用于超高速磁悬浮列车的测速定位仿真系统的制作方法

本发明涉及磁悬浮列车，尤其涉及一种用于超高速磁悬浮列车的测速定位仿真系统。

背景技术：

1、超高速磁悬浮列车属于一种轨道交通系统，在运行过程中需要对列车的速度进行检测与监测，为牵引控制系统和列车运行控制系统提供任意时刻列车的位置信息和速度信息，这对列车加减速控制、运行线路调控或者故障紧急停车具有重要的指导意义。为了保证列车安全运行，测速定位方法需要冗余设计。

2、超高速低真空管道磁浮交通系统(t-flight)目标定位测速系统分为地面定位测速系统和车载定位测速系统两部分，其中：地面定位测速系统为牵引控制系统和运行控制系统提供任意时刻列车的位置和速度信息；车载定位测速系统完全独立于地面定位测速系统，在正常运行工况下为车载运控单元提供列车的定位测速信息，并用于为乘客显示当前位置与速度，在地面定位测速系统故障工况下，作为后备保障和紧急预案，用于指导紧急停车。

3、目前存在多种技术来实现定位测速，包括交叉感应回线、多普勒雷达、查询－应答器、脉宽编码等。其中交叉感应回线技术所需的仪器设备复杂，施工要求高，线路交叉区段更需要特殊处理，运营及后期维护难度较大的问题。多普勒雷达存在高速测速误差大的问题。查询－应答器、脉宽编码适合于绝对定位和清除累积误差，不太适用于测速。

技术实现思路

1、本发明提供了一种用于超高速磁悬浮列车的测速定位仿真系统，能够解决现有技术中测速定位设备复杂、测量精度低且抗干扰能力差的技术问题。

2、本发明提供了一种用于超高速磁悬浮列车的测速定位仿真系统，用于超高速磁悬浮列车的测速定位仿真系统包括：电磁解析模型，电磁解析模型包括第一零磁通线圈组件、第二零磁通线圈组件、励磁接收模组、励磁接收补偿模组和计算模块，第一零磁通线圈组件和第二零磁通线圈组件相对设置，第一零磁通线圈组件与第二零磁通线圈组件连接，励磁接收模组包括励磁线圈、第一接收线圈和第二接收线圈，励磁线圈设置在第一零磁通线圈组件上，第一接收线圈和第二接收线圈串联连接，第一接收线圈和第二接收线圈相对于励磁线圈的中心线对称设置，第一接收线圈和第二接收线圈间隔设置在第二零磁通线圈组件上，励磁接收补偿模组与励磁接收模组间隔设置，励磁接收补偿模组包括励磁补偿线圈、第一接收补偿线圈和第二接收补偿线圈，励磁补偿线圈设置在第一零磁通线圈组件上，第一接收补偿线圈和第二接收补偿线圈串联连接，第一接收补偿线圈和第二接收补偿线圈相对于励磁补偿线圈的中心线对称设置，第一接收补偿线圈和第二接收补偿线圈间隔设置在第二零磁通线圈组件上，励磁线圈和励磁补偿线圈反向串联连接，计算模块用于根据励磁线圈和励磁补偿线圈的励磁电流、列车的运动姿态以及列车的运动速度计算获取励磁接收模组的第一接收感应电压和励磁接收补偿模组的第二接收感应电压；信号处理单元，信号处理单元分别与励磁接收模组和励磁接收补偿模组连接，信号处理单元用于根据励磁接收模组的第一接收感应电压和励磁接收补偿模组的第二接收感应电压完成列车的测速及定位。

3、进一步地，计算模块包括零磁通线圈计数系统解析模型、第一干扰解析模型和第二干扰解析模型，零磁通线圈计数系统解析模型用于计算获取励磁接收模组的第一有效电压信号和励磁接收补偿模组的第二有效电压信号，第一干扰解析模型用于计算获取推进线圈对励磁线圈的第一干扰信号以及推进线圈对励磁补偿线圈的第二干扰信号，第二干扰解析模型用于计算获取推进线圈对励磁接收模组的第一接收线圈和第二接收线圈的第三干扰信号以及推进线圈对励磁接收补偿模组的第一接收补偿线圈和第二接收补偿线圈的第四干扰信号。

4、进一步地，励磁线圈和励磁补偿线圈之间的间距、第一接收线圈与第一接收补偿线圈之间的间距以及第二接收线圈和第二接收补偿线圈之间的间距均为 2τ，其中，τ为列车推进线圈的极距。

5、进一步地，第一接收线圈和第二接收线圈之间的间距为第一接收补偿线圈和第二接收补偿线圈之间的间距为

6、进一步地，励磁线圈与励磁补偿线圈的纵向中心与车体的中心之间的纵向距离为0.1τ。

7、进一步地，信号处理单元包括信号处理电路和数字处理器，信号处理电路用于对第一接收感应电压和第二接收感应电压进行处理以输出方波电压差值信号，数字处理器用于根据方波电压差值信号计算获取列车的速度和位移。

8、进一步地，信号处理电路包括减法电路和过零检测电路，减法电路用于对第一接收感应电压和第二接收感应电压进行做差运算以获取正弦电压差值信号，过零检测电路用于将正弦电压差值信号转换为方波电压差值信号。

9、进一步地，信号处理电路还包括过压保护单元和滤波电路，过压保护单元用于对第一接收感应电压和第二接收感应电压中压力超出设定压力阈值范围的信号进行限幅，滤波电路用于将正弦电压值信号中频率超出设定频率阈值范围的信号进行滤除。

