高温超导磁悬浮列车超导磁材悬浮状态监测系统

本发明涉及磁悬浮列车，尤其涉及高温超导磁悬浮列车超导磁材悬浮状态监测系统。

背景技术：

1、与依赖控制系统保持自身稳定的电磁悬浮(ems)和依赖速度保持悬浮的电动悬浮(eds)不同，在没有任何控制系统或运行速度的情况下，高温超导(hts)磁悬浮列车超导磁材中的高温超导体ybco可以在钕铁硼永磁体轨道上方稳定悬浮，从而使整个列车处于悬浮状态。

2、高温超导磁悬浮线路轨道是钕铁硼永磁体轨道，而钕铁硼永磁体轨道是数量众多的小块永磁体组成的。小块永磁体在生产和施工中会存在缺陷，永磁体轨道随机不平顺是不可避免的，数量众多的小块永磁体组成磁轨时又会因为生产组装工艺和磁性互斥应力作用变形等因素造成磁轨的不平顺，磁轨的不平顺将影响高温超导磁悬浮列车运营平稳性。由于永磁轨道不平顺和导轨变形的激励，振动通常是垂直和横向耦合的。该系统的横向响应与垂直响应同样重要。高温超导磁悬浮列车超导磁材的悬浮高度影响了车辆的悬浮性能和牵引性能，行驶中的振动大小频率影响了悬浮架和整车的动力学性能、安全性、舒适性。如果高温超导磁浮车辆列车超导磁材的悬浮高度低于一定的安全极限值，将会导致整车无法悬浮和牵引，并会导致超导磁材和永磁轨道产生干涉和摩擦，从而损坏超导磁材，严重时会影响列车行车安全。如果超导磁材振动频率过大将会影响悬浮架和整车的动力学性能、安全性、舒适性。此外，强烈的横向振动可能导致高温超导磁浮列车脱轨，从而导致灾难性后果。

3、高温超导磁悬浮系统的实际运行中，永磁轨道不平顺和超导磁材提供的磁悬浮力导向力的垂向横向耦合效应是影响列车动力学特性的重要因素。永磁轨道不平顺是列车的主要激励，高温超导磁悬浮列车的悬浮力和导向力是列车动力学特性的关键，可分为悬浮力和导向力。超导磁材ybco块体在距离不同悬浮高度的永磁体轨道测试的悬浮力，存在磁滞特性。由于高温超导磁悬浮的悬浮力和导向力是非线性的，高温超导磁浮中出现了许多非线性动力学现象，如倍周期分岔、1/2次谐波共振、混沌和跳跃现象，不对称磁场将显著影响块体的旋转运动。在高温超导磁悬浮列车的悬浮力和导向力模型中，悬浮高度和振动加速度会直接影响悬浮力和导向力，使高温超导磁悬浮成为复杂的非线性动力学系统。所以监测超导磁材与磁轨距离的悬浮高度和振动加速度是非常必要的。目前高温超导磁悬浮列车所涉及的领域对于超导磁材悬浮状态的监测方面的研究不多。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明所提供的技术方案包括：

2、高温超导磁悬浮列车超导磁材悬浮状态监测系统，包括：状态监测模块、通信模块和分析诊断服务器；

3、所述状态监测模块包括悬浮高度采集单元和振动状态采集单元，用于实时获取超导磁材的悬浮高度数据和振动数据，并将采集到的状态监测数据传送给所述通信模块；

4、所述通信模块包括实现车地双向通信的地面有线网、车地无线网和车载有线网的三网合一的通信网路和设备，用以将所述状态监测数据传递给所述分析诊断服务器；

5、所述分析诊断服务器包括知识库和模型库；所述知识库存储有训练好的模糊神经网络，用以根据所述状态监测数据对超导磁材悬浮状态进行诊断并输出诊断结果；所述模型库存储有历史状态监测数据和对应的故障信息，用以根据实时的状态监测数据对车辆故障进行预警。

