中低速磁浮列车直线感应电机法向力大小辨识方法及系统与流程

本发明属于中低速磁浮列车领域，特别涉及一种中低速磁浮列车直线感应电机法向力大小辨识方法及系统。

背景技术

目前，国内外采用直线感应电机驱动的中低速磁浮列车的工作原理如下：

悬浮功能的实现：安装在悬浮架模块上的悬浮电磁铁通电后产生励磁电流，并形成可控磁场、产生吸引f轨道的悬浮力(电磁吸力)，电磁吸力通过空气弹簧传递到车体，向上支撑车辆。在此过程中，悬浮控制器根据悬浮传感器反馈的悬浮间隙值不断调整输出至悬浮电磁铁的悬浮电流的大小，从而实时调整悬浮电磁铁与f轨道之间的电磁吸力，以保持悬浮电磁铁与f轨道之间具有稳定的悬浮间隙值，实现列车的稳定悬浮。

牵引功能的实现：中低速磁浮列车采用短定子直线感应电机的驱动方式，直线感应电机的定子部分安装在悬浮架模块上，感应板铺设在f轨道上。当定子部分的线圈通入三相交流电时，就会产生气隙磁场。当通入定子部分线圈的三相电流随时间变化时，气隙磁场将沿定子做直线平移运动，即沿轨道方向产生移动的行波磁场。根据物理学相关定律，感应板切割行波磁场而产生感应电流，气隙磁场与感应板中的感应电流相互作用而产生连续的电磁力，最终推动直线感应电机定子部分相对于感应板产生直线运行，从而推动列车向前运行。

现有中低速磁浮列车中，因直线感应电机定子和转子是开断成直线型的，直线感应电机工作时，在产生推力的同时会产生法向力，而其法向力无法像旋转电机那样在内部自行抵消，且法向力的方向与悬浮力的方向相反。因此，在维持相同的悬浮间隙大小前提下，相对于直线感应电机不工作时的状态，直线感应电机工作时，需要提供更大的悬浮力，从而会引起悬浮控制器将输出至悬浮电磁铁的悬浮电流调大。

由于直线感应电机法向力的大小会对悬浮系统产生影响，因而需要测量列车在实际运行过程(主要是牵引和电制动运行过程)中法向力的大小，以评估法向力对悬浮系统的影响。

为测量法向力的大小，通常的手段是利用检测传感器(如拉压力传感器)检测，事实上，在列车实际运行时，由于车底吊装了直线感应电机，因而给检测传感器的安装带来了一定困难，同时列车工作环境的复杂性也会对检测传感器的测量精度有影响，因而用检测传感器测量法向力的方案在实践中行不通，列车实际运行时无法得知法向力大小。

技术实现要素：

现有技术中，无法方便快捷地得到中低速速磁浮列车直线感应电机法向力大小。本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种中低速磁浮列车直线感应电机法向力大小辨识方法及系统，无需增加额外的检测传感器，可方便快捷地得到直线感应电机法向力大小。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种中低速磁浮列车直线感应电机法向力大小辨识方法，其特点是包括以下步骤：

步骤a.选定一节车作为采样车，检测该采样车在列车处于静止悬浮状态下的悬浮间隙值d1及悬浮电磁铁对应的悬浮电流值i1；

步骤b.检测采样车在列车处于牵引或电制动运行悬浮状态下的悬浮间隙值d2及悬浮电磁铁对应的悬浮电流值i2；

步骤c.根据悬浮电磁铁的工作特性曲线，查找在悬浮间隙值为d1且悬浮电流值为i1时悬浮电磁铁产生的悬浮力z1，查找在悬浮间隙值为d2且悬浮电流值为i2时悬浮电磁铁产生的悬浮力z2；

步骤d.求z2减去z1之差，并用该差值除以所述采样车对应的直线感应电机数目，得到的商值即为每一台直线感应电机的法向力大小。

由于列车在静止悬浮工况下、在牵引或电制动运行悬浮状态工况下，同一节采样车的车辆自身参数不变，因而由两种工况下悬浮力之间的偏差可推算出该节采样车在仅受到直线感应电机法向力影响下的载重值，该载重值即为该节采样车中所有直线感应电机施加的法向力之和，因此除以该节采样车对应的直线感应电机数目，即可得到平均每一台直线感应电机在列车不同速度下施加的法向力大小，进而得到整个直线感应电机的工作特性，为系统优化设计提供参考。

进一步地，所述步骤a中，所述悬浮间隙值d1由沿列车纵向分布的多个采样点的悬浮间隙值求均值得到，所述悬浮电流值i1由所述多个采样点对应的悬浮电流值求均值得到。

进一步地，所述步骤b中，所述悬浮间隙值d2由沿列车纵向分布的多个采样点的悬浮间隙值求均值得到，所述悬浮电流值i2由所述多个采样点对应的悬浮电流值求均值得到。

在两种工况下，分别利用多个采样点求平均值，可以提高计算精度。

作为一种优选方式，通过悬浮传感器采集悬浮间隙值。

作为一种优选方式，通过悬浮控制器采集悬浮电流值。

在现有技术中，悬浮控制器能够根据悬浮间隙的大小调整输出至悬浮电磁铁的悬浮电流值，以维持悬浮稳定。直接利用悬浮控制器反馈不同悬浮间隙值对应的悬浮电流值，不需要增加额外的测试传感器，简单方便，成本低。

