用于ems型低速懸浮列車的懸浮控制方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于EMS型低速懸浮列車的懸浮控制方法及裝置，方法步驟如下：分別采集傳感器組的間隙信號(hào)、加速度信號(hào)和電流信號(hào)；將對(duì)應(yīng)同一懸浮模塊的兩個(gè)傳感器組的間隙信號(hào)、加速度信號(hào)和電流信號(hào)組合計(jì)算得到兩路懸浮控制量；將兩路懸浮控制量作為反饋控制懸浮模塊的兩個(gè)單電磁鐵的電流大小來確保懸浮模塊與軌道之間的懸浮間隙保持恒定；裝置包括第一傳感器組、第二傳感器組和懸浮控制器，懸浮控制器包括懸浮控制板、第一懸浮斬波器和第二懸浮斬波器。本發(fā)明能夠克服目前單點(diǎn)懸浮控制方法無法真正克服的模塊內(nèi)兩點(diǎn)相互影響的缺陷、減少單轉(zhuǎn)向架懸浮控制器數(shù)量、減輕懸浮控制器質(zhì)量、降低懸浮控制器制造成本，提高懸浮控制器的可靠性。
【專利說明】用于EMS型低速懸浮列車的懸浮控制方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及速懸浮列車領(lǐng)域，具體涉及一種用于EMS (Electro MagneticSuspension,簡稱EMS)型低速懸浮列車的懸浮控制方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]EMS (Electro Magnetic Suspension,簡稱EMS)型低速懸浮列車是一種依靠安裝在列車上的電磁鐵與軌道之間的吸引力使列車懸浮在軌道上運(yùn)行的新型交通工具，以其安全、舒適、高速、無污染等優(yōu)點(diǎn)贏得越來越多的關(guān)注。EMS型低速懸浮列車的電磁鐵與軌道構(gòu)成列車的懸浮系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一個(gè)不穩(wěn)定系統(tǒng)，必須通過反饋控制，才能實(shí)現(xiàn)列車的穩(wěn)定懸浮。懸浮性能主要取決于懸浮控制方法，懸浮控制方法的實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)一個(gè)懸浮控制器，由控制器根據(jù)當(dāng)前懸浮系統(tǒng)的懸浮狀態(tài)，通過控制電磁鐵的電流來控制電磁力的大小，進(jìn)而保證電磁鐵與軌道之間的間隙始終保持在設(shè)定的間隙值，從而實(shí)現(xiàn)磁浮列車的穩(wěn)定懸浮。
[0003]如圖1、圖2和圖3所示，現(xiàn)有技術(shù)的EMS型低速懸浮列車采用模塊化轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)，每節(jié)車體53有四個(gè)轉(zhuǎn)向架54，每個(gè)轉(zhuǎn)向架54由左右兩個(gè)懸浮模塊5組成。同一轉(zhuǎn)向架54的兩個(gè)懸浮模塊5之間通過防側(cè)滾梁55相連，每一個(gè)懸浮模塊5包含位于兩端的第一懸浮點(diǎn)和第二懸浮點(diǎn)，位于A端的第一懸浮點(diǎn)包含第一傳感器組1、A端懸浮控制器10和由兩個(gè)懸浮電磁鐵50串聯(lián)形成的第一單電磁鐵51,位于B端的第二懸浮點(diǎn)包含第二傳感器組2、B端懸浮控制器20和由兩個(gè)懸浮電磁鐵50串聯(lián)形成的第二單電磁鐵52。地面上設(shè)有枕軌56，枕軌56的兩側(cè)設(shè)有呈F形的軌道57，第一單電磁鐵51、第二單電磁鐵52則通過磁力保持與軌道57懸浮。第一傳感器組I和第二傳感器組2均包括一個(gè)間隙傳感器、一個(gè)加速度傳感器和一個(gè)電流傳感器。