高速磁浮列车的涡流制动力恒力控制策略及系统的制作方法

本发明属于轨道交通，尤其涉及一种高速磁浮列车的涡流制动力恒力控制策略及系统。

背景技术：

1、涡流制动技术是目前国际轨道运输的高端技术，涡流制动技术具有非黏着、无摩擦、降低制动距离、降低发车间隔等优点，是满足更高速度列车制动需求的先进制动技术。

2、常导高速磁浮列车最高速度的设定可以达到600km/h，这对列车运控系统的安全性提出了极高要求，需确保列车在任何突发情况下均能安全稳定运行。列车运行过程突发紧急情况或列车发生故障时，运行控制系统立即切断牵引系统，并依靠涡流制动系统提供的制动力来制动列车。磁浮列车的特点及其磁浮线路的特殊结构决定了列车需安全准确地停靠在目标停车区域内。

3、目前，高速磁浮列车采用的是电磁涡流制动器，控制策略采用分级恒流控制，即在某一速度区间内，磁极线圈供电电流为恒定值。恒流控制下的速度和制动力关系曲线如附图2曲线c所示，随着速度的增加，制动力先增加后下降，虽然低速段有较大的制动力，但是初速度低，其为总制动距离的贡献较小。

4、仿真计算结果表明，高速磁浮列车的紧急制动距离主要取决于高速段的制动效果，因此，如何控制涡流制动力，提高高速段的制动效果，保证列车安全停靠在目标位置，是亟须解决的问题。

技术实现思路

1、针对相关技术中存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种高速磁浮列车的涡流制动力恒力控制策略及系统，提高高速段的制动效果以进一步满足600km/h的高速磁浮列车的紧急制动距离要求，减小制动距离以及制动时间，减少磁极线圈发热，提高安全裕量。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种高速磁浮列车的涡流制动力恒力控制策略，包括如下步骤：

4、s1、根据制动距离和制动减速度要求，推算所需最小涡流制动力，设定涡流制动的恒定制动力不小于所述最小涡流制动力；

5、s2、确定在恒定制动力条件下列车速度与涡流制动励磁电流的关系，得到关系模型；

6、s3、采集列车运行速度，分析速度等级，基于速度等级和关系模型判断涡流制动所需励磁电流得到最终励磁电流，控制涡流制动器的变流器输出最终励磁电流至磁极线圈，以使磁极线圈产生恒定涡流制动力。

7、在其中一些实施例中，步骤s1中，需确定列车运行所受合力以推算最小涡流制动力，列车运行所受合力的计算公式为：

8、ft＝fp+fa+fm+fe+fg+fc

9、其中，ft为列车运行所受合力，fp为列车受同步直线电机的牵引力或制动力，fa为空气阻力，fm为直线发电机引起的运行阻力，fe为涡流制动力，fg为当前运行线路的坡度重力分量，fc为随机干扰力；

10、最小涡流制动力推算公式为：

11、femin＝fe＝ft-fp-fa-fm-fg-fc

12、其中，femin为最小涡流制动力。

13、在其中一些实施例中，步骤s2包括：

14、s21、根据电磁感应与磁路等效原理，获得轨道中的涡流热功率，基于涡流热功率并根据能量转化规律获得涡流制动力与列车速度和涡流制动励磁电流的关系；

15、s22、在恒定制动力条件下，基于涡流制动力与列车速度和涡流制动励磁电流的关系反推列车速度与涡流制动励磁电流的关系。

16、在其中一些实施例中，步骤s21具体为：

17、将磁极下方钢轨上的圆形区域在相对运动过程中的磁通量表示为：

18、

19、其中，φ为磁通量，b为气隙处的磁感应强度，r为圆形区域半径，ν为列车速度，τ为相邻电磁铁之间的极距，t为变化时间；

20、钢轨表面产生的感应电动势为：

21、

22、涡电流对应的电阻为：

23、

24、其中，ρ为钢轨电阻率，δ为涡电流的集肤深度；

25、涡电流为：

26、

27、直径为d的涡流圆柱区域内的电流为：

28、

29、涡电流的有效值为：

30、

31、在制动状态下，涡流产生的磁场会对原磁场产生去磁效应，此时，磁路中的磁动势为：

32、εa＝εc-εd＝φ(rm+rm)