6、在一些较优的实施例中，所述悬浮高度采集模块包括设置在超导磁材端部的激光位移传感器，用于实时获取超导磁材的悬浮高度数据，并传送给所述通信模块；

7、所述振动状态采集模块包括设置在超导磁材x、y、z三向的压电式加速度传感器，用于实时获取超导磁材x、y、z三向的振动数据，并传送给所述通信模块。

8、在一些较优的实施例中，所述地面有线网包括由车站交换机和千兆光纤组成的冗余环网，用于确保链路出现故障时在短时间内自愈，以保证通信畅通；

9、所述车地无线网包括间隔设置在轨旁的若干无线ap单元，所述无线ap单元星形连接到最近的车站交换机；

10、所述车载有线网包括设置在磁悬浮列车上的两组车载无线ap单元，所述车载无线ap单元漫游连接到所述车地无线网。

11、在一些较优的实施例中，所述模糊神经网络的训练过程包括：提取若干历史故障工况数据的特征向量，利用特征向量向前传播的方式训练网络，利用误差反向传播的方式更新网络参数。

12、在一些较优的实施例中，所述分析诊断服务器还包括预处理单元，所述预处理单元设置为利用小波包分析法对状态监测数据的奇异点进行时域分析处理，以提取特征信息。

13、在一些较优的实施例中，所述模型库存储有根据超导磁材的性能参数与历史状态数据的映射关系建立的性能模型，根据故障信息与历史状态数据的映射关系建立的故障模型；所述分析诊断服务器根据实时状态数据在所述性能模型中匹配并输出最接近的超导磁材的性能参数，根据实时状态数据在所述故障模型中匹配最接近的故障信息并发出预警。

14、有益效果

15、1、本发明可以实时对行驶过程中的高温超导磁悬浮列车超导磁材悬浮状态进行监测，根据悬浮高度和振动情况的实时数据进行运行状态诊断和故障预警，确保高温超导磁悬浮列车运行的安全性和舒适性。2、根据构建的车地双向通信方式，保证了通信网络的畅通，确保监测数据的实时、准确传送，避免了单一通信方式失效时造成整个系统失效的情况。3、通过历史数据的存储和匹配，确保诊断网络的自我更新和预警信息的准确性和有效性，还能为故障溯源和检修流程提供历史数据参考。

技术特征：

1.高温超导磁悬浮列车超导磁材悬浮状态监测系统，其特征在于，包括：状态监测模块、通信模块和分析诊断服务器；

2.如权利要求1所述的高温超导磁悬浮列车超导磁材悬浮状态监测系统，其特征在于：

3.如权利要求1所述的高温超导磁悬浮列车超导磁材悬浮状态监测系统，其特征在于：

4.如权利要求1所述的高温超导磁悬浮列车超导磁材悬浮状态监测系统，其特征在于：

5.如权利要求1所述的高温超导磁悬浮列车超导磁材悬浮状态监测系统，其特征在于：

6.如权利要求1所述的高温超导磁悬浮列车超导磁材悬浮状态监测系统，其特征在于：

技术总结
本发明公开了高温超导磁悬浮列车超导磁材悬浮状态监测系统，包括：状态监测模块用于实时获取超导磁材的悬浮高度数据和振动数据，并将采集到的状态监测数据传送给通信模块；通信模块包括地面有线网、车地无线网和车载有线网的三网合一的通信网路和设备，用以将状态监测数据传递给分析诊断服务器；分析诊断服务器包括知识库用以根据状态监测数据对超导磁材悬浮状态进行诊断并输出诊断结果；模型库用以根据实时的状态监测数据对车辆故障进行预警。本发明可以实时对行驶过程中的高温超导磁悬浮列车超导磁材悬浮状态进行监测，根据悬浮高度和振动情况的实时数据进行运行状态诊断和故障预警，确保高温超导磁悬浮列车运行的安全性和舒适性。

技术研发人员：王轶,高宏力
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12