电磁型磁浮列车悬浮模块的分布式主动容错控制系统技术方案

一种电磁型磁浮列车悬浮模块的分布式主动容错控制系统，它包括单个悬浮模块上的八个电磁铁、四个独立的悬浮控制器以及第一传感器组、第二传感器组，八个电磁铁分成四个电磁铁组，每个电磁铁组包括两个串联的电磁铁，每个悬浮控制器通过斩波器与一个电磁铁组相连，所述第一传感器组和第二传感器组分别位于悬浮模块的两端，所有悬浮控制器、第一传感器组以及第二传感器组通过ＣＡＮ总线相连，悬浮控制器通过ＣＡＮ总线与磁浮列车的车载监控系统相连。本发明专利技术是一种能够容忍悬浮系统部分控制器、传感器、执行器故障，从而大大提高了其运行可靠性、稳定性以及安全性的电磁型磁浮列车悬浮模块的分布式主动容错控制系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及到磁浮列车悬浮控制系统领域，特指一种电磁型磁浮列车悬浮模块 的分布式主动容错控制系统。技术背景现有技术中，悬浮控制系统是磁浮列车系统的重要组成部分。磁浮列车高速运行中， 一旦悬浮系统的某个控制器、传感器或执行器(斩波器或电磁铁)发生故障，对应的悬 浮点将会失稳或失效，此时酿成的损失将是难以估量的。工程实践表明，控制器、传感 器和执行器故障已经成为导致悬浮控制系统失效的主要原因。面对如此庞大和复杂的磁 浮列车悬浮控制系统，提高其安全性、可靠性和有效性就成为一个关键的技术要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题就在于针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种能够 容忍悬浮系统部分控制器、传感器、执行器故障，从而大大提高了其运行可靠性、稳定 性以及安全性的电磁型磁浮列车悬浮模块的分布式主动容错控制系统。为解决上述技术问题，本专利技术提出的解决方案为 一种电磁型磁浮列车悬浮模块的 分布式主动容错控制系统，其特征在于它包括单个悬浮模块上的八个电磁铁、四个独 立的悬浮fe制器以及第一传感器组、第二传感器组，八个电磁铁分成四个电磁铁组，每 个电磁铁组包括两个串联的电磁铁，每个悬浮控制器通过斩波器与一个电磁铁组相连， 所述第一传感器组和第二传感器组分别位于悬浮模块的两端，所有悬浮控制器、第一传感器组以及第二传感器组通过CAN总线相连，悬浮控制器通过CAN总线与磁浮列车的 车载监控系统相连。所述第一传感器组和第二传感器组均包括三个间隙传感器、 一个加速度计、判断表 决电路单元、主控DSP单元以及CAN总线控制模块，所述三个间隙传感器通过判断表 决电路单元与主控DSP单元相连，加速度计与主控DSP单元相连，主控DSP单元通过 CAN总线控制模块与CAN总线相连。所述单个悬浮模块上的八个电磁铁为依次排列的第一电磁铁、第二电磁铁、第三电 磁铁、第四电磁铁、第五电磁铁、第六电磁铁、第七电磁铁和第八电磁铁，第一电磁铁 与第四电磁铁串联、第二电磁铁与第三电磁铁串联、第五电磁铁与第八电磁铁串联、第六电磁铁和第七电磁铁串联分别形成电磁铁组。所述第一传感器组以第二电磁铁和第三电磁铁连接处为中轴线布置，所述第二传感 器组以第五电磁铁和第六电磁铁连接处为中轴线布置。与现有技术相比，本专利技术的优点就在于1、 本专利技术的电磁型磁浮列车悬浮模块的分布式主动容错控制系统，使得电磁型磁浮 列车的悬浮模块具有了控制器冗余。当任何一个控制器通道(由两个串联的电磁铁以及 相应的斩波器和控制器组成)彻底失效时，其他未发生故障的控制通道能够补偿失效电 磁铁的作用力，从而保证模块仍然稳定悬浮。经过合理安排的8个电磁铁能够保证任何 控制通道失效之后，其余控制通道的等效电磁力的作用点不会移动，使得故障前后系统 模型的变化减小，从而使故障条件下系统的参数(比如电磁铁电流)较正常情况下的偏 离减小，即减小了参数超出器件承受范围的危险，同时简化了控制算法的设计。传感器组A和传感器组B分别由经过合理配置的三个间隙传感器和一个加速度计，以及判断表 决电路、主控DSP单元和CAN总线控制模块组成，当任何一个间隙传感器发生故障或者 经过接缝时，首先通过表决器表决，剔除掉存在明显误差的信号，之后采用针对传感器 的故障检测算法，对传感器进行诊断，屏蔽掉不正常的传感器通路；2、 本专利技术的电磁型磁浮列车悬浮模块的分布式主动容错控制系统，在设计控制系统 初期就将可能发生的故障对系统的稳定性和安全性影响考虑在内。通过利用悬浮系统内 部冗余(硬件冗余、解析冗余)能力，设计具有故障容错能力的控制器，使得在某些部'件发生故障的情况下，闭环系统仍然能保持稳定，并在原定性能指标或性能指标有所降 低但可接受的条件下，安全地完成悬浮控制任务。