一种用于调节电磁吸力悬浮系统电磁铁稳态电流及纹波的控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于调节电磁吸力悬浮系统电磁铁稳态电流及纹波的控制方法。对传统的电磁吸力悬浮控制系统电流实现环节中悬浮斩波电路的上下两个桥臂进行开关控制，在保证电流稳态值跟随给定稳态值的同时可以实现纹波值也按照需要在一定范围内进行调节。在控制中首先根据电流给定值和反馈值计算控制需要的上下桥臂总的开通时间，然后根据给定的纹波要求计算出上下桥臂同时开通的时间，在同一个开关周期内，根据上下开关管总开通时间和同时开通时间，按照等脉宽、同开通时刻或者同关断时刻等方法分别确定上下开关管的开通和关断时刻，从而实现悬浮电磁铁稳态输出电流下的纹波大小的控制。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了。对传统的电磁吸力悬浮控制系统电流实现环节中悬浮斩波电路的上下两个桥臂进行开关控制，在保证电流稳态值跟随给定稳态值的同时可以实现纹波值也按照需要在一定范围内进行调节。在控制中首先根据电流给定值和反馈值计算控制需要的上下桥臂总的开通时间，然后根据给定的纹波要求计算出上下桥臂同时开通的时间，在同一个开关周期内，根据上下开关管总开通时间和同时开通时间，按照等脉宽、同开通时刻或者同关断时刻等方法分别确定上下开关管的开通和关断时刻，从而实现悬浮电磁铁稳态输出电流下的纹波大小的控制。【专利说明】—种用于调节电磁吸力悬浮系统电磁铁稳态电流及纹波的控制方法
本专利技术涉及中低速磁浮列车电磁吸力悬浮系统的悬浮斩波器电流及纹波的控制方案。
技术介绍
在磁悬浮列车等电磁吸力悬浮系统(以下简称悬浮系统)中，往往通过检测悬浮气隙的大小来计算需要的电磁铁电流，需要的电磁铁电流通过功率放大单元实现，放大的电磁铁电流提供保证悬浮系统稳定的电磁力。其中，电磁铁电流的实现在小功率的情况下采用线性放大电源，电磁铁电流输出中不含有纹波。而在大功率环节采用开关电路实现，由于开关电路工作在开关状态，电磁铁不断的处于充电和放电状态。实际的电磁铁电流在稳态时，除了期望的稳态电流还参杂有充放电过程中引起的纹波电流。当悬浮系统处于某些静态的情况下，电流纹波可以视为系统的一种扰动。在目前的电流控制中，并不对纹波进行控制和检测，其在稳态电流下的纹波，有时具有很强的规律性，如比较固定的频率或者周期性，有时具有比较大的随机性，但其频带分布也相对比较集中。纹波扰动逐步累积能量，尤其是当纹波的频带与系统某些部分频率接近或者存在某些关系时，可能会激起悬浮系统中某些部分产生振动，进而引起系统共振。如在某些情况下，轨道系统刚度比较小时，纹波产生的扰动力与轨道系统共同作用，可能会产生车轨共振的严重问题。在这种情况下如果根据悬浮系统的需要，对纹波进行调节，破坏纹波扰动存在的规律性；或者在悬浮控制系统中，对纹波进行反馈控制，使纹波产生的系统扰动在悬浮系统中是闭环的；或者对单点悬浮系统的纹波进行调节控制，使多点之间的扰动相互抵消，这样都可以有效的避免纹波对系统造成的不良影响。这些方法都需要悬浮斩波器，不仅对稳态电流进行控制，还需要对纹波电流进行调节；也就是说在采用开关电路产生电磁铁电流的悬浮控制系统中，不仅对悬浮稳态电流进行控制，也对纹波电流进行调节，以避免纹波产生的扰动对系统产生影响。那么，悬浮系统对于电流环节的控制量不仅有稳态电流的要求还有纹波电流的要求，即电流控制环节不仅要对稳态电流进行控制，也要对纹波电流进行调节。在实际中，大功率电流环采用的开关电路为悬浮斩波电路，其基本结构与H型斩波电路结构相似，它有两个桥臂，由于悬浮系统中电磁铁电流单向流动，所以每一个桥臂采用一个开关管与一个二极管串联的结构，而不采用两个开关管串联的结构。每个桥臂两端连接输入电压，开关管与二极管连接处称为输出端，连接电磁铁。在两个桥臂中一个桥臂开关管在上二极管在下，称为上桥臂；另一个桥臂开关管在下二极管在上，称为下桥臂。悬浮斩波电路具有三种工作状态:当两个开关管全部开通，即两个桥臂全部开通时，电磁铁处于正电平状态，其承受正向输入电压，电流处于最大上升率阶段，电流增加；当只有一个开关管开通，即只有一个桥臂开通时，电磁铁处于零电平状态，电流处于自然续流状态，电路减小；当两个开关管全部关断，也就是没有桥臂开通时，电磁铁处于负电平状态，其承受负向输入电压，电流处于最大下降率阶段，电流减小。