一种可静止起浮的超导电动悬浮列车的控制方法技术

一种可静止起浮的超导电动悬浮列车的控制方法，步骤如下：通过场‑路‑运动耦合理论计算出模拟列车运动时超导磁体在8字形零磁通线圈中产生的感应电流数据，得到不同运行状态下的状态样本库；列车运行时，车载、地面传感器实时检测列车运行状态，其信号传输至中央控制机构，将其与状态样本库进行比对，并从中选择出与此刻列车运行状态相符的状态数据，控制区间供电站以一定相序通入至上述线圈中产生行波磁场使列车悬浮；列车处于静止状态时，上述线圈由区间供电站通入直流电；当列车速度小于车体起浮速度，区间供电站为8字形零磁通线圈供电；否则，不供电；本发明专利技术克服了电动悬浮列车不能在静止或低速下悬浮的缺陷，并能实现对列车的控制。

A Control Method of Superconducting Electric Suspension Train with Static Floating

A control method for a stationary floating superconducting electric suspension train is presented in the following steps: calculating the induced current data generated by the superconducting magnet in the 8-shaped zero-flux coil during the simulation of train motion through the field-road-motion coupling theory, and obtaining the state sample library under different operating conditions; real-time detection of train running state by on-board and ground sensors, and its signal when the train is running Transfer to the central control mechanism, compare it with the state sample library, and select the state data which is consistent with the current train running state, control the power station in the interval to enter into the coil in a certain phase sequence to generate traveling wave magnetic field to suspend the train; when the train is in a static state, the coil from the power station in the interval to direct current; when the train speed is less than the starting speed of the car body The section power supply station is powered by an 8-shaped zero flux coil; otherwise, no power supply is provided; the invention overcomes the defect that the electric suspension train can not suspend at static or low speed, and can realize the control of the train.

