专利名称：常导高速磁悬浮车辆差动式导向控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及高速磁悬浮列车，特别是一种常导高速磁悬浮车辆差动式导向控制装置。
TR08的基本导向控制方案是悬浮架托臂和悬浮架横梁采取刚性连接的方式，在此基础上，左右两侧相对应的导向控制点总是以保持等值的间隙作为控制目标，但左右两侧的控制过程是独立调节的，我们称这种方法为定中心独立控制。这种方法克服了上面提及的TR07方法的两个缺点，具有一定的优越性，但它带来一个新的问题由于悬浮架托臂和悬浮架横梁为刚性连接，因此左右两侧独立调节的前提是，左右两侧的控制过程需要实现电气解耦，而干扰和不确定因素的存在，使得电气解耦难以完全实现，从而导致左右两侧导向调节过程的相互耦合。这也是TR08车厢左右晃动比较剧烈的根本原因。
因此，TR07和TR08的导向控制方案均存在一定的不利之处。
本发明的技术解决方案如下一种常导高速磁悬浮车辆差动式导向控制装置，其特征在于①每节车辆设有多个控制点；②每个控制点的构成如下两个导向电磁铁对称地安装在车辆悬浮架的左右两侧，该导向电磁铁的表面与线路导轨侧面保持平行；在该导向电磁铁上安装导向间隙传感器，且使该导向间隙传感器的工作表面与线路导轨的侧面保持平行；
一导向控制器，安装在车辆的夹层结构中，该导向控制器的工作过程如下由导向间隙传感器分别测得导向间隙δ1L、δ1R，形成相应的电信号，并输入到该导向控制器，该导向控制器的控制算法所用的间隙信号取为δ1L、δ1R，以差动方式控制左右两侧导向电磁铁的电流，使左右两侧导向电磁铁与导轨的间隙δ1L和δ1R保持相等。
每节车辆可将导向电磁铁划分并形成两个或三个控制点。
所述的导向间隙传感器可以采用电涡流传感器或电感传感器。
本发明常导高速磁悬浮车辆差动式导向控制装置具有如下技术效果①由于采取了定中心的控制方式，控制算法所用的间隙信号取为δ1R-δ1L，因此，即使在冗余传感器失效后，车辆经过轨道接缝的信号δ1R-δ1L也不存在波动，从而不会产生导向冲击；②由于采取了定中心的方式，并且悬浮架托臂和悬浮架横梁采取刚性连接的方式，因此，车辆重心线、左由两侧的悬浮力作用线所形成的力偶关系不会改变，从而避免了蛇形运动的出现；③由于采取定中心的联合控制方案，左右两侧的导向力由一个控制器通过差动的方式进行调节而非左右两侧独立调节，因此不需要电气解耦，也就不存在左右两侧的控制耦合问题，从而较好地避免了车厢的左右晃动问题。
图2是本发明高速磁悬浮车辆导向系统示意图。
图3是本发明差动控制器所控制的导向力图。
图4是本发明高速磁悬浮车辆差动式导向控制装置及工作示意图。图中1、2-控制点 11、12、13、21、22、23-磁极101、102、103、104-平行磁扼S1、S2、S3、S4-传感器 3-悬浮架 4-导轨5-导向控制器51-左导向斩波 52-右导向斩波器53、54、55、56、57-求和器 6-左导向间隙传感器7-左导向电磁铁 8-右导向电磁铁9-右导向间隙传感器具有以上结构的导向电磁铁相对于线路前进方向而言，为左右对称布局，因此，可以得到图2所示的导向系统结构。中间工字形部分为悬浮架3，中间虚框部分为轨道4，左右两侧部分代表一个悬浮架左右两侧的导向电磁铁。F表示相应控制点的导向电磁力，δ表示相应控制点的导向间隙。导向控制的基本内容是通过合适调节F1R、F1L、F2R、F2L，使δ1R、δ1L、δ2R、δ2L符合要求。
导向系统差动原理我们考虑悬浮架3一端即控制点1的导向控制，另一端控制点2的导向控制与此相同。
虽然有两个气隙变量δ1R和δ1L，但δ1R和δ1L并非两个独立的控制变量，它们受到约束δ1R与δ1L之和为恒定量。
因此，实际上只有一个需要控制的输出变量，这个输出变量可以理解为①δ1R目标值为δS/2；δS为总间隙②δ1L目标值为δS/2；③δ1R-δ1L目标值为零；但是，由于悬浮架3结构刚度的影响，δ1R与δ1L之和为恒定值只是一个近似的关系，因此，以δ1R-δ1L作为需要控制的输出变量较为合适，其目标值(给定值)为零，从而可使悬浮架中心线与线路中心线重合。