对悬浮斩波电路工作原理进行分析。假设Tl和T3开关周期为T，占空比分别为Cl1和d2 ；Ui为输入电压，i。为输出电流，10为输出稳态电流分量，△ i为输出纹波分量，电流电磁铁电感为L，电阻为R。通过如下表1，我们可以看到在每一开关周期内，可能存在正、零和负三种电平。表1斩波器工作状态(其中I代表开通，O代表关断)【权利要求】1.，在由悬浮斩波电路、实际电流电压检测单元、稳态电流给定、纹波电流给定、电流控制单元、纹波控制单元和开关分配单元构成的电磁吸力悬浮系统电磁铁稳态电流及纹波调节系统中，电流控制单元计算上下桥臂总的开通时间；纹波控制单元，计算上下桥臂同时开通的时间；开关分配单元，根据需要的上下桥臂总开通时间与同时开通时间，对每个桥臂的开关脉冲进行分配； 所述开关分配单元当纹波在调节范围内时，按照以下任意一种方法对上下桥臂开通和关断时间进行分配: (a)等脉宽分配:按照上下桥臂开通时间相等进行分配，当纹波在调节范围内时上下桥臂开通时间均等于总开通时间的一半，某一桥臂开通时刻在开关周期零时刻，另一桥臂开通时刻等于总开通时间的一半减去同时开通时间； (b)同开通时刻分配:按照上下桥臂同时开通进行分配，两个桥臂同时在开关周期零时刻开通，当纹波在调节范围内时，那么一个桥臂开通时间为同时开通时间，另一个桥臂开通时间为总开通时间减去同时开通时间； (C)同关断时刻分配:按照上下桥臂同时关断进行分配，两个桥臂同时在开关周期结束时刻关断。当纹波在调节范围内时，那么一个桥臂开开通时刻为开关周期减去同时开通时间，另一个桥臂开通时刻为开关周期加同时开通时间减去总开通时间； 以此保证悬浮电磁铁稳态电流等于电流给定的情况下，在一定范围内按照纹波给定值的大小来调节纹波电流的大小，当纹波给定值超出系统调节范围时，系统优先保证稳态电流。2.根据权利要求1所述的一种用于调节电磁吸力悬浮系统电磁铁稳态电流纹波的控制方法，其特征在于:所述纹波在调节范围内是指满足同时开通时间加开关周期不小于总开通时间，总开通时间不小于二倍同时开通时间且同时开通时间不小于零。【文档编号】H02M1/14GK103825440SQ201410010866【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年1月9日 优先权日:2014年1月9日 【专利技术者】董金文, 张昆仑, 郭小舟, 王滢, 刘放, 刘国清, 靖永志 申请人:西南交通大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于调节电磁吸力悬浮系统电磁铁稳态电流及纹波的控制方法，在由悬浮斩波电路、实际电流电压检测单元、稳态电流给定、纹波电流给定、电流控制单元、纹波控制单元和开关分配单元构成的电磁吸力悬浮系统电磁铁稳态电流及纹波调节系统中,电流控制单元计算上下桥臂总的开通时间；纹波控制单元，计算上下桥臂同时开通的时间；开关分配单元，根据需要的上下桥臂总开通时间与同时开通时间，对每个桥臂的开关脉冲进行分配;所述开关分配单元当纹波在调节范围内时,按照以下任意一种方法对上下桥臂开通和关断时间进行分配:(a)等脉宽分配：按照上下桥臂开通时间相等进行分配,当纹波在调节范围内时上下桥臂开通时间均等于总开通时间的一半，某一桥臂开通时刻在开关周期零时刻，另一桥臂开通时刻等于总开通时间的一半减去同时开通时间;(b)同开通时刻分配：按照上下桥臂同时开通进行分配，两个桥臂同时在开关周期零时刻开通，当纹波在调节范围内时，那么一个桥臂开通时间为同时开通时间，另一个桥臂开通时间为总开通时间减去同时开通时间;(c)同关断时刻分配：按照上下桥臂同时关断进行分配，两个桥臂同时在开关周期结束时刻关断。当纹波在调节范围内时，那么一个桥臂开开通时刻为开关周期减去同时开通时间，另一个桥臂开通时刻为开关周期加同时开通时间减去总开通时间;以此保证悬浮电磁铁稳态电流等于电流给定的情况下，在一定范围内按照纹波给定值的大小来调节纹波电流的大小，当纹波给定值超出系统调节范围时，系统优先保证稳态电流。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：董金文，张昆仑，郭小舟，王滢，刘放，刘国清，靖永志，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：