DE3724452C2

DE3724452C2 -

Info

Publication number: DE3724452C2
Application number: DE19873724452
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr. 8000 Muenchen De Bohn
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: ThyssenKrupp Transrapid GmbH
Priority date: 1986-07-23
Filing date: 1987-07-23
Publication date: 1989-06-01
Also published as: DE3724452A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Magnete einer Magnetschwebebahn nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1 sowie einen zugehörigen Regler mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 7.The invention relates to a method for controlling the magnets Magnetic levitation train according to the features of the preamble of claim 1 and an associated controller with the features of the preamble of Claim 7.

Ein derartiges Verfahren und ein derartiger Regler ist aus der DE 35 01 487 A1 bekannt. Dort ist ein Regelkreis für ein Magnetschwebe fahrzeug 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, d. h. eine möglichst exakte Führung des Fahrzeuges an einer Leitlinie (vgl. Fig. 1), bei allen Fahrgeschwindigkeiten zu ermöglichen.Such a method and such a controller is known from DE 35 01 487 A1. There, a control circuit for a magnetic levitation vehicle is described, which is guided in a controlled manner along a travel path 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 are used to enable the magnetic vehicle to hover in a stable position and good follow-up behavior, that is to say that the vehicle is guided as precisely as possible on a guideline (cf. FIG. 1) at all driving speeds.

Bei dem in der DE 35 01 487 A1 geschilderten Verfahren zur Spannungs regelung 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 desselben Tragmagneten aufgeschaltet wird. In the method for tension described in DE 35 01 487 A1 The main focus of the regulation is on the vehicle also during of levitation in a simple way to keep stable. For this purpose there is an adaptive rail observer for each support magnet assign, which is adapted to the track vibrations, and the generates a matching signal, which the control circuit of the same support magnet is activated.

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 = (: Magnetkoordinate)
s = z-h (h: Schienenkoordinate)
s₀: Sollmagnetspalt v: driving speed
b = (: magnetic coordinate)
s = zh (h: rail coordinate)
s ₀ : 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 not measured directly can be, at least this size 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 Differentiation der Schienenkoordinate verbunden. So kann z. B. in Laplace-Darstellung dargestellt werden über einen Beobachter 1. Ordnund 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 1. Order as

Damit gilt in Grenzfällen:In borderline cases:

Eine Verbesserung der Differentiation (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 Spalt änderungen durch die Phase zwischen h und .Has. Even with a hard coupling there is thus a gap changes 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 small valuesτ limited area for estimating allow, but with it the optimal subsequent behavior and thus the required Determine air gap.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit welchem das Folgeverhalten, d. h. eine möglichst genaue Führung des Magnetschwebefahrzeuges an einer Leitlinie, verbessert wird, ohne den Anteil an störenden Rauschsignalen infolge hochfrequenter Schienenstörungen 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, d. H. a guidance of the magnetic levitation vehicle as precisely as possible on a guideline, is improved without the proportion of disturbing noise signals as a result to increase high-frequency rail interference. Furthermore, a controller should designed to carry out this method.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 7 gelöst. This object is achieved according to the invention by the characterizing Features of claim 1 and claim 7 solved.

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

Ein Regler zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll zunächst für jeden Magneten mindestens einen Beobachter enthalten, welcher in seiner Struktur dem in der DE 35 01 487 A1 beschriebenen Stützkreis (siehe dort Fig. 1) entspricht. Demnach soll der Beobachter folgende Komponenten enthalten: ein erstes Summationsglied zur Addition der Meßgröße der Magnetbeschleunigung 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 der Magnetspaltbreite s subtrahierendes drittes Summationsglied, aus dessen Ausgangssignal nach Multiplikation mit von der Eckfrequenz des Beobachters abhängigen Faktoren die beiden Rückführsignale gebildet werden. Gemäß der Erfindung soll nun jedem Magneten (j-k) weiterhin mindestens ein Schienenbeobachter zugeordnet sein, dessen Struktur derjenigen des Beobachters gleicht, dessen Rückführsignale durch Multiplikation mit Faktoren gebildet werden, welche von der geschwindigkeits abhängigen Eckfrequenz ω _v = 2vD _v/Δ x abhängen und dessen erstes Rückführsignal als Schienensignal u einem nachfolgenden Magnetn (j) zuführbar ist.A controller for carrying out the method according to the invention should initially contain at least one observer for each magnet, the structure of which corresponds to the support circle described in DE 35 01 487 A1 (see FIG. 1 there). Accordingly, the observer should include the following components: a first summation element for adding the measured variable of magnetic acceleration b and a first feedback signal, an integrator connected downstream of the first summation element, an output signal and a second summation element adding a second feedback signal, a second integrator downstream of this and an output signal third summation element subtracting from the measured variable of the magnetic gap width s , from the output signal of which the two feedback signals are formed after multiplication with factors dependent on the corner frequency of the observer. According to the invention, each magnet (jk) should now also be assigned at least one rail observer, the structure of which is similar to that of the observer, the feedback signals of which are formed by multiplication 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) .