基于同一个发明构思，本发明还提供了一种中低速磁浮列车直线感应电机法向力大小辨识系统，其特点是包括：

第一检测模块：用于检测选定采样车在列车处于静止悬浮状态下的悬浮间隙值d1及悬浮电磁铁对应的悬浮电流值i1；

第二检测模块：用于检测选定采样车在列车处于牵引或电制动运行悬浮状态下的悬浮间隙值d2及悬浮电磁铁对应的悬浮电流值i2；

查找模块：用于根据悬浮电磁铁的工作特性曲线，查找在悬浮间隙值为d1且悬浮电流值为i1时悬浮电磁铁产生的悬浮力z1，查找在悬浮间隙值为d2且悬浮电流值为i2时悬浮电磁铁产生的悬浮力z2；

计算模块：用于计算z2减去z1之差，并用该差值除以选定采样车对应的直线感应电机数目，得到的商值即为每一台直线感应电机的法向力大小。

进一步地，所述第一检测模块中，根据沿列车纵向分布的多个采样点的悬浮间隙值求均值以得到d1，根据多个采样点对应的悬浮电流值求均值得到i1。

进一步地，所述第二检测模块中，根据沿列车纵向分布的多个采样点的悬浮间隙值求均值以得到d2，根据多个采样点对应的悬浮电流值求均值得到i2。

作为一种优选方式，通过悬浮传感器采集悬浮间隙值。

作为一种优选方式，通过悬浮控制器采集悬浮电流值。

与现有技术相比，本发明成本低廉，操作简单，无需增加额外的检测传感器，可方便快捷地得到直线感应电机法向力大小，为系统优化设计提供参考。

附图说明

图1为中低速磁浮列车悬浮电磁铁的工作特性曲线示意图。

图2为法向力辨识系统结构示意图。

其中，1为第一检测模块，2为第二检测模块，3为查找模块，4为计算模块。

具体实施方式

中低速磁浮列车直线感应电机法向力大小辨识方法包括以下步骤：

步骤a.选定一节车作为采样车，检测该采样车在列车处于静止悬浮状态下的悬浮间隙值d1及悬浮电磁铁对应的悬浮电流值i1。

步骤b.检测采样车在列车处于牵引或电制动运行悬浮状态下的悬浮间隙值d2及悬浮电磁铁对应的悬浮电流值i2。

步骤c.根据悬浮电磁铁的工作特性曲线，查找在悬浮间隙值为d1且悬浮电流值为i1时悬浮电磁铁产生的悬浮力z1，查找在悬浮间隙值为d2且悬浮电流值为i2时悬浮电磁铁产生的悬浮力z2。

悬浮电磁铁的工作特性曲线由生产厂家提供。中低速磁浮列车悬浮电磁铁的工作特性曲线示意图如图1所示，根据图1，可以得到不同悬浮间隙值在不同悬浮电流i下对应的悬浮力z。

如图1所示，工作特性曲线有多条，分别对应不同的悬浮间隙值。查表时，首先根据悬浮间隙值找到对应的曲线，然后在该曲线上找到横坐标为悬浮电流值时对应的点，最后即可根据选中的点找出对应的纵坐标值，即悬浮力值。

具体地：

在列车处于静止悬浮状态下，直线感应电机无推力和法向力输出。查表时，首先根据悬浮间隙值d1找到对应的曲线，然后在该曲线上找到横坐标为悬浮电流值i1时对应的点，最后即可根据选中的点找出对应的纵坐标值，即悬浮力值z1。

在列车处于牵引或电制动运行悬浮状态下，直线感应电机工作并输出推力和法向力。查表时，首先根据悬浮间隙值d2找到对应的曲线，然后在该曲线上找到横坐标为悬浮电流值i2时对应的点，最后即可根据选中的点找出对应的纵坐标值，即悬浮力值z2。

步骤d.求z2减去z1之差，并用该差值除以所述采样车对应的直线感应电机数目，得到的商值即为每一台直线感应电机的法向力大小。

所述步骤a中，所述悬浮间隙值d1由沿列车纵向分布的多个采样点的悬浮间隙值求均值得到，所述悬浮电流值i1由所述多个采样点对应的悬浮电流值求均值得到。

所述步骤b中，所述悬浮间隙值d2由沿列车纵向分布的多个采样点的悬浮间隙值求均值得到，所述悬浮电流值i2由所述多个采样点对应的悬浮电流值求均值得到。

中低速磁浮列车直线感应电机法向力大小辨识系统包括：

第一检测模块1：用于检测选定采样车在列车处于静止悬浮状态下的悬浮间隙值d1及悬浮电磁铁对应的悬浮电流值i1；

第二检测模块2：用于检测选定采样车在列车处于牵引或电制动运行悬浮状态下的悬浮间隙值d2及悬浮电磁铁对应的悬浮电流值i2；

查找模块3：用于根据悬浮电磁铁的工作特性曲线，查找在悬浮间隙值为d1且悬浮电流值为i1时悬浮电磁铁产生的悬浮力z1，查找在悬浮间隙值为d2且悬浮电流值为i2时悬浮电磁铁产生的悬浮力z2；

计算模块4：用于计算z2减去z1之差，并用该差值除以选定采样车对应的直线感应电机数目，得到的商值即为每一台直线感应电机的法向力大小。

所述第一检测模块1中，根据沿列车纵向分布的多个采样点的悬浮间隙值求均值以得到d1，根据多个采样点对应的悬浮电流值求均值得到i1。

所述第二检测模块2中，根据沿列车纵向分布的多个采样点的悬浮间隙值求均值以得到d2，根据多个采样点对应的悬浮电流值求均值得到i2。

本实施例中，通过悬浮传感器采集悬浮间隙值，通过悬浮控制器采集悬浮电流值。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。