一种基于多模型的磁浮列车单悬浮模块的故障补偿方法技术

本发明专利技术提供了一种基于多模型的磁浮列车单悬浮模块的故障补偿方法，包括：基于磁浮列车的电磁铁参数，建立单悬浮模块系统平衡点的状态空间方程；根据状态空间方程和故障模式，建立故障系统模型；基于执行器驱动冗余条件及反步法，设计故障模式对应的控制器集合；对故障系统模型进行稳定滤波及重构处理，得到重构误差；根据重构误差建立的价值函数的控制切换机制，从控制器集合中选择目标控制器；通过目标控制器生成的控制信号，控制单悬浮模块系统在故障模式下保持平稳运行

【技术实现步骤摘要】
一种基于多模型的磁浮列车单悬浮模块的故障补偿方法


[0001]本专利技术涉及磁悬浮列车
，尤其涉及一种基于多模型的磁浮列车单悬浮模块的故障补偿方法
。

技术介绍

[0002]磁浮列车是一种现代高科技轨道交通工具，它通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向，再利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行
。
磁浮列车运行时，要求电磁铁和轨道之间维持特定悬浮间隙
。
当发生断电或执行器故障时，悬浮电磁铁不能产生悬浮吸力，垂向平衡状态被破坏，车辆易发生失稳
。
为了满足正常商业运营以及技术普及的要求，磁浮列车的研究关键之一就是可靠性设计，以确保列车有足够的鲁棒性和稳定性，最大限度地降低故障率；而一旦发生故障，它必须具有快速的维护能力，以便让列车尽快重新恢复正常运转，从而最大限度地减少因故障造成的损失
。
[0003]近年来，国内学者提出了一系列方法进行悬浮系统故障诊断，并针对特定的故障设计专门的控制器
。
但是现有技术中的容错控制方法大多假设故障信号是已知的，基于已知的故障信号设计控制器，并未考虑故障信息不确定的情况，在多种故障产生或故障信息未知时，列车的悬浮间隙不能及时准确地调整，以至于悬浮系统在故障信号不确定时不能保证稳定悬浮，磁浮列车稳定性较差
。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供一种基于多模型的磁浮列车单悬浮模块的故障补偿方法，以解决上述问题
。
[0005]根据本专利技术的第一方面，提供一种基于多模型的磁浮列车单悬浮模块的故障补偿方法，包括：基于磁浮列车的电磁铁参数，建立单悬浮模块系统平衡点的状态空间方程；根据状态空间方程和故障模式，建立故障系统模型；基于执行器驱动冗余条件及反步法，设计故障模式对应的控制器集合；对故障系统模型进行稳定滤波及重构处理，得到重构误差；根据重构误差建立的价值函数的控制切换机制，从控制器集合中选择目标控制器；通过目标控制器生成的控制信号，控制单悬浮模块系统在故障模式下保持平稳运行
。
[0006]在本专利技术的另一实现方式中，基于磁浮列车的电磁铁参数，建立单悬浮模块系统平衡点的状态空间方程，包括：基于磁浮列车的电磁铁参数，建立单悬浮模块系统的动力学模型；将动力学模型在单悬浮模块系统平衡点附近进行线性化处理，得到状态空间方程
。
[0007]在本专利技术的另一实现方式中，一种基于多模型的磁浮列车单悬浮模块的故障补偿方法还包括：基于故障模式进行组合，生成故障集合；结合故障集合及单悬浮模块系统在故障模式下的运行情况，确定执行器驱动冗余条件
。
[0008]在本专利技术的另一实现方式中，执行器驱动冗余条件为：
[0009]rank(B
σ
)
＝2[0010]其中，
σ
为故障模式矩阵，
σ
＝
diag{
σ1，
σ2，
σ3，
σ4}
，
B
为单模块悬浮系统的特征矩阵
。
[0011]在本专利技术的另一实现方式中，控制器集合表示为：
[0012][0013]其中，
k1、k2为自定义参数，
k1>0
，
(B
σ
(i)
)
+
是
B
σ
(i)
的广义逆，即
(B
σ
(i)
)
+
＝
I2，
I2是二维单位矩阵，
A
为单模块悬浮系统的特征矩阵，
α1为虚拟控制信号，
x
1e
为输出跟踪误差，
x
2e
为虚拟信号跟踪误差
。
[0014]在本专利技术的另一实现方式中，对故障系统模型进行稳定滤波及重构处理，得到重构误差，包括：对故障系统模型进行稳定滤波处理，得到稳定滤波后的故障系统模型；基于故障模式得到的故障模式矩阵，对稳定滤波后的故障系统模型中的状态量进行重构处理，得到重构的故障系统模型；对重构的故障系统模型进行误差重构处理，得到重构误差
。
