悬挂式磁悬浮列车的多点协同悬浮控制系统技术方案

本发明专利技术提供了一种悬挂式磁悬浮列车的多点协同悬浮控制系统，该系统包括压力传感器、车载总控系统、悬浮控制器、四组执行单元，每组执行单元包括车载悬浮装置、悬浮斩波器、加速度传感器、间隙传感器、电流传感器；车载悬浮装置包括电磁调节模块和永磁模块；车载悬浮装置和永磁磁轨产生排斥力为列车提供主要悬浮力，车载悬浮装置的电磁调节模块的作用是辅助悬浮负责增加阻尼、消除震动，协同控制实现电气解耦使列车在额定悬浮间隙稳定悬浮。

【技术实现步骤摘要】
悬挂式磁悬浮列车的多点协同悬浮控制系统
本专利技术涉及悬挂式磁浮走行系统多点协同悬浮控制系统，主要基于一种永磁体四点悬浮提供主要悬浮力，四个电磁调节装置辅助悬浮的协同悬浮控制系统。
技术介绍
悬挂式磁悬浮列车的轨道在列车上方，由钢梁或者混凝土浇筑的立柱支撑在空中。此种悬挂式磁悬浮列车是依靠安装在悬挂车厢转向架上的永磁模块与安装在轨道梁里面的永磁磁轨之间产生排斥力使列车在轨道梁上运行的新型交通工具，以其绿色无污染、安全舒适、地形适应力强受到广泛的关注。悬挂式磁悬浮列车转向架的四端安装的永磁模块与轨道梁上的永磁磁轨构成悬挂列车的悬浮系统，但是该系统是一个不稳定的系统，极易受到外界的干扰产生振动且该振动持续时间长很难使其稳定，必须通过反馈控制使悬挂列车的悬浮保持稳定。但是悬挂式磁悬浮列车的转向架是有一定刚性的，四个永磁模块均匀安装在转向架的四角，彼此之间是有耦合的。协同控制四个永磁模块使转向架的四端都在同一悬浮高度，是衡量悬挂式磁悬浮列车悬浮性能的重要指标。协同控制四点悬浮取决于悬浮控制方法，悬浮控制方法最重要的是设计一个悬浮控制系统，该悬浮控制系统通过当前列车的悬浮状态，调节电磁调节装置的电流达到控制列车的悬浮高度的目标，使列车在额定的悬浮高度运行，进而实现列车的稳定悬浮。悬挂式磁悬浮列车的转向架结构如图1所示，每个悬挂式磁悬浮列车的车厢吊挂在一个转向架上，在每个转向架上安装有四个车载悬浮装置，车载悬浮装置安装在图1所示的A、B、C、D这四个位置处。车载悬浮装置如图2所示，车载悬浮装置的中间部分为永磁模块，永磁模块的两边为电磁调节模块，一个永磁模块和两个电磁调节模块构成一个车载悬浮装置。车载悬浮装置间通过转向架的构架和横梁相连。每个车载悬浮装置的控制量不但与自身的反馈量有关，而且还与其余的三个车载悬浮装置的反馈量直接相关，通过改变各个车载悬浮装置的控制电压的办法消除磁极间的机械耦合。目前采用的悬浮控制方法是单电磁铁控制方法，该方法在磁悬浮列车的长宽比较大时，每个悬浮端的耦合相对较弱，对于稳定悬浮不会造成太大影响。将转向架上的四个车载悬浮装置视为四个独立的被控对象，每个车载悬浮装置都有一个独立的悬浮控制器，四个车载悬浮装置需要四个悬浮控制器。四个车载悬浮装置分别需要一组独立的悬浮传感器，每组悬浮传感器对应一个悬浮控制器。悬浮传感器均包括一个间隙传感器、一个加速度传感器和一个电流传感器。间隙传感器用于测量列车的悬浮高度，加速度传感器用于测量车载悬浮装置竖直运动加速度，电流传感器用于测量车载悬浮装置的电磁调节模块中的电流。每组悬浮传感器测量得到的信号(悬浮间隙信号、加速度信号、电流信号)以模拟信号的形式通过信号线传输到悬浮控制器，悬浮控制器通过传感器传来的悬浮状态信号和车载指令信号，计算出控制量，可以控制电磁调节模块中电流大小，进而控制车载悬浮装置的电磁力大小。但是，当悬浮列车的长宽尺寸较小，安装了四个车载悬浮装置的转向架是一个刚体，A、B、C、D端的运动状态会通过力耦合的方式相互影响，各个悬浮端的耦合很强，单独电磁铁的控制方法就会造成震荡，整个悬浮系统受到外界扰动后难以稳定或者需要经过很长时间才能进入稳定状态。