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 zeigt 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. It shows in a schematic way:

Fig. 1 einen Regelkreis für einen Magneten, Fig. 1 is a control circuit for a magnet,

Fig. 2einen Beobachter, auch Stützkreis genannt, gemäß dem Stand der Technik, Fig. 2 shows a observers, also called support circuit 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 (Beobachter) der Fig. 2 enthält ein erstes Summationsglied 1, welchem die Meßgröße für die Magnetbeschleunigung 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 für die Magnetspaltbreite s zu einem dritten Summationsglied 2, wo es von der Meßgröße s subtrahiert wird. Aus dem Ausgangssignal des Summationsgliedes 2 werden durch 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 gebildet. 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 Dämpfungs konstante des Stützkreises dar.The known support circuit (observer) of FIG. 2 contains a first summation element 1 , to which the measured variable for the magnetic acceleration b and a first feedback signal are fed, and the output signal of which reaches the input of a first integrator 3 . Its output signal is fed together with a second feedback signal to a second summation element 5 , which in turn is connected upstream of a second integrator 4 . Its output signal, together with the measured variable for the magnetic gap width s , reaches a third summation element 2 , where it is subtracted from the measured variable s . The first and second feedback signals for the summation elements 1 and 5 are formed from the output signal of the summation element 2 by multiplication by the factors ω _s 2 and 2 D ω _s in the amplification elements 6 and 7, respectively. The support circuit are as shown in FIG. 2, three estimates, and removed for the magnetic gap width as well as their first and second time derivatives. ω _s represents the corner frequency and D the damping constant of the support circuit.

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 Beobachter (Stützkreis) 10 gezeigt, welcher dem der Fig. 2 entspricht. Demnach sind auch die entsprechenden Bezugsziffern beibehalten worden. Die Schätzwerte für die Magnetspaltbreite , die Spaltänderungs geschwindigkeit sowie für die Magnetbeschleunigung 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.In Fig. 3, an embodiment of the inventive method and a controller according to the invention. First, an observer (supporting circle) 10 is shown for a magnet j lying in the direction of travel, which corresponds to that of FIG. 2. Accordingly, the corresponding reference numbers have been retained. The estimated values for the magnetic gap width , the gap change speed and for the magnetic acceleration which can be found in the supporting circuit 10 are supplied to summation elements 18, 9 and 8 , which each take up another summand. The output signals of the summation elements 8, 9 and 18 pass through amplification elements 11, 12, 13 , where the input signals are multiplied by the entered factors, to a further summation element 14 , which finally outputs the controller output signal u _R at its output.

Weiterhin ist in der Fig. 3 ein Schienenbeobachter 20 dargestellt, welcher zu einem in Fahrtrichtung vorausgelegenen Magneten j-k gehört und in seiner Struktur derjenigen des Beobachters 10 gleicht. Während jedoch bei letzterem 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 des Schienenbeobachters 20 von der Fahrgeschwindigkeit v abhängig. Der Schienenbeobachter 20 enthält im übrigen erste, zweite und dritte Summations glieder 21, 25 sowie 22 und zwei Integratoren 23, 24, analog zum Beobachter 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 20, which belongs to a preceding located in the direction of travel magnet jk and in its structure to that of the observer 10 is similar. However, while constant factors ω _s 2 and 2 D ω _s are used in the latter in the reinforcement members 6 and 7 , the factors in the corresponding reinforcement members 26 and 27 of the rail observer 20 depend on the driving speed v . The rail observer 20 also contains first, second and third summation elements 21, 25 and 22 and two integrators 23, 24 , analogously to the observer 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, each of three other reinforcing members 15, 16, 17 is turned on, in which the rail signal u for generating the summation members 18, 9 and 8 to be supplied addend is multiplied by the aforementioned factors.

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:

ω _v ist gegeben durch: 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 20.Here, Δ x = x _jk -x _j mean the distance between the magnets jk and j, v the speed of travel, 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 20 .