33、εc＝2ni0

34、εd＝2kdi

35、

36、其中，εa为磁路中的磁动势，εc为磁路中磁极的磁动势，εd为涡流产生的等效磁动势，n为单个磁极线圈匝数，rm为气隙磁阻，l0为气隙高度，rm为永磁体和磁轭的磁阻，kd为等效折算系数，μ0为真空磁导率，s为磁通流过气隙的截面积，i0为励磁电流；

37、轨道中的涡流热功率为：

38、

39、涡流制动力与列车速度和涡流制动励磁电流的关系为：

40、

41、其中，k1、k2、k3为简化系数。

42、在其中一些实施例中，步骤s22还包括：

43、在恒定制动力条件下，fe为定值，列车速度与涡流制动励磁电流的关系为：

44、

45、其中，k5为简化系数。

46、在其中一些实施例中，步骤s22还包括：

47、基于列车速度与涡流制动励磁电流的关系，推导整个速度区间内的列车速度与涡流制动励磁电流的关系为：

48、

49、其中，v0为涡流制动力最大时对应的列车速度，vmax为列车最大运行速度，i0为列车速度为v0时对应的励磁电流。

50、将v0≤v≤vmax条件下的列车速度与涡流制动励磁电流关系转换为线性关系，采用分段式原则，将v0≤v≤vmax条件下的列车速度与涡流制动励磁电流关系式分为n段，整个速度区间内的列车速度与涡流制动励磁电流的关系为：

51、

52、其中，m1～mn为简化系数。

53、在其中一些实施例中，步骤s2包括：

54、s21、将电磁涡流制动器的仿真模型导入仿真软件，指定电磁涡流制动器和列车轨道的材料属性；

55、s22、设置线圈激励以及优化参数，将恒定制动力设置为优化目标，励磁电流设置为优化参数；

56、s23、当各速度等级下的制动力达到恒定制动力即优化目标时，输出各速度等级下励磁电流即优化参数的大小，获得列车速度与涡流制动励磁电流关系。

57、在其中一些实施例中，步骤s23中，将所获得的列车速度与涡流制动励磁电流关系形成表格。

58、一种高速磁浮列车的涡流制动力恒力控制系统，应用于上述高速磁浮列车的涡流制动力恒力控制策略，涡流制动力恒力控制系统包括：

59、推算单元，推算单元用以推算在设定制动距离和制动减速度下所需的最小涡流制动力；

60、计算单元，计算单元的输入端与推算单元的输出端连接，计算单元用以建立在恒定制动力条件下列车速度与涡流制动励磁电流的关系模型；

61、速度检测单元，速度检测单元用以检测列车速度；

62、分析判断单元，分析判断单元的输入端分别与计算单元的输出端和速度检测单元的输出端连接，分析判断单元用以分析列车速度的速度等级并判断在该速度等级下涡流制动所需励磁电流；

63、控制单元，控制单元的输入端与分析判断单元的输出端连接，控制单元用以控制涡流制动器的变流器输出励磁电流至磁极线圈。

64、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

65、1、相比恒流控制策略，本发明提供的高速磁浮列车的涡流制动力恒力控制策略及系统可以提高高速段的制动效果，减小了制动距离以及制动时间，减少了磁极线圈发热，提高了安全裕量。

66、2、本发明提供的高速磁浮列车的涡流制动力恒力控制策略及系统可以根据需要选取数学公式模型或仿真模型来确定恒定制动力条件下列车速度与涡流制动励磁电流的关系，在数学公式模型下，采用分段式原则将列车速度与涡流制动励磁电流关系由非线性转换为线性，简化了控制算法。