常导磁浮列车的悬浮控制器、悬浮力的控制方法及系统与流程

本发明涉及磁悬浮列车悬浮控制技术领域，尤其涉及一种常导磁浮列车的悬浮控制器、悬浮力的控制方法及系统。

背景技术：

常导磁浮列车在运行过程中，悬浮电磁铁与轨道发生相对运动，轨道内部会产生涡流，由于轨道一般采用整体轧制结构而非叠片结构，其涡流效应较大，所产生的磁场将削弱悬浮电磁铁与轨道之间的气隙磁场，导致悬浮力的减小，以致影响悬浮系统的控制性能。目前传统的方法是，在悬浮电磁铁的端部增设永磁体用于补偿轨道涡流的影响，但永磁铁的磁性易受温度和振动的影响，且易吸附铁磁材料的异物而引起悬浮失稳。因此，对于轨道涡流对常导磁浮列车的悬浮系统的控制性能的影响仍不能的得到有效的解决。

综上所述，如何解决轨道涡流对常导磁浮列车的悬浮系统的控制性能的影响的问题，已成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种常导磁浮列车的悬浮控制器、悬浮力的控制方法及系统，以解决轨道涡流对常导磁浮列车的悬浮系统的控制性能的影响的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种常导磁浮列车悬浮力的控制方法，包括步骤：

获取常导磁浮列车的行进速度、行进方向、悬浮间隙和加速度信息；

根据所述行进速度和所述行进方向得到对应的悬浮力的减少量ΔF；

根据所述悬浮力的减少量ΔF得到对应的电流增加量Δi；

根据所述悬浮间隙和所述加速度得到对应的给定电流i^*；

将所述给定电流i^*和所述电流增加量Δi进行叠加得到修正给定电流I；

对所述修正给定电流I进行得到对应的实际控制电流i；

将所述实际控制电流i输出到悬浮电磁铁的线圈。

相比于背景技术介绍内容，本发明提供的常导磁浮列车悬浮力的控制方法，根据行进速度和行进方向得到悬浮力的减少量ΔF，并根据ΔF与电流的对应关系得到电流增加量Δi；同时根据悬浮间隙和加速度得到给定电流i^*，通过将给定电流i^*和电流增加量Δi叠加得到修正给定电流I，经过运算得到对应的实际控制电流i。由于叠加了电流增加量Δi，使得悬浮电磁铁可增加一定的悬浮力，且由于Δi是根据轨道涡流对悬浮力的影响程度的对应关系中得出的，从而可补偿轨道涡流引起悬浮力减小的问题，解决轨道涡流对常导磁浮列车的悬浮系统的控制性能的影响的问题。

本发明还提供了一种常导磁浮列车的悬浮控制器，包括：

接收模块，用于接收常导磁浮列车的行进速度、行进方向、悬浮间隙和加速度信息；

电流计算模块，用于根据所述行进速度和所述行进方向得到对应的悬浮力的减少量ΔF，并根据所述悬浮力的减少量ΔF得到对应的电流增加量Δi；

悬浮间隙控制模块，用于根据所述悬浮间隙和所述加速度得到对应的给定电流i^*；

电流叠加模块，用于将所述给定电流i^*和所述电流增加量Δi进行叠加得到修正给定电流I；

电流控制模块，用于对所述修正给定电流I进行得到对应的实际控制电流i；

输出模块，用于将所述实际控制电流i输出到悬浮电磁铁的线圈。

优选地，所述电流计算模块包括第一计算模块和第二计算模块，所述第一计算模块用于根据所述行进速度和所述行进方向得到对应的悬浮力的减少量ΔF；所述第二计算模块用于根据所述悬浮力的减少量ΔF得到对应的电流增加量Δi。

另外，本发明提供了一种常导磁浮列车悬浮力的控制系统，包括上述悬浮控制器，还包括与所述接收模块数据连通的采集单元，所述采集单元用于采集常导磁浮列车的行进速度、行进方向、悬浮间隙和加速度信息。

优选地，所述采集单元包括悬浮传感器，所述悬浮传感器上沿轨道的铺设方向依次间隔设置有用于检测悬浮间隙的第一间隙探头、第二间隙探头和第三间隔探头。

优选地，所述第一间隙探头与所述第二间隙探头的间距和所述第二间隙探头与所述第三间隔探头的间距相等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的常导磁浮列车悬浮力的控制方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的常导磁浮列车悬浮力的控制系统的原理图；

图3为本发明实施例提供的悬浮传感器的结构示意图。

上图1-图3中，

悬浮传感器1、第一间隙探头2、第二间隙探头3、第三间隙探头4、轨道5、轨缝6。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种常导磁浮列车的悬浮控制器、悬浮力的控制方法及系统，以解决轨道涡流对常导磁浮列车的悬浮系统的控制性能的影响的问题。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明提供的技术方案，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1-图3所示，本发明实施例提供的常导磁浮列车悬浮力的控制方法，包括步骤：

步骤11：获取常导磁浮列车的悬浮间隙和加速度信息；

步骤12：根据悬浮间隙和加速度经过PID、模糊控制、智能控制等控制算法得到对应的给定电流i^*；

步骤21：获取常导磁浮列车的行进速度和行进方向信息；

步骤22：根据行进速度和行进方向得到对应的悬浮力的减少量ΔF；

步骤23：根据悬浮力的减少量ΔF得到对应的电流增加量Δi；

步骤30：将给定电流i^*和电流增加量Δi进行叠加得到修正给定电流I；

步骤40：对修正给定电流I进行闭环控制和功率放大后得到对应的实际控制电流i；

步骤50：将实际控制电流i输出到悬浮电磁铁的线圈。

这里需要说明的是，该方法需要预先采用有限元软件，对悬浮电磁铁和轨道进行三维静态和瞬态电磁场分析，得出轨道涡流效应对悬浮力的影响程度(即得到“车辆运行方向、运行速度与悬浮力减少量ΔF的对应关系表”)和“悬浮间隙、电流和悬浮力的关系表”。