In den Verstärkungsgliedern 26 und 27 wird also ein geschwindigkeitsabhängiger Faktor ω _v gewählt. A speed-dependent factor ω _v is therefore selected in the reinforcing members 26 and 27 .

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

Der e-Faktor bringt zum Ausdruck, daß zwischen den Schienenkoordinaten 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 im Schienenbeobachter 20 des Magneten j-k so gewählt, daß gilt:The e factor expresses the fact that there is a temporal offset depending on the travel speed v between the rail _coordinates 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 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 signalu _jk for the magnetj in the area |p| <ω _v a non-delayed but filtered signal for - represents.

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 in der DE 34 11 190 A1 sowie der DE 35 15 350 A1 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, as is proposed in DE 34 11 190 A1 and DE 35 15 350 A1.

Mit diesem Signal h können nun die Schienenanteile in (2), d. h. der Schätzwert 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 estimate 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 added 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 dem Schienenbeobachter 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 _sp/N mit N = ω _s² + 2D ω _sp + p² zu multiplizieren ist.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 watcher20th For improvement from with the factor 1 /n to improve with the factor p / N and to improve by a factor of 2D ω _sp / N with N =ω _s² + 2D ω _sp +p² must be multiplied.

Fig. 4 stellt eine weitere Möglichkeit dar, dem Regler eines Magneten je ein Schienen signal 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. Fig. 4 shows a further possibility to supply the controller of a magnet with a rail signal u , which is obtained from the measured variables s and b of a magnet jk located in the direction of travel. The index v again identifies the magnet in front, the index s the magnet to be controlled, the magnet in the back. The symbols and the designations are chosen analogously to FIGS. 2 and 3. The switch 50 enables the switch from a low-noise position for standing and driving to a noiseless position for driving (left switch position).

Eine nähere rechnerische Untersuchung des Reglers gemäß Fig. 4 zeigt, daß die dortigen Signale und genau den Ausgangssignalen der Summationsglieder 18 und 9 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 and9 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 Frequenz abhängigkeit des Amplituden- und Phasenverhaltens der Näherungs- und Schätzgrößen , , , sowie 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 gegenüber der realen Größe _j, die Fig. 6 zeigt die Phasendifferenz zwischen diesen beiden Größen. Es ergibt sich, daß bis zur Eckfrequenz ω _v die Phasen nacheilung 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 der Näherungs größe * der entsprechenden realen Größe hinsichtlich der Phasen differenz 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 der jeweils vorauslaufenden Magnete gebildet werden.In theFig. 5-10 are diagrams showing the frequency dependence of the amplitude and phase behavior of the approximation and estimates,,, as well as 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 compared to the real one size _j, theFig. 6 shows the phase difference between these two Sizes. It turns out that up to the corner frequencyω _v the phases 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 approximation size* the corresponding real size regarding the phases 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 of the leading magnets 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 Magnet schwebefahrzeugen, gebräuchlich, wie den folgenden Druckschriften zu entnehmen ist:The terms used above, estimate, support circle and Observers are in control engineering, especially magnet hover vehicles, in use, such as the following publications you can see:

DE-A1-24 46 936,
DE-C2-31 17 971,
DE-A1-35 01 487;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 und G. Kaupert, Regelungstechnik, 1978, H. 8, S. 258-265;
"Anwendung des magnetischen Rades in Hochgeschwindigkeits magnetschwebebahnen", von W. Gottzein, R. Meisinger und L. Miller, ZEV-Glas. Ann. 103, 1979, Nr. 5, S. 227-232."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 and G. Kaupert, Regelstechnik, 1978, H. 8, pp. 258-265;
"Application of the magnetic wheel in high-speed maglev trains", by W. Gottzein, R. Meisinger and L. Miller, ZEV-Glas. Ann. 103, 1979, No. 5, pp. 227-232.

Claims

1. A method for controlling the magnets of a magnetic levitation train, wherein the controller of each individual magnet (j) has an observer ( 10, 60 ), which from the measured variables of the magnetic gap width (s) and the magnetic acceleration (b) while determining estimated values of the state variables Magnet gap width (), gap change speed and magnet acceleration forms a controller output signal (u _R ) which determines the voltage at the coil of the magnet (j) , characterized in that the controllers of the individual magnets (j) are additionally supplied with a rail signal (u) , each of which by a rail observer ( 20, 70 ) one of the magnets (jk) located in the direction of travel is obtained from the measured variables for the magnetic gap width (s) and the magnetic acceleration (b) .

