method according to claim 1, characterized in that in the support group (10th) every magnet(j) from the measurandsb ands the three estimates , and formed this one each from the rail signalu of a magnet in front (jk) derived summands added and by linear combination of the resulting sums the controller output signal u _R is won.

3. The method according to claim 1, characterized in that that from a respective magnet in front(jk) derived Rail signalu the measured variableb for the support circle (60) of Magnets(j) added, from the measurandsb ands Estimates For and won an estimate for by summing the Measurandb and one from the rail signalu derived additional size formed and the controller output signalu _R through linear combination of which three estimates are obtained.

4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that the rail signals u in the rail observer ( 20, 70 ) are formed by multiplying the difference s by l _v ², where ω _{v is given} by ω _v = 2 vD _v / Δ x and v is the magnet speed in the direction of travel, D _{v is} the damping constant of the rail observer ( 20, 70 ) of the respective preceding magnet (jk) and Δ x is the distance between the respective two magnets.

5. The method according to claim 4, characterized in that the rail observer from the measured variables b and s the rail signal u = - ω _v ² / N _v with h = zs , z = b / p ² and N _v = p ² + 2 D _v ω _v p + ω _v ² forms.

6. The method according to claims 2, 4 and 5, characterized in that the summands by multiplying by Factors 1 /N (For ),p/N (for and 2D ω _s p / N (for from the Rail signal are derived, wherebyN=p² + 2D ω _s p+ω _s²,D the Damping constant andl _s the corner frequency of the support circle (10th) of the previous magnet(j) andp the differential operator is.

7. The method according to claims 3, 4 and 5, characterized in that that the extra size from the rail signalu in one Additional observer (80) by multiplying by (2D l _s p+ω _s²) / N WithN=p² + 2D ω _s p+ω _s² is formed.

8. The method according to claim 1, characterized in that the parameters b and s used to form the rail signal u are obtained at a vehicle location which is located in the direction of travel in relation to the magnet (j) to be controlled.

9. Regulator for generating a regulator output signal u _R for regulating the voltage of the magnets of a magnetic levitation train, each magnet being assigned at least one supporting circuit arrangement which has a first summation element for adding the measured variable b and a first feedback signal, an integrator connected downstream of the first summation element, one of which Output signal and a second feedback signal adding second summation element, a second integrator connected downstream thereof and a summation element subtracting its output signal from the measured variable s , from whose output signal the two feedback signals are formed after multiplication with factors dependent on the corner frequency l _{s of} the support circuit, characterized in that that each magnet (jk) is further assigned at least one rail observer circuit arrangement ( 20, 70 ), the structure of which is identical to that of the drop circuit circuit arrangement ( 10, 60 ), the feedback signals of which Multiplication is formed with factors which depend on the speed-dependent corner frequency ω _v = 2 vD _v / Δ x and whose first feedback signal can be fed as a rail signal u to a subsequent magnet (j) .

10. Controller arrangement according to claim 9, with reinforcing members for receiving the removable from the support circuit arrangement Estimates , and and the output signals of the amplifying elements receiving the controller output signalu _R at the Output-emitting summation element, characterized in that the reinforcing members (11, 12, 13) one further summation element each (8, 9, 18) upstream, which one apart from the respective Estimated value from the rail signal of a magnet in front (jk) derived summands can be supplied.

11. Controller arrangement according to claim 9, with reinforcing members for receiving the removable from the support circuit arrangement Estimates and and the output signals of the amplifying elements receiving the controller output signal at the output emitting summation element, characterized in that on the first Summation element (31) an additional one in the track observer Circuit arrangement (70) of a previous magnet(jk) formed rail signalu is feedable.

12. Controller according to claim 11, characterized in that another summation element (49) is available to which the measured variable b and one from the rail signalu derived additional signal are feedable to which another, output side with which the controller output signalu _R supplying summation element (40) connected reinforcing member (48) is connected downstream.

13. Controller according to claim 12, characterized in that in each case on, the additional signal from the rail signalu educational Additional observer (80) exists, its structure largely that of a support group (10, 60), with the difference that the first summation element is omitted, the first integrator (53) the first feedback signal directly and the third summation element (52) except the output signal of the second integrator (54) which also the additional signal represents the rail signalu feedable is.