姿态检测系统、方法、计算机设备及存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种磁浮列车悬浮电磁铁姿态检测系统、方法、计算机设备及存储介质，垂向位移、垂向加速度、横向位移、横向加速度、沿线路运动速度以及沿线路实时位置均从壳体的安装位置处获取，使各检测数据来源于同一位置，无需将不同位置的检测数据近似折算到同一位置，避免了近似折算产生的误差，检测精度较高；信号采集组件中各部件同时启动，且通过同一通道进行传输，保证了所有检测数据均在同一时间轴，避免了采用不同渠道获取数据，因时间轴不统一而导致动力学分析时出现较大相位误差的问题，提高了动力学分析时的准确性；且采用信号调理与传输模块进行数据传输，而不采用车载CAN网络，提高了采样频率和采样精度。

【技术实现步骤摘要】
姿态检测系统、方法、计算机设备及存储介质
本专利技术属于中低速磁浮列车
，尤其涉及一种磁浮列车悬浮电磁铁姿态检测系统、方法、计算机设备及存储介质。
技术介绍
磁浮列车采用电磁力实现支撑与导向，并配置直线电机实现驱动，车辆与轨道间无机械接触，因此具有运行速度高、噪声小、振动低、起动及制动速度快、转弯半径小、爬坡能力强、安全舒适及维护少等显著优点，是未来高速、绿色交通的发展方向之一。为了简化系统结构，降低整车成本，现有中低速磁浮列车的悬浮系统只在垂直方向施加悬浮间隙的主动闭环控制，横向位移是利用悬浮电磁铁的横向分力实现被动控制，因此现有的悬浮传感器也只需获取悬浮电磁铁的垂向位移和垂向加速度信息。然而为了深入分析中低速磁浮列车悬浮系统的特性，对车轨关系进行全方位的系统分析和评估，进一步完善中低速磁浮列车技术平台，在设计初期进行车辆动力学分析时，除现有的垂向位移和垂向加速度信息外，还需获取悬浮电磁铁的横向位移、横向加速度、沿线路运动速度以及沿线路实时位置等综合姿态信息。传统的方法是：(1)通过CAN网获取垂向位移和垂向加速度信息；(2)在中低速磁浮列车悬浮架的适当位置加装传感器，获取横向位移和横向加速度信息；(3)从列车测速定位系统获取列车速度和位置信息；(4)将所有数据汇总合并处理，获取综合姿态信息。传统方法的不足之处在于：(1)由于车载CAN网连接设备较多，数据量大，采样频率较低(目前仅为10Hz)，不能满足分析需求；(2)受结构限制，横向位移检测和垂向位移检测不在同一位置，综合分析时，还需要将数据近似折算到悬浮电磁铁上的同一位置，因此误差较大；(3)由于各数据获得渠道不同，不在同一时间轴，综合分析时各数据相位存在较大误差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种磁浮列车悬浮电磁铁姿态检测系统、方法、计算机设备及存储介质，可在同一时间轴、同一位置、同时测量悬浮电磁铁垂向位移、垂向加速度、横向位移和横向加速度，并计算沿线路运动速度和及沿线路实时位置，降低因数据近似折算产生的误差，并降低各数据相位误差，提高设计初期车辆动力学分析的准确度，且具有采样频率高、精度高等优点。本专利技术独立权利要求的技术方案解决了上述专利技术目的中的一个或多个。本专利技术是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种磁浮列车悬浮电磁铁姿态检测系统，包括信号采集组件、信号调理与传输模块以及上位机；所述信号采集组件设于待检悬浮电磁铁端部，信号采集组件包括壳体，以及设于所述壳体内的第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器、第一加速度传感器、第二加速度传感器和信号处理模块；所述第一位移传感器、第二位移传感器分别设于所述壳体上表面的不同纵向位置，且第一位移传感器和第二位移传感器的检测方向均设置在垂向；所述第三位移传感器设于所述壳体的横向侧面，且第三位移传感器的检测方向设置在横向；所述第一加速度传感器的检测方向设置在垂向；所述第二加速度传感器的检测方向设置在横向；以列车运行方向为纵向，以垂直于地面的方向为垂向，以平行于地面且垂直于运行方向的方向为横向；所述第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器、第一加速度传感器以及第二加速度传感器分别与所述信号处理模块连接，所述信号处理模块分别与悬浮控制器、信号调理与传输模块连接，所述信号调理与传输模块与所述上位机连接。