在此基础上，需要一个控制器，该控制器5用差动的方式驱动两个斩波器51、52。为了防止控制电流在两个斩波器之间切换的时候出现死区，需要为两个斩波器预置极小的等值电流。这样的差动控制器所控制的导向力如图3所示。图3中，F表示导向力，Vc表示控制电压，IO表示预置电流的幅值，VIO/1L和VIO/1R分别表示与左右导向控制点预置电流对应的预置电压值，I1L和I1R分别表示左右两侧导向控制点所对应的电流。
综上所述，本发明高速磁悬浮车辆差动式导向控制装置的结构如图4所示。本发明差动式导向控制装置的构成如下每节车辆可设有2个或3个控制点1；每个控制点1的构成包括两个导向电磁铁7、8对称地安装在车辆悬浮架3的左右两侧，该导向电磁铁7、8的表面与线路导轨4的侧面保持平行；在该导向电磁铁7、8上分别安装导向间隙传感器6、9，且使该导向间隙传感器的工作表面与线路导轨4的侧面保持平行；一导向控制器5安装在车厢的夹层结构中，该导向控制器5包括左右两侧导向斩波器51、52求和器53、54、55、56、57及其相应的控制电压Vc和预置电压VIO/1L和VIO/1R的电源组成。
本发明控制点1的工作过程如下由左右导向间隙传感器6、9分别测得导向间隙δ1L、δ1R通过求和器53、54输入到该导向控制器5，该导向控制器5经过控制算法，其所用的间隙信号为δ1L-δ1R并，以控制电压Vc经差动变换成V1L、V1R，该V1L、V1R与左右预置电压VIO/1L和VIO/1R分别经过求和器55、56后，通过导向斩波器51、52控制左、右导向电磁铁7、8的电流，使左、右导向电磁铁7、8产生导向电磁力F1L、F1R，导向电磁力F1L、F1R与侧向干扰力Fn一起，通过求和器57进行力的矢量求和形成合力，再推动悬浮架3的运动，因而又产生了新的间隙信号δ1R-δ1L。如此循环往复，不断修正导向间隙，使左右两侧导向电磁铁与导轨的间隙δ1L、δ1R保持相等，从而保证悬浮架沿着导轨运行。
沿列车两侧大量的控制点同样工作，悬浮架又通过二系结构经过使车体也跟随导轨的轨道运行，从而实现了高速磁悬浮车辆的导向控制。
权利要求
1.一种常导高速磁悬浮车辆差动式导向控制装置，其特征在于①每节车辆设有多个控制点(1)；②每个控制点(1)的构成如下两个导向电磁铁对称地安装在车辆悬浮架的左右两侧，该导向电磁铁的表面与线路导轨侧面保持平行；在该导向电磁铁上安装导向间隙传感器，且使该导向间隙传感器的工作表面与线路导轨的侧面保持平行；一导向控制器，安装在车辆的夹层结构中，该导向控制器的工作过程如下由导向间隙传感器分别测得导向间隙δ1L、δ1R，形成相应的电信号并输入到该导向控制器，该导向控制器的控制算法所用的间隙信号取为δ1L、δ1R，并以差动方式控制左右两侧导向电磁铁的电流，使左右两侧导向电磁铁与导轨的间隙δL和δR保持相等。
2.根据权利要求1所述的常导高速磁悬浮车辆差动式导向控制装置，其特征在于每个车辆可将导向电磁铁划分并形成两个或三个控制点。
3.根据权利要求1所述的常导高速磁悬浮车辆差动式导向控制装置，其特征在于所述的导向间隙传感器可以采用电涡流传感器或电感传感器。
全文摘要
一种常导高速磁悬浮车辆差动式导向控制装置，其特点是①每节车辆设有多个控制；②每个控制点的构成如下两个导向电磁铁对称地安装在车辆悬浮架的左右两侧，该导向电磁铁的表面与线路导轨侧面保持平行；在该导向电磁铁上安装导向间隙传感器，且使该导向间隙传感器的工作表面与线路导轨的侧面保持平行；一导向控制器，安装在车辆的夹层结构中，该导向控制器的工作过程如下由导向间隙传感器分别测得导向间隙δ
文档编号B61B13/08GK1431117SQ0311525
公开日2003年7月23日 申请日期2003年1月29日 优先权日2003年1月29日
发明者常文森, 刘武君, 佘龙华, 吴峻, 陈革 申请人:国家磁浮交通工程技术研究中心