10、进一步地，数字处理器包括触发器、计数器、计时器和运算单元，触发器用于根据方波电压差值信号进行触发，计数器用于记录触发器的触发次数，计时器用于记录触发器的触发时间间隔，运算单元用于根据相邻零磁通线圈之间的间隔、触发次数以及触发时间间隔计算获取列车的速度和位移。

11、进一步地，列车的速度vi可根据列车的位移s可根据s＝il计算获取，其中，l为相邻零磁通线圈之间的间隔，ti为第i次触发计数与第i-1次触发计数之间的时间间隔。

12、应用本发明的技术方案，提供了一种用于超高速磁悬浮列车的测速定位仿真系统，该测速定位仿真系统与现有技术相比，结构简单，且通过引入励磁接收补偿模组，能够有效减小干扰，保证测速定位精度在许可范围内；此外，将零磁通线圈计数电磁解析与信号处理电路全耦合仿真，在高速飞行列车全速度域范围内有效且准确地分析测速定位效果。模型建立灵活、求解速度快，为零磁通测速定位系统的设计提供支撑。

技术特征：

1.一种用于超高速磁悬浮列车的测速定位仿真系统，其特征在于，用于超高速磁悬浮列车的测速定位仿真系统包括：

2.根据权利要求1所述的用于超高速磁悬浮列车的测速定位仿真系统，其特征在于，所述计算模块包括零磁通线圈计数系统解析模型、第一干扰解析模型和第二干扰解析模型，所述零磁通线圈计数系统解析模型用于计算获取所述励磁接收模组的第一有效电压信号和所述励磁接收补偿模组的第二有效电压信号，所述第一干扰解析模型用于计算获取推进线圈对所述励磁线圈的第一干扰信号以及所述推进线圈对所述励磁补偿线圈的第二干扰信号，所述第二干扰解析模型用于计算获取所述推进线圈对所述励磁接收模组的第一接收线圈和第二接收线圈的第三干扰信号以及所述推进线圈对所述励磁接收补偿模组的第一接收补偿线圈和所述第二接收补偿线圈的第四干扰信号。

3.根据权利要求1所述的用于超高速磁悬浮列车的测速定位仿真系统，其特征在于，所述励磁线圈和所述励磁补偿线圈之间的间距、所述第一接收线圈与所述第一接收补偿线圈之间的间距以及所述第二接收线圈和所述第二接收补偿线圈之间的间距均为2τ，其中，τ为列车推进线圈的极距。

4.根据权利要求3所述的用于超高速磁悬浮列车的测速定位仿真系统，其特征在于，所述第一接收线圈和所述第二接收线圈之间的间距为所述第一接收补偿线圈和所述第二接收补偿线圈之间的间距为

5.根据权利要求4中任一项所述的用于超高速磁悬浮列车的测速定位仿真系统，其特征在于，所述励磁线圈与所述励磁补偿线圈的纵向中心与车体的中心之间的纵向距离为0.1τ。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的用于超高速磁悬浮列车的测速定位仿真系统，其特征在于，所述信号处理单元包括信号处理电路和数字处理器，所述信号处理电路用于对所述第一接收感应电压和所述第二接收感应电压进行处理以输出方波电压差值信号，所述数字处理器用于根据所述方波电压差值信号计算获取列车的速度和位移。

7.根据权利要求6所述的用于超高速磁悬浮列车的测速定位仿真系统，其特征在于，所述信号处理电路包括减法电路和过零检测电路，所述减法电路用于对所述第一接收感应电压和所述第二接收感应电压进行做差运算以获取正弦电压差值信号，所述过零检测电路用于将所述正弦电压差值信号转换为方波电压差值信号。

8.根据权利要求7所述的用于超高速磁悬浮列车的测速定位仿真系统，其特征在于，所述信号处理电路还包括过压保护单元和滤波电路，所述过压保护单元用于对所述第一接收感应电压和所述第二接收感应电压中压力超出设定压力阈值范围的信号进行限幅，所述滤波电路用于将所述正弦电压值信号中频率超出设定频率阈值范围的信号进行滤除。

9.根据权利要求6所述的用于超高速磁悬浮列车的测速定位仿真系统，其特征在于，所述数字处理器包括触发器、计数器、计时器和运算单元，所述触发器用于根据所述方波电压差值信号进行触发，所述计数器用于记录所述触发器的触发次数，所述计时器用于记录所述触发器的触发时间间隔，所述运算单元用于根据相邻零磁通线圈之间的间隔、所述触发次数以及所述触发时间间隔计算获取所述列车的速度和位移。

10.根据权利要求9所述的用于超高速磁悬浮列车的测速定位仿真系统，其特征在于，所述列车的速度vi可根据所述列车的位移s可根据s＝il计算获取，其中，l为相邻零磁通线圈之间的间隔，ti为第i次触发计数与第i-1次触发计数之间的时间间隔。

技术总结
本发明提供了一种用于超高速磁悬浮列车的测速定位仿真系统，包括：电磁解析模型和信号处理单元，电磁解析模型包括第一、第二零磁通线圈组件、励磁接收模组、励磁接收补偿模组和计算模块，励磁线圈和励磁补偿线圈反向串联连接，计算模块用于根据励磁线圈和励磁补偿线圈的励磁电流、列车的运动姿态以及列车的运动速度计算获取励磁接收模组的第一接收感应电压和励磁接收补偿模组的第二接收感应电压，信号处理单元分别与励磁接收模组和励磁接收补偿模组连接，信号处理单元用于根据第一接收感应电压和第二接收感应电压完成列车的测速及定位。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中测速定位设备复杂、测量精度低且抗干扰能力差的技术问题。

技术研发人员：张艳清,卢卫国,冯馨月,张志华,胡道宇,李萍
受保护的技术使用者：中国航天科工飞航技术研究院（中国航天海鹰机电技术研究院）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14