【技术实现步骤摘要】
一种可静止起浮的超导电动悬浮列车的控制方法
本专利技术涉及磁浮交通、控制工程、超导磁体等领域，具体涉及一种可实现静止起浮的超导电动悬浮列车的控制方法。
技术介绍
电动悬浮(简称EDS)列车基于动生原理，列车运行时，车载磁体磁力线切割轨道线圈产生感应电流，二者相互作用产生磁升力平衡重力实现车体悬浮，并且磁升力随着车速增加而增大，当列车达到一定速度后，磁升力能够平衡重力，车体起浮。车载磁体可同时实现悬浮、导向和推进，系统具有自稳定恢复能力。电动悬浮按地面轨道类型可分为感应板式与零磁通线圈式。零磁通式一般采用8字形轨道线圈与车载超导磁体相结合的结构，相较于感应板式，零磁通式具有浮阻比高、悬浮间隙大、自稳定性好的优点，被应用于以日本山梨线为代表的磁浮交通系统中。动态电路理论最早由美国阿贡实验室于1993年提出并建立了线路动态模型，被用于计算线圈式电动悬浮列车电磁力，该法将车载磁体与地面短路线圈电磁耦合关系等效为电路关系，用互感耦合程度刻画动生电流，以等效动态电路结合电磁场能量法计算车载磁体受力。机器学习(MachineLearning,ML)是一门多领域交叉学科，涉及概率论、统计学、逼近论等多门学科，被用于研究计算机怎样模拟或实现人类的学习行为，以获取新的知识或技能，重新组织已有的知识结构使之不断改善自身的性能。它是人工智能的核心，是使计算机具有智能的根本途径，其应用遍及人工智能的各个领域，它主要使用归纳、综合而不是演绎。简单来说，机器学习是一类从数据中自动分析获得规律，并利用规律对未知数据进行预测的方法。传统电动悬浮列车的应用主要以日本低温超导山梨试验线为代表，采用8字形零磁通线圈作为地面轨道线圈，列车静止或低速时不能产生足够悬浮力，依靠安装在车体底部的橡胶辅助轮支撑，只有在达到一定速度后悬浮力才能平衡重力实现车体起浮。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术提供一种可静止起浮的超导电动悬浮列车的控制方法，以解决传统电动悬浮列车不能在静止或低速下悬浮的问题。本专利技术的目的是这样实现的：一种可静止起浮的超导电动悬浮列车的控制方法，包括以下步骤：通过场-路-运动耦合理论计算出模拟列车运动时超导磁体在8字形零磁通线圈中产生的感应电流数据，对大量不同运行状态计算后得到状态样本库；通过机器学习的方式对系统进行训练学习，提高系统检测准确度；列车运行时，列车车载传感器及地面传感器实时检测包含列车载重、悬浮高度、运行速度等参数的列车运行状态，其信号传输至中央控制机构，将列车运行状态与状态样本库进行比对；从状态样本库中选择出与此刻列车运行状态相符的状态数据，由此来匹配相应的电流信号传输给中央控制机构，控制列车所在区间供电站输出相应电流，并将其以一定相序通入至8字形零磁通线圈中，产生行波磁场，该电流产生的磁场与超导磁体作用后能产生足够大的磁升力使得列车悬浮；同时利用机器学习的方式对列车运行状态在线监测判断是否故障，当检测到失稳风险后，及时对8字形零磁通线圈实施主动电流控制，调整列车运行状态；8字形零磁通线圈采用区间分段式供电，当列车驶入区间且传感器检测运行速度小于车体载重对应的起浮速度，该区间供电站接通为8字形零磁通线圈供电；列车到达起浮速度后，供电站停止为8字形零磁通线圈提供电流，但检测系统仍然工作，利用机器学习的方式对列车运行状态在线监测，及时调整列车运行状态，预防故障发生；列车处于静止状态时，8字形零磁通线圈(1)经电缆线(3)连接对应区间供电站通入直流电；8字形零磁通线圈中产生的行波磁场运动速度与列车行进速度相同，即磁场与列车相对静止。所述通过场-路-运动耦合理论计算零磁通线圈中感应电流包含以下步骤：步骤一，通过电感计算模块，计算各个8字形零磁通线圈之间的互感及自感参数，同时计算当运动速度为V,电流为I的超导磁体与8字形零磁通线圈之间互感方程；步骤二，将根据步骤一中计算所得超导磁体与各个8字形零磁通线圈之间互感方程沿三个坐标轴方向求偏导，得到x轴、y轴及z轴方向的互感偏导数Gx、Gy、Gz；步骤三，根据所已知超导磁体的电流I、运动速度为V、几何尺寸以及8字形零磁通线圈尺寸参数，代入至步骤一、步骤二生成电流控制方程，求解后得8字形零磁通线圈动生电流矩阵[i]；步骤四，运用能量法计算沿三个坐标轴方向的电磁力fx、fy、fz；场-路-运动耦合理论模型中超导磁体与8字形零磁通线圈作用的等效电路方程为：[e]＝[R]·[i]+d([L]·[i])/dt[e]为8字形零磁通线圈的感应电动势矩阵；[R]为8字形零磁通线圈的电阻矩阵；[L]为8字形线圈间的互感矩阵；[i]为8字形线圈的电流矩阵；所述电流控制方程为：式中：R为8字形零磁通线圈总电阻的1/2；ik为8字形零磁通线圈中感应电流，k＝1～n，n为8字形零磁通线圈数量；Ij为磁体电流，j＝1～m，m为超导磁体的数量；Mk,n+k为将8字形零磁通线圈看作为上下两部分时，各个线圈回路之间互感及其自感参数；Gp,j为超导磁体对8字形零磁通线圈上部或下部线圈的互感对x的偏导数，p＝1～2n；j＝1～m，m为超导磁体的数量；沿x方向超导磁体运动速度Vx为计算速度项；运用时间步长迭代求解法求解上述电流控制方程，本方法的迭代方程如下：通过能量法将等效电路化简，结合功率与力的关系可知任意时刻在x、y、z三方向上的电磁力为：本专利技术可静止起浮的超导电动悬浮列车的控制方法，以场-路-运动耦合理论对地面8字形零磁通线圈实施电流控制，通过计算模拟列车运行时超导磁体在8字形零磁通线圈中产生的感应电流，该电流产生的磁场与超导磁体作用后能产生足够大的磁升力使得列车悬浮，将此电流信号传输给中央控制机构，控制列车所在区间供电站输出相应电流，并将其以一定相序通入至8字形零磁通线圈中，产生磁场，车载超导磁体与之作用后产生悬浮力使得列车悬浮。本专利技术的有益效果是：1.本专利技术将场-路-运动耦合理论应用于列车运动时，超导磁体在8字形零磁通线圈中产生的感应电流的计算，并结合不同运行状态下，得到状态样本库；并在列车运行时，将列车运行状态与状态样本库进行比对，从而控制列车所在区间供电站输出相应电流至8字形零磁通线圈中，最终产生磁升力使得列车悬浮。2.本专利技术克服了电动悬浮列车不能在静止或低速下悬浮的缺陷，并能实现对列车的控制。8字形零磁通线圈采用区间分段式供电，当列车驶入区间且传感器检测运行速度小于车体载重对应的起浮速度，供电机构接通为8字形零磁通线圈供电，反之该区间不供电。供电系统仅需在列车速度低于起浮速度所经过的区间中为8字形零磁通线圈供电。列车处于静止状态时，8字形零磁通线圈则通入直流电。3.所述列车达到起浮速度后，供电站停止为8字形零磁通线圈提供电流，但检测系统仍然工作，利用机器学习的方式对列车运行状态在线监测，控制列车运行状态，预防故障发生。附图说明图1系统结构及信号传递图。图2系统供电回路连接图。图3零磁通8字形线圈等效电路图(电感L1，L2；电阻R1，R2；E1、E2分别为8字形线圈上部和下部感应电动势)。图4车-轨结构立体图。图5车轨结构正视图。图6供电单元连接图。图7场-路-运动耦合理论控制电流曲线图(线圈1、2、3、4分别代表沿轨道排列的四个8字形零磁通线圈，列车运行速度500km/h)。图8场-路-运动耦本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可静止起浮的超导电动悬浮列车的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：通过场‑路‑运动耦合理论计算出模拟列车运动时超导磁体在8字形零磁通线圈中产生的感应电流数据，对大量不同运行状态计算后得到状态样本库；通过机器学习的方式对系统进行训练学习，提高系统检测准确度；列车运行时，列车车载传感器及地面传感器实时检测包含列车载重、悬浮高度、运行速度等参数的列车运行状态，其信号传输至中央控制机构，将列车运行状态与状态样本库进行比对；从状态样本库中选择出与此刻列车运行状态相符的状态数据，由此来匹配相应的电流信号传输给中央控制机构，控制列车所在区间供电站输出相应电流，并将其以一定相序通入至8字形零磁通线圈中，产生行波磁场，该电流产生的磁场与超导磁体作用后能产生足够大的磁升力使得列车悬浮；同时利用机器学习的方式对列车运行状态在线监测判断是否故障，当检测到失稳风险后，及时对8字形零磁通线圈实施主动电流控制，调整列车运行状态；8字形零磁通线圈采用区间分段式供电，当列车驶入区间且传感器检测运行速度小于车体载重对应的起浮速度，该区间供电站接通为8字形零磁通线圈供电；列车达到起浮速度后，供电站停止为8字形零磁通线圈供电，但检测系统仍然工作，利用机器学习的方式对列车运行状态在线监测，及时调整列车运行状态，预防故障发生；列车处于静止状态时，8字形零磁通线圈(1)经电缆线(3)连接对应区间供电站通入直流电；8字形零磁通线圈中产生的行波磁场运动速度与列车行进速度相同，即磁场与列车相对静止。...