根据“悬浮间隙、电流和悬浮力的关系表”和“车辆运行方向、运行速度与悬浮力减少量ΔF的对应关系表”，得到由于轨道涡流效应导致悬浮力减少ΔF时，需要增加多少电流才能使悬浮力增加ΔF，即确定“悬浮力的减少量ΔF与电流增加量Δi的对应关系表“。虽然上述通过有限元软件获得的“悬浮力的减少量ΔF与电流增加量Δi的对应关系表“可能存在一定误差，但具体实现时，可设置修正系数，并通过反复的试验和调试获得合适的修正系数。

另外需要说明的是，上述步骤11和步骤12，可以与步骤21-步骤23同步进行，也可以是分别先后进行。

相比于背景技术介绍内容，本发明提供的常导磁浮列车悬浮力的控制方法，根据行进速度和行进方向得到悬浮力的减少量ΔF，并根据ΔF与电流的对应关系得到电流增加量Δi；同时根据悬浮间隙和加速度得到给定电流i^*，通过将给定电流i^*和电流增加量Δi叠加得到修正给定电流I，经过运算得到对应的实际控制电流i。由于叠加了电流增加量Δi，使得悬浮电磁铁可增加一定的悬浮力，且由于Δi是根据轨道涡流对悬浮力的影响程度的对应关系中得出的，从而可补偿轨道涡流引起悬浮力减小的问题，解决轨道涡流对常导磁浮列车的悬浮系统的控制性能的影响的问题。

本发明实施例还提供了一种常导磁浮列车的悬浮控制器，包括：

接收模块，用于接收常导磁浮列车的行进速度、行进方向、悬浮间隙和加速度信息；

电流计算模块，用于根据行进速度和行进方向得到对应的悬浮力的减少量ΔF，并根据悬浮力的减少量ΔF得到对应的电流增加量Δi；

悬浮间隙控制模块，用于根据悬浮间隙和加速度得到对应的给定电流i^*；这里需要说明的是得到对应给定电流i^*可以经过PID、模糊控制、智能控制等控制算法得到。

电流叠加模块，用于将给定电流i^*和电流增加量Δi进行叠加得到修正给定电流I；

电流控制模块，用于对修正给定电流I进行运算得到对应的实际控制电流i；需要说明的是，此处的对修正给定电流I进行运算具体为对修正给定电流I进行闭环控制和功率放大等运算。

输出模块，用于将实际控制电流i输出到悬浮电磁铁的线圈。

在具体的实施方式中，上述电流计算模块包括第一计算模块和第二计算模块，第一计算模块用于根据行进速度和行进方向得到对应的悬浮力的减少量ΔF；第二计算模块用于根据悬浮力的减少量ΔF得到对应的电流增加量Δi。需要说明的是，第一计算模块中包含了“车辆行进方向、行进速度与悬浮力减少量的对应关系表”，第二计算模块中包含“悬浮力减少量与电流增加量的对应关系表”。当然可以理解的是，上述电流计算模块还可以是一个整体的计算模块，此时电流计算模块包含了通过“车辆行进方向、行进速度与悬浮力减少量的对应关系表”和“悬浮力减少量与电流增加量的对应关系表”得出对应的“车辆行进方向、行进速度与电流增加量的对应关系表”，此时根据车辆行进方向、行进速度可以直接得出对应的电流增加量。

另外本发明实施例还提供了一种常导磁浮列车悬浮力的控制系统，包括上述悬浮控制器，还包括与上述接收模块数据连通的采集单元，该采集单元用于采集上述常导磁浮列车的行进速度、行进方向、悬浮间隙和加速度信息。

在具体的实施方案中，该采集单元可以包括悬浮传感器1，悬浮传感器1上沿轨道5的铺设方向依次间隔设置有用于探测悬浮间隙的第一间隙探头2、第二间隙探头3和第三间隔探头4。下面结合具体的实现过程对悬浮传感器辨识车辆运行方向和速度的原理进行说明：

如图3所示，当车辆以图示方向行进时，第三间隙探头4会先通过轨缝6，其探测到的间隙会出现一个波峰，若第二间隙探头3和第一间隙探头2依次也探测到间隙波峰，即可判断出车辆是按图示方向行进；相反，若间隙波峰是按第一间隙探头、第二间隙探头、第三间隙探头的顺序出现，则说明车辆是按图示相反方向运行。另外，由于上述3个间隙探头之间的间距固定为已知量，再结合两个探头过轨缝的间隔时间，即可推算出车辆的行进速度。如此便在不改变现有传感器结构的基础上，即可获得车辆的运行方向和速度信息。当然可以理解的是，上述仅仅是本发明实施例的一种优选地举例，也可以是通过其它方式，比如增加速度传感器的方式实现行进速度的采集。当然本领域技术人员都应该能够理解的是，上述现有的悬浮传感器应该还具有采集加速度和悬浮间隙的功能。

在进一步的技术方案中，为了使得计算更加方便简单，本发明实施例优选采用上述第一间隙探头2与第二间隙探头3的间距和第二间隙探头3与第三间隔探头4的间距相等的方式布置。当然可以理解的是，上述间距还可以是不相等的方式进行布置，只不过本发明实施例优选采用上述间距相等的布置方式而已。

以上对本发明所提供的常导磁浮列车的悬浮控制器、悬浮力的控制方法及系统进行了详细介绍。需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。