本专利技术中，所述第一位移传感器、第二位移传感器均用于检测悬浮电磁铁的垂向位移；所述第三位移传感器用于检测悬浮电磁铁的横向位移；所述第一加速度传感器用于检测悬浮电磁铁的垂向加速度；所述第二加速度传感器用于检测悬浮电磁铁的横向加速度；所述信号处理模块用于取第一位移传感器和第二位移传感器检测数据中的最小值作为信号采集组件垂向位移输出，以及用于对各传感器的检测数据进行调理和滤波后输出；所述信号调理与传输模块用于对各传感器的检测数据进行调理并传输给上位机；所述上位机用于对横向位移进行修正，根据第一位移传感器与第二位移传感器的纵向间距、通过轨道接缝时的时间计算沿线路运动速度，根据通过轨道接缝时的速度和时间、以及轨道接缝到线路始端的距离计算沿线路实时位置，以及用于存储线路所有轨道接缝编号以及每个轨道接缝到线路始端的距离。本专利技术的悬浮电磁铁姿态检测系统，由于各传感器均集成在一个壳体内，因此垂向位移、垂向加速度、横向位移、横向加速度、沿线路运动速度以及沿线路实时位置均从壳体的安装位置处获取，使各检测数据来源于同一位置，无需将不同位置的检测数据近似折算到同一位置，避免了近似折算产生的误差；信号采集组件中各部件同时启动，且通过同一通道进行传输，保证了所有检测数据均在同一时间轴，避免了采用不同渠道获取数据，因时间轴不统一而导致动力学分析时出现较大相位误差的问题，提高了动力学分析时的准确性，且采用信号调理与传输模块进行数据传输，而不采用车载CAN网络传输，提高了采样频率和采样精度。该姿态检测系统通过不同纵向位置的第一位移传感器和第二位移传感器来检测悬浮电磁铁的垂向位移，克服了第一位移传感器或第二位移传感器通过轨道接缝时输出特性发生的变化，消除了轨道接缝对垂向位移的影响，提高了垂向位移的检测精度。进一步地，所述第一位移传感器、第二位移传感器以及第三位移传感器均选用电涡流位移传感器，电涡流位移传感器利用电涡流效应，能够准确测量垂向位移和横向位移，具有长期工作可靠性好、灵敏度高、抗干扰能力强、非接触测量、响应速度快、不受油水等介质的影响，更进一步地提高了检测的精度。进一步地，所述第三位移传感器有两个，两个所述第三位移传感器分别设于所述壳体的横向两侧。考虑冗余设计，设置两个第三位移传感器，通过取两个横向位移的平均值作为信号采集组件横向位移的输出，提高了检测精度。进一步地，所述上位机包括信息存储模块、横向位移误差修正模块、沿线路运动速度计算模块以及沿线路实时位置计算模块；所述信息存储模块，用于存储线路所有轨道接缝的编号、每个轨道接缝到线路始端的距离、以及修正后的横向位移、垂向位移、横向加速度、垂向加速度、沿线路运动速度和沿线路实时位置；所述横向位移误差修正模块，用于对实时检测的横向位移进行修正，修正后的横向位移的计算表达式为Sh′＝Sh-(Sv-Sv0)·tanα，其中Sh′为修正后的横向位移，Sh为第三位移传感器实时检测的横向位移，Sv0为垂向位移的初始值，Sv为第一位移传感器实时检测的垂向位移和第二位移传感器实时检测的垂向位移中的最小值，α为F型轨道内侧侧面与垂向之间的夹角；所述沿线路运动速度计算模块，用于根据第一位移传感器与第二位移传感器之间的纵向间距、通过轨道接缝时的时间计算沿线路运动速度，沿线路运动速度的计算表达式为其中D0为第一位移传感器与第二位移传感器之间的纵向间距，为第二位移传感器通过第i个轨道接缝时的时间，为第一位移传感器通过第i个轨道接缝时的时间，vi为悬浮电磁铁通过第i个轨道接缝时的速度，即沿线路运动速度；所述沿线路实时位置计算模块，用于根据通过轨道接缝时的速度和时间、以及轨道接缝到线路始端的距离计算沿线路实时位置，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁浮列车悬浮电磁铁姿态检测系统，其特征在于：包括信号采集组件、信号调理与传输模块以及上位机；所述信号采集组件设于待检悬浮电磁铁端部，信号采集组件包括壳体，以及设于所述壳体内的第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器、第一加速度传感器、第二加速度传感器和信号处理模块；所述第一位移传感器、第二位移传感器