同时在传感器和控制器之间使用CAN 总线网络进行数据交换，使得系统的连线大大减少，极大的提高数据传输的可靠性，非 常有利于故障检测和维修，并且有利于上层的车载监控系统对各个智能节点的状态监控。 各个智能节点通过网络连接在一起，真正组成了一个全数字化、信息化、智能化的悬浮 控制系统。 附图说明图1是电磁型磁浮列车车厢的侧视结构示意图； 图2是电磁型磁浮列车车厢的俯视结构示意图； 图3是本专利技术的框架结构示意图； 图4 i本专利技术中第一传感器组的框架结构示意图； 图5是本专利技术中第一传感器组的主程序流程示意图；图6是本专利技术中第一传感器组的中断子程序流程示意图； 图7是本专利技术所采用的分布式主动容错控制方法中主程序的流程示意图； 图8是本专利技术所采用的分布式主动容错控制方法中中断服务程序的流程示意图。具体实施方式以下将结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。本专利技术主要用于电磁型磁浮列车，电磁型磁浮列车模块悬浮系统的车厢示意图如图1和图2所示。悬浮模块(ln，其中n二l， 2，…，8)为列车的基本悬浮单元，每节车厢 两侧的底部对称地分布着若干悬浮模块，每侧悬浮模块的数量由列车的具体型号而定， 如图所示本实施例中的悬浮模块数目为8，悬浮模块ll、 12、 13、 14、 15、 16、 17、 18 分成两部分对称布置于车厢两侧的底部。如图3所示，本专利技术的一种电磁型磁浮列车悬浮模块的分布式主动容错控制系统，它 包括单个悬浮模块上的八个电磁铁、四个独立的悬浮控制器以及第一传感器组41、第二 传感器组42,八个电磁铁分成四个电磁铁组，每个电磁铁组包括两个串联的电磁铁，每 个悬浮控制器通过斩波器与一个电磁铁组相连，所述第一传感器组41和第二传感器组42 分别位于悬浮模块的两端，所有悬浮控制器、第一传感器组41以及第二传感器组42通 过CAN总线5相连，悬浮控制器通过CAN总线5与磁浮列车的车载监控系统相连。在 本实施例中，单个悬浮模块上的八个电磁铁为依次排列的第一电磁铁21、第二电磁铁22、 第三电磁铁23、第四电磁铁24、第五电磁铁25、第六电磁铁26、第七电磁铁27和第八 电磁铁28，第一电磁铁21与第四电磁铁24串联、第二电磁铁22与第三电磁铁23串联、 第五电磁袭25与第八电磁铁28串联、第六电磁铁26和第七电磁铁27串联分别形成电 磁铁组。四个独立的悬浮控制器分别为第一控制器31、第二控制器32、第三控制器33 和第四控制器34，第一控制器31用来对第一电磁铁21与第四电磁铁24串联形成的电磁 铁组进行控制，第二控制器32用来对第二电磁铁22与第三电磁铁23串联形成的电磁铁 组进行控制，第三控制器33用来对第五电磁铁25与第八电磁铁28串联形成的电磁铁组 进行控制，第四控制器34用来对第六电磁铁26和第七电磁铁27串联形成的电磁铁组进 行控制。悬浮系统运行时，通过故障诊断算法实时检测系统状态。 一旦发生故障，控制 器则根据故障诊断的结果，进行控制律切换，采用该故障模型对应的控制参数进行控制， 以补偿失效电磁铁的作用力，达到容错的目的。CAN总线5用于将第一传感器组41和第 ,二传感器辑42的信号传送给控制器，同时将故障状态和悬浮状态上传给车载监控系统。 把CAN总线5引入容错控制系统中，使得各个网络节点之间的连线大大减少，可以有效的降低系统连接线路故障。并且可以把信号、控制、执行、监控、维护在一个网络中实 现，这个系统的各个智能化节点真正组成一个完整的数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电磁型磁浮列车悬浮模块的分布式主动容错控制系统，其特征在于：它包括单个悬浮模块上的八个电磁铁、四个独立的悬浮控制器以及第一传感器组（４１）、第二传感器组（４２），八个电磁铁分成四个电磁铁组，每个电磁铁组包括两个串联的电磁铁，每个悬浮控制器通过斩波器与一个电磁铁组相连，所述第一传感器组（４１）和第二传感器组（４２）分别位于悬浮模块的两端，所有悬浮控制器、第一传感器组（４１）以及第二传感器组（４２）通过ＣＡＮ总线（５）相连，悬浮控制器通过ＣＡＮ总线（５）与磁浮列车的车载监控系统相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：龙志强，窦峰山，薛松，李晓龙，郝阿明，李云，张志洲，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]