2. The method according to claim 1, characterized in that the rail signal (u) in the rail observer ( 20, 70 ) is formed by multiplying the difference between the measured value and the estimated value of the magnetic gap width (s-) with ω _v ², the speed-dependent corner frequency ω _v is given by ω _v = 2 vD _v / Δ x and v is the magnetic speed in the direction of travel, D _{v is} the damping constant of the track observer ( 20, 70 ) of the respective preceding magnet (jk) and Δ x is the distance between the respective two magnets.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the estimated values for the magnetic gap width (), the gap change speed and the magnetic acceleration each from the rail signal (u) of a preceding magnet (jk) added summands and added by linear combination of the resulting sums Controller output signal (u _R ) is obtained.

4. The method according to claim 3, characterized in that the summands are derived by multiplying by the factors 1 / N (for ), p / N (for) and 2 D ω _s p / N (for) from the rail signal (u) , where N = p ² + 2 D ω _s p + ω _s ², D is the damping constant and ω _{s is} the corner frequency of the observer ( 10 ) of the previous magnet (j) and p is the differential operator.

5. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the derived from the respective preceding magnet (jk) rail signal (u) of the measured variable for the magnetic acceleration (b) for the observer ( 60 ) of the magnet (j) added Estimated value for the magnetic acceleration is formed by summing the measured variable for the magnetic acceleration (b) and an additional variable () derived from the rail signal ( u) and the controller output signal (u _R ) is obtained by linear combination of the three estimated values.

6. The method according to claim 5, characterized in that the additional variable () from the rail signal ( u) in an additional observer ( 80 ) by multiplication with (2 D ω _s p + l _s ²) / N with N = p ² + 2 D ω _s p + ω _s ² is formed.

7. Controller for generating a controller output signal (u _R ) for controlling the magnets of a magnetic levitation train according to the method of claim 1, wherein the observer ( 10, 60 ) assigned to each individual magnet (j ) has a first summation element ( 1, 31 ) for adding the Measured variable for the magnetic acceleration (b) and a first feedback signal, an integrator ( 3, 33 ) connected downstream of the first summation element ( 1, 31 ), a second summation element ( 5, 35 ) adding its output signal and a second feedback signal, a second integrator connected downstream of this ( 4, 34 ) as well as a summation element ( 2, 32 ) which subtracts its output signal from the measured variable of the magnetic gap width (s) , from whose output signal after multiplication with factors dependent on the corner frequency (ω _s ) of the observer ( 10, 60 ) the two Feedback signals are formed, characterized in that the structure of the rail associated with the preceding magnet (jk) observes ers ( 20, 70 ) is the same as that of the observer ( 10, 60 ), the feedback signals of the rail observers ( 20, 70 ) being formed by multiplication with factors which depend on the speed-dependent corner frequency ω _s = 2 vD _v / Δ x , and wherein the first feedback signal can be fed as a rail signal (u) to a subsequent magnet (j) .

8. Controller according to claim 7, with amplification elements ( 11, 12, 13 ) for receiving the observer ( 10 ) three estimates (, and) and one receiving the output signals of the amplification elements ( 11, 12, 13 ), the controller output signal (u _R ) output summing element ( 14 ), characterized in that the amplifying elements ( 11, 12, 13 ) each have a further summing element ( 8, 9, 18 ) connected in front of them, which in addition to the respective estimate from the rail signal (u) of a preceding one Magnets (jk) derived summands can be supplied.

9. Controller according to claim 7, with amplification elements ( 39, 38 ) for receiving the observers ( 60 ) removable estimates for the magnetic gap width () and the gap change speed and one receiving the output signals of the amplification elements ( 38, 39 ), the controller output signal on Output-emitting summation element ( 40 ), characterized in that the first summation element ( 31 ) can additionally be supplied with a rail signal (u) formed in the rail observer ( 70 ) of a preceding magnet (jk) .

10. Controller according to claim 9, characterized in that a further summation element ( 49 ) is present, to which the measured variable for the magnetic acceleration (b) and an additional signal ( u) derived from the rail signal ( u) can be supplied, and the one further, output side followed by the amplification element ( 48 ) connected to the summation element ( 40 ) supplying the regulator output signal ( u _R ).

11. Controller according to claim 10, characterized in that one, the additional signal () from the rail signal ( u) forming additional observer ( 80 ) is present, the structure of which largely corresponds to that of the observer ( 60 ), with the difference that first summation element ( 31 ) is omitted, the first integrator ( 53 ) receives the first feedback signal directly and the third summation element ( 52 ) except the output signal of the second integrator ( 54 ), which also represents the additional signal () , the rail signal (u) is.