分别设于所述壳体上表面的不同纵向位置，且第一位移传感器和第二位移传感器的检测方向均设置在垂向；所述第三位移传感器设于所述壳体的横向侧面，且第三位移传感器的检测方向设置在横向；所述第一加速度传感器的检测方向设置在垂向；所述第二加速度传感器的检测方向设置在横向；以列车运行方向为纵向，以垂直于地面的方向为垂向，以平行于地面且垂直于运行方向的方向为横向；/n所述第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器、第一加速度传感器以及第二加速度传感器分别与所述信号处理模块连接，所述信号处理模块分别与悬浮控制器、信号调理与传输模块连接，所述信号调理与传输模块与所述上位机连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种磁浮列车悬浮电磁铁姿态检测系统，其特征在于：包括信号采集组件、信号调理与传输模块以及上位机；所述信号采集组件设于待检悬浮电磁铁端部，信号采集组件包括壳体，以及设于所述壳体内的第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器、第一加速度传感器、第二加速度传感器和信号处理模块；所述第一位移传感器、第二位移传感器分别设于所述壳体上表面的不同纵向位置，且第一位移传感器和第二位移传感器的检测方向均设置在垂向；所述第三位移传感器设于所述壳体的横向侧面，且第三位移传感器的检测方向设置在横向；所述第一加速度传感器的检测方向设置在垂向；所述第二加速度传感器的检测方向设置在横向；以列车运行方向为纵向，以垂直于地面的方向为垂向，以平行于地面且垂直于运行方向的方向为横向；
所述第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器、第一加速度传感器以及第二加速度传感器分别与所述信号处理模块连接，所述信号处理模块分别与悬浮控制器、信号调理与传输模块连接，所述信号调理与传输模块与所述上位机连接。


2.如权利要求1所述的磁浮列车悬浮电磁铁姿态检测系统，其特征在于：所述第一位移传感器、第二位移传感器以及第三位移传感器均选用电涡流位移传感器。


3.如权利要求1所述的磁浮列车悬浮电磁铁姿态检测系统，其特征在于：所述第三位移传感器有两个，两个所述第三位移传感器分别设于所述壳体的横向两侧。


4.如权利要求1～3中任一项所述的磁浮列车悬浮电磁铁姿态检测系统，其特征在于：所述上位机包括信息存储模块、横向位移误差修正模块、沿线路运动速度计算模块以及沿线路实时位置计算模块；
所述信息存储模块，用于存储线路所有轨道接缝的编号、每个轨道接缝到线路始端的距离、以及修正后的横向位移、垂向位移、横向加速度、垂向加速度、沿线路运动速度和沿线路实时位置；
所述横向位移误差修正模块，用于对实时检测的横向位移进行修正，修正后的横向位移的计算表达式为Sh′＝Sh-(Sv-Sv0)·tanα，其中Sh′为修正后的横向位移，Sh为第三位移传感器实时检测的横向位移，Sv0为垂向位移的初始值，Sv为第一位移传感器实时检测的垂向位移和第二位移传感器实时检测的垂向位移中的最小值，α为F型轨道内侧侧面与垂向之间的夹角；
所述沿线路运动速度计算模块，用于根据第一位移传感器与第二位移传感器之间的纵向间距、通过轨道接缝时的时间计算沿线路运动速度，沿线路运动速度的计算表达式为其中D0为第一位移传感器与第二位移传感器之间的纵向间距，为第二位移传感器通过第i个轨道接缝时的时间，为第一位移传感器通过第i个轨道接缝时的时间，vi为悬浮电磁铁通过第i个轨道接缝时的速度，即沿线路运动速度；
所述沿线路实时位置计算模块，用于根据通过轨道接缝时的速度和时间、以及轨道接缝到线路始端的距离计算沿线路实时位置，沿线路实时位置的计算表达式为其中Lt为第一位移传感器或第二位移传感器在时刻t到线路始端的距离，即沿线路实时位置，Li为第i个轨道接缝到线路始端的距离，vi、vi+1分别为悬浮电磁铁...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文跃，佟来生，罗华军，丁婵，侯磊，李海涛，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43