[0015]在本专利技术的另一实现方式中，根据重构误差建立的价值函数的控制切换机制，从控制器集合中选择目标控制器，包括：基于重构误差，构建价值函数；对价值函数进行计算及对比处理，确定最小的价值函数；在控制器集合中，选择最小的价值函数对应的控制器作为目标控制器
。
[0016]在本专利技术的基于多模型的磁浮列车单悬浮模块的故障补偿方法中，考虑满足执行器驱动冗余条件下，针对每一种可能的故障模式给出其模式矩阵，基于每一种故障模式，设计了相应的控制器构成多控制器集合，以保证系统的稳定性和渐近跟踪性能；由于执行器故障的发生是随机的，为了保证执行器故障后，电磁铁悬浮间隙仍能保持期望的距离，采用稳定滤波器的多模型技术对电磁铁故障进行补偿，并利用基于重构误差的价值函数选择最合适的控制器，使得悬浮系统在故障信号不确定时也能保证稳定悬浮，提高了磁浮列车的稳定性
。
附图说明
[0017]为了更清楚的说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，通过阅读下文实施方式的详细描述，方案中的优点和益处对于本领域的技术人员变得清楚明了
。
附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制
。
在附图中：
[0018]图1为本专利技术的一个实施例的基于多模型的磁浮列车单悬浮模块的故障补偿方法的步骤流程图
。
[0019]图2为本专利技术的另一实施例的磁浮列车单模块悬浮控制结构框图
。
[0020]图3为本专利技术的另一实施例的控制器切换原理图
。
[0021]图4为本专利技术的另一实施例的电磁铁1，4的悬浮间隙
c1、c2的时间曲线图
。
[0022]图5为本专利技术的另一实施例的基于多模型切换方法下的控制切换指数
。
[0023]图6为本专利技术的另一实施例的基于多模型切换方法下的价值函数时间曲线图
。
具体实施方式
[0024]为了使本领域的人员更好地理解本专利技术实施例中的技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚
、
详细地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术实施例一部分实施例，而不是全部的实施例
。
基于本专利技术实施例中的实施
例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术实施例保护的范围
。
[0025]图1为本专利技术实施例提供的一种基于多模型的磁浮列车单悬浮模块的故障补偿方法的步骤流程图，如图1所示，本实施例主要包括以下步骤：
[0026]S101、
基于磁浮本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于多模型的磁浮列车单悬浮模块的故障补偿方法，其特征在于，包括：基于磁浮列车的电磁铁参数，建立单悬浮模块系统平衡点的状态空间方程；根据所述状态空间方程和故障模式，建立故障系统模型；基于执行器驱动冗余条件及反步法，设计所述故障模式对应的控制器集合；对所述故障系统模型进行稳定滤波及重构处理，得到重构误差；根据所述重构误差建立的价值函数的控制切换机制，从所述控制器集合中选择目标控制器；通过所述目标控制器生成的控制信号，控制所述单悬浮模块系统在所述故障模式下保持平稳运行
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于磁浮列车的电磁铁参数，建立单悬浮模块系统平衡点的状态空间方程，包括：基于磁浮列车的电磁铁参数，建立单悬浮模块系统的动力学模型；将所述动力学模型在所述单悬浮模块系统平衡点附近进行线性化处理，得到状态空间方程
。3.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：基于所述故障模式进行组合，生成故障集合；结合所述故障集合及所述单悬浮模块系统在所述故障模式下的运行情况，确定所述执行器驱动冗余条件
。4.
根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述执行器驱动冗余条件为：
rank(B
σ
)
＝2其中，
σ
为故障模式矩阵，
σ
＝
diag{
σ1，
σ2，
σ3，
σ4}
，
B
为所述单模块悬浮系统的特征矩阵
。5.

【专利技术属性】
技术研发人员：孙友刚，吉文，张丹丹，徐俊起，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：