一种基于永磁和电磁混合的悬浮高度稳定控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于永磁和电磁混合的悬浮高度稳定控制方法及系统，通过采用基于磁通‑电流联合内环反馈的控制算法，可以解决因永磁悬浮而造成的各个悬浮点间悬浮高度偏差过大的问题，从而可以提升乘客们的体验感和保障永磁磁悬浮列车的正常工作性能。

A suspension height stability control method and system based on permanent magnet and electromagnetic mixture

【技术实现步骤摘要】
一种基于永磁和电磁混合的悬浮高度稳定控制方法及系统
本专利技术涉及磁悬浮轨道交通
，具体涉及一种基于永磁和电磁混合的悬浮高度稳定控制方法及系统。
技术介绍
新型永磁磁浮轨道交通系统是一种绿色、安全、智能的新型交通方式，具有占地面积小、低噪音、无摩擦、无污染、易于拆卸等优点。是解决城市交通拥堵和公共交通“最后一公里”问题的理想解决方案，尤其适合用于环境优美、地形起伏及生态型的中小城市发展公共交通兼城市景观，是“特色小镇”交通系统的首选。永磁悬挂式磁悬浮列车的轨道位于列车的上方，支撑轨道的柱子由钢筋和混凝土所组成。在永磁悬挂磁悬浮列车的转向架上安装永磁模块与安装在轨道两边的磁轨形成强大斥力，从而实现永磁磁悬浮列车的悬浮。但这种悬浮只是仅仅依靠永磁铁与磁轨形成强大斥力而形成的悬浮，其结果则是造成该永磁磁悬浮列车中各个悬浮点的悬浮高度数据之间偏差过大。又因为永磁磁悬浮列车的永磁调节属于一种开环控制系统，对于各个悬浮点的悬浮高度数据之间相差过大等问题又不能进行有效地反馈校正。这不仅严重影响乘客的乘坐感，而且也会严重影响该永磁磁悬浮列车的工作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于永磁和电磁混合的悬浮高度稳定控制方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、在永磁磁悬浮列车启动前首先进行一个安全检查，在该永磁磁悬浮列车上下客完成、准备启动前行时，安装在悬浮轿厢的压力传感器则将其压力值信号上传至悬浮控制器中，悬浮控制器对压力值信号进行判断，如果该永磁磁悬浮列车超重，悬浮控制器发出信号给报警装置控制其报警；如果该永磁磁悬浮列车没有超重，则根据式(1)来求出各个悬浮点的理想悬浮高度值h'：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于永磁和电磁混合的悬浮高度稳定控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、在永磁磁悬浮列车启动前首先进行一个安全检查，在该永磁磁悬浮列车上下客完成、准备启动前行时，安装在悬浮轿厢的压力传感器则将其压力值信号上传至悬浮控制器中，悬浮控制器对压力值信号进行判断，如果该永磁磁悬浮列车超重，悬浮控制器发出信号给报警装置控制其报警；如果该永磁磁悬浮列车没有超重，则根据式(1)来求出各个悬浮点的理想悬浮高度值h'：



式(1)中，h'为理想的悬浮高度值,Ag为永磁体的磁极面积,α为修正系数,m为永磁磁悬浮列车的总质量,g为重力加速度,M为悬浮轿厢所受的压力,Bg为永磁体的磁化强度；
S2、利用位移传感器测量得到八个悬浮点的实际悬浮高度数据值大小h，利用电流传感器分别测量八个悬浮点的悬浮电流值大小i，并利用磁通传感器快速、准确地获得八个悬浮点的磁通密度大小B；
S3、位移传感器、电流传感器和磁通传感器将测得的信号上传至悬浮控制器中，悬浮控制器将测量得到的八个悬浮点的实际悬浮高度值h分别和各个悬浮点对应的理想悬浮高度值h'进行比较；
如果悬浮点的实际悬浮高度值大于或小于该悬浮点的理想悬浮高度值，则依据基于磁通-电流联合内环反馈系统的控制算法来得到合适的控制指令，再利用DSP信号处理器将所述控制指令转换为一定占空比的PWM信号，并将所述PWM信号以PWM波形式传输给该悬浮点的悬浮斩波器，悬浮斩波器再将其转为该电磁铁装置中所需的电流大小,进而减少或增大该悬浮点所需电磁力大小，使其受到向下或向上的合力做向下或向上运动，以此来减少实际测量的悬浮高度值与理想悬浮高度之间的差值的绝对值△h'的大小；
所述基于磁通-电流联合内环反馈系统的控制算法，是基于磁通-电流联合为内环，以悬浮高度差值为外环反馈的控制方法；不同悬浮点的△h'的实时变化需要调整该悬浮点所需电磁力大小，使所需的电磁力提供该悬浮点做向上或向下运动来弥补该悬浮点的△h'大小，进而实现永磁磁悬浮列车各个悬浮点的悬浮高度数据值大小的稳定；如式(2)所示：



其中，F为电磁力，μ0为磁导率，A为磁极面积，h(t)为在时间t下的悬浮高度，N为线圈匝数，i(t)为在时间t下线圈的电流值，B(t)为在时间t下磁通密度值；
在各个悬浮点中，磁轨和电磁铁装置相对并产生达到理想悬浮高度所需电磁力大小，使得永磁磁悬浮列车实现各悬浮点稳定悬浮；针对悬浮点结构首先建立模型，如下列方程组所示：












u(t)为时间t下线圈的电压值，R为线圈电阻；i(t)为在时间t下线圈的电流值，h(t)为该悬浮点到磁轨的悬浮高度，A为磁铁面积，N为线圈匝数，μ0为磁导率；
对式(3)-(6)进行线性化处理，并取B＝B0+ΔB，F＝F0+ΔF，h＝h0+Δh，i＝i0+Δi，B0、F0、h0、i0分别为磁通密度、电磁力、悬浮点到磁轨的悬浮高度、线圈电流的起始值，ΔB、ΔF、Δh、Δi分别为磁通密度、电磁力、悬浮点到磁轨的悬浮高度、线圈电流的变化值；再对式(3)-(6)进行整理,得出分别以悬浮高度变化值、悬浮高度的变化速度、电流变化值为状态变量的线性模型的状态空间方程为：



其中为悬浮高度变化的加速度，为电流变化的速度，将上面的方程进行整理可得到输入为电压增量Δu，输出为悬浮高度差Δh的传递函数；



基于磁通-电流联合内环反馈系统中，包括悬浮点的理想悬浮高度值h'、输出调节的悬浮高度数据值h、理想的电压增量△u、悬浮控制器CBH、磁通反馈控制器CB、电流强度信号的反馈增益ki、磁感强度信号的反馈增益kB、反馈增益系数kT、比例系数kq、△B与△i之间的比例系数kc，反馈增益系数kT为h与△B的比例系数；如下式所示：



上式表明了Δv受磁通密度ΔB的传函关系，磁通环△B的变化既受到Δu的影响，同时也受到输出反馈kT的影响，kTh-Δi·kc＝ΔB,其中
基于磁通-电流联合内环反馈系统的闭环系统包括电流环，其电流环的传递函数为其中电流环的时间常数当引入电流环反馈可以使其时间常数τ1发生改变，通过调节电流反馈增益ki的大小来改变电流环的时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊宽刚，欧阳清华，陈宇航，杨杰，杨斌，刘亚辉，李娜，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：江西;36