技术实现思路
本专利技术的目的是给一种悬挂式磁悬浮列车提供一种多点协同悬浮控制系统，此种悬挂式磁悬浮列车是由安装在如图1所示转向架A、B、C、D四处的车载悬浮装置和永磁磁轨产生排斥力为列车提供主要悬浮力，车载悬浮装置的电磁调节模块的作用是辅助悬浮负责增加阻尼、消除震动，协同控制实现电气解耦使列车在额定悬浮间隙稳定悬浮。具体采用如下技术方案：一种悬挂式磁悬浮列车的多点协同悬浮控制系统，所述悬挂式磁悬浮列车包括轨道单元、悬挂单元、驱动单元、导向单元和轿厢单元，轨道单元通过立柱悬于空中，轿厢单元通过悬挂单元悬挂在轨道单元的垂直下方，驱动单元和导向单元协同作用，驱动轿厢单元在轨道单元中前进；所述多点协同悬浮控制系统包括压力传感器、车载总控系统、悬浮控制器、四组执行单元，每组执行单元包括车载悬浮装置、悬浮斩波器、加速度传感器、间隙传感器、电流传感器；车载悬浮装置包括电磁调节模块和永磁模块；所述加速度传感器用于测量所述车载悬浮装置的竖直运动加速度；所述间隙传感器用于测量所述车载悬浮装置的悬浮间隙；所述电流传感器套在所述悬浮斩波器的输出导线上，用于测量电磁调节模块的悬浮电流；所述加速度传感器、间隙传感器、电流传感器的测量信息传输给悬浮控制器；悬浮控制器根据所述测量信息和车载总控系统的额定悬浮间隙指令分别计算出四个车载悬浮装置的控制量，将四个所述控制量分别输入到四个所述悬浮斩波器，控制四个所述电磁调节模块的电流大小，进而控制四个所述车载悬浮装置的悬浮力大小。优选地，压力传感器悬挂安装在车厢内，压力传感器通过CAN总线向车载总控系统发送压力信号，压力与悬浮间隙的映射关系为其中，h为悬浮间隙，Ag为永磁体的磁极面积，α为修正系数，m为悬挂式车厢的质量，g为重力加速度，N为压力，Bg为永磁体的磁化强度；车载总控系统根据所述映射关系确定额定的悬浮间隙，车载总控系统将该额定悬浮间隙信号通过电缆发送给悬浮控制器。优选地，悬浮控制器根据四个车载悬浮装置A、B、C、D的悬浮间隙、竖直运动加速度，以及车载悬浮装置的电磁调节模块的悬浮电流分别计算出四个电磁调节模块a、b、c、d的控制量PWM.a、PWM.b、PWM.c、PWM.d:PWM.a＝p1(s1234-s0)+p2∫(s1234-s0)dt+p3∫a1dt+p4i1s1,s2,s3,s4分别为车载悬浮装置A、B、C、D处的悬浮间隙，s0为额定悬浮间隙，a1为车载悬浮装置A的竖直运动方向加速度，i1为电磁调节模块a中的电流，p1为比例系数，p2为间隙积分反馈系数，p3为微分系数，p4为电流环比例系数；PWM.b＝p1(s1234-s0)+p2∫(s1234-s0)dt+p3∫a2dt+p4i2其中，a2为车载悬浮装置B的竖直运动方向加速度，i2为电磁调节模块b中的电流；PWM.c＝p1(s1234-s0)+p2∫(s1234-s0)dt+p3∫a3dt+p4i3其中，a3为车载悬浮装置C的竖直运动方向加速度，i3为电磁调节模块c中的电流；PWM.d＝p1(s1234-s0)+p2∫(s1234-s0)dt+p3∫a4dt+p4i4其中，a4为车载悬浮装置D的竖直运动方向加速度，i4为电磁调节模块d中的电流。本专利技术可以达到以下的技术效果：1、本专利技术的车载悬浮装置由永磁模块与永磁轨间的排斥力提供主要悬浮力，电磁调节模块辅助悬浮，负责增加阻尼、消除震动，达到悬浮间隙的稳定。