【技术特征摘要】
1.一种可静止起浮的超导电动悬浮列车的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：通过场-路-运动耦合理论计算出模拟列车运动时超导磁体在8字形零磁通线圈中产生的感应电流数据，对大量不同运行状态计算后得到状态样本库；通过机器学习的方式对系统进行训练学习，提高系统检测准确度；列车运行时，列车车载传感器及地面传感器实时检测包含列车载重、悬浮高度、运行速度等参数的列车运行状态，其信号传输至中央控制机构，将列车运行状态与状态样本库进行比对；从状态样本库中选择出与此刻列车运行状态相符的状态数据，由此来匹配相应的电流信号传输给中央控制机构，控制列车所在区间供电站输出相应电流，并将其以一定相序通入至8字形零磁通线圈中，产生行波磁场，该电流产生的磁场与超导磁体作用后能产生足够大的磁升力使得列车悬浮；同时利用机器学习的方式对列车运行状态在线监测判断是否故障，当检测到失稳风险后，及时对8字形零磁通线圈实施主动电流控制，调整列车运行状态；8字形零磁通线圈采用区间分段式供电，当列车驶入区间且传感器检测运行速度小于车体载重对应的起浮速度，该区间供电站接通为8字形零磁通线圈供电；列车达到起浮速度后，供电站停止为8字形零磁通线圈供电，但检测系统仍然工作，利用机器学习的方式对列车运行状态在线监测，及时调整列车运行状态，预防故障发生；列车处于静止状态时，8字形零磁通线圈(1)经电缆线(3)连接对应区间供电站通入直流电；8字形零磁通线圈中产生的行波磁场运动速度与列车行进速度相同，即磁场与列车相对静止。2.根据权利要求1所述的一种可静止起浮的超导电动悬浮列车的控制方法，其特征在于，所述通过场-路-运动耦合理论计算零磁通线圈...

【专利技术属性】
技术研发人员：马光同，蔡尧，张卫华，杨文姣，王一宇，龚天勇，赵正伟，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51