只有当A、B、C、D四个车载悬浮装置中存在不在额定悬浮间隙悬浮时才启动电磁调节模块调节，通常情况下电磁调节模块中都是小电流微调，所以耗能低，电磁调节模块的发热量也比传统的纯电磁悬浮调节少。这种控制方法由于电磁调节模块发热量少可以给悬浮传感器提供了一个较好的工作环境。2、本专利技术根据列车的载重设定列车的额定悬浮间隙，此方法充分的运用永磁模块和永磁磁轨提供主要悬浮力的特性，最大限度的让永磁模块和永磁磁轨的排斥力给列车提供悬浮力，最大限度的发挥了电磁调节模块的微调作用。3、A、B、C、D四个车载悬浮装置中的电磁调节模块若有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种悬挂式磁悬浮列车的多点协同悬浮控制系统，所述悬挂式磁悬浮列车包括轨道单元、悬挂单元、驱动单元、导向单元和轿厢单元，轨道单元通过立柱悬于空中，轿厢单元通过悬挂单元悬挂在轨道单元的垂直下方，驱动单元和导向单元协同作用，驱动轿厢单元在轨道单元中前进；其特征在于，所述多点协同悬浮控制系统包括压力传感器、车载总控系统、悬浮控制器、四组执行单元等，每组执行单元包括车载悬浮装置、悬浮斩波器、加速度传感器、间隙传感器、电流传感器；车载悬浮装置包括电磁调节模块和永磁模块；所述加速度传感器用于测量所述车载悬浮装置的竖直运动加速度；所述间隙传感器用于测量所述车载悬浮装置的悬浮间隙；所述电流传感器套在所述悬浮斩波器的输出导线上，用于测量电磁调节模块的悬浮电流；所述加速度传感器、间隙传感器、电流传感器的测量信息传输给悬浮控制器；悬浮控制器根据所述测量信息和车载总控系统的额定悬浮间隙指令分别计算出四个车载悬浮装置的控制量，将四个所述控制量分别输入到四个所述悬浮斩波器，控制四个所述电磁调节模块的电流大小，进而控制四个所述车载悬浮装置的悬浮力大小。

【技术特征摘要】
1.一种悬挂式磁悬浮列车的多点协同悬浮控制系统，所述悬挂式磁悬浮列车包括轨道单元、悬挂单元、驱动单元、导向单元和轿厢单元，轨道单元通过立柱悬于空中，轿厢单元通过悬挂单元悬挂在轨道单元的垂直下方，驱动单元和导向单元协同作用，驱动轿厢单元在轨道单元中前进；其特征在于，所述多点协同悬浮控制系统包括压力传感器、车载总控系统、悬浮控制器、四组执行单元等，每组执行单元包括车载悬浮装置、悬浮斩波器、加速度传感器、间隙传感器、电流传感器；车载悬浮装置包括电磁调节模块和永磁模块；所述加速度传感器用于测量所述车载悬浮装置的竖直运动加速度；所述间隙传感器用于测量所述车载悬浮装置的悬浮间隙；所述电流传感器套在所述悬浮斩波器的输出导线上，用于测量电磁调节模块的悬浮电流；所述加速度传感器、间隙传感器、电流传感器的测量信息传输给悬浮控制器；悬浮控制器根据所述测量信息和车载总控系统的额定悬浮间隙指令分别计算出四个车载悬浮装置的控制量，将四个所述控制量分别输入到四个所述悬浮斩波器，控制四个所述电磁调节模块的电流大小，进而控制四个所述车载悬浮装置的悬浮力大小。2.如权利要求1所述的一种悬挂式磁悬浮列车的多点协同悬浮控制系统，其特征在于，压力传感器悬挂安装在车厢内，压力传感器通过CAN总线向车载总控系统发送压力信号，压力与悬浮间隙的映射关系为其中，h为悬浮间隙，Ag为永磁体的磁极面积，α为修正系数，m为悬挂式车厢的质量，g为重力加速度，N为压力，Bg为永磁体的磁化...

【专利技术属性】
技术研发人员：张振利，杨斌，石恒，杨杰，张卫华，邓斌，
申请(专利权)人：江西理工大学，西南交通大学，
类型：发明
国别省市：江西,36