第一傳感器組I的間隙傳感器用于測(cè)量第一懸浮點(diǎn)(懸浮模塊5的A端)的懸浮間隙，第二傳感器組2的間隙傳感器用于測(cè)量第二懸浮點(diǎn)(懸浮模塊5的B端)的懸浮間隙；第一傳感器組I的加速度傳感器用于測(cè)量第一單電磁鐵51的運(yùn)動(dòng)加速度，第二傳感器組2的加速度傳感器用于測(cè)量第二單電磁鐵52的運(yùn)動(dòng)加速度；第一傳感器組I的電流傳感器套在第一單電磁鐵51的輸入輸出導(dǎo)線上來檢測(cè)第一單電磁鐵51的懸浮電流，第二傳感器組2的電流傳感器套在第二單電磁鐵52的輸入輸出導(dǎo)線上來檢測(cè)第二單電磁鐵52的懸浮電流。第一傳感器組I將測(cè)量得到的A端的懸浮狀態(tài)信號(hào)分別以數(shù)字信號(hào)(懸浮間隙、加速度)和模擬信號(hào)(懸浮電流)的形式通過電纜送到A端懸浮控制器10上的A端懸浮控制板101，A端懸浮控制板101根據(jù)來自第一傳感器組I的懸浮狀態(tài)和來自車載監(jiān)控系統(tǒng)的懸浮/降落命令(L/D)，計(jì)算出控制量A，并輸出到A端懸浮控制器10上的A端懸浮斬波器102來控制A端的第一單電磁鐵51的電流大小，進(jìn)而控制A端的懸浮電磁力的大小，保證A端與軌道57之間的懸浮間隙保持恒定；第二傳感器組2將測(cè)量得到的B端的懸浮狀態(tài)信號(hào)分別以數(shù)字信號(hào)(懸浮間隙、加速度)和模擬信號(hào)(懸浮電流)的形式通過電纜送到B端懸浮控制器20上的B端懸浮控制板201，B端懸浮控制板201根據(jù)來自第二傳感器組2的懸浮狀態(tài)和來自車載監(jiān)控系統(tǒng)的懸浮/降落命令(L/D)，計(jì)算出控制量B，并輸出到B端懸浮控制器20上的B端懸浮斬波器202來控制B端第二單電磁鐵52的電流大小，進(jìn)而控制B端電磁力的大小，保證B端與軌道57之間的懸浮間隙保持恒定。同時(shí)A端懸浮控制板101和B端懸浮控制板201通過通訊總線將故障狀態(tài)和懸浮狀態(tài)實(shí)時(shí)上傳給位于列車駕駛臺(tái)上的車載監(jiān)控系統(tǒng)。車載監(jiān)控系統(tǒng)接收到故障狀態(tài)和懸浮狀態(tài)后，在判斷出現(xiàn)故障或者緊急情況時(shí)采取應(yīng)急措施。另外，車載監(jiān)控系統(tǒng)還通過電纜與A端懸浮控制板101和B端懸浮控制板201連接，用于向二者發(fā)送懸浮/降落命令(L/D)和復(fù)位信號(hào)(RESET)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)的懸浮模塊5之間基本上實(shí)現(xiàn)了機(jī)械解耦，具有獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)自由度，因此懸浮模塊5是EMS型低速磁浮列車的基本懸浮單元。但是，現(xiàn)有技術(shù)的懸浮控制器是基于單電磁鐵控制方法設(shè)計(jì)的，視懸浮模塊5內(nèi)的第一單電磁鐵51和第二單電磁鐵52為完全獨(dú)立的被控對(duì)象，通過兩個(gè)懸浮控制器控制，這樣每個(gè)懸浮模塊5則需要兩個(gè)懸浮控制器。但是，事實(shí)上懸浮模塊5是一個(gè)剛體，懸浮模塊5上位于A端的第一懸浮點(diǎn)和位于B端的第二懸浮點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)通過力耦合的方式互相影響。而現(xiàn)有技術(shù)的單電磁鐵控制方法將懸浮模塊5A端額第一懸浮點(diǎn)和的第二懸浮點(diǎn)之間的耦合視為懸浮控制系統(tǒng)的外部干擾，只是通過提高控制算法的魯棒性加以抑制，因此單電磁鐵控制方法存在原理上的缺陷，基于這種方法設(shè)計(jì)的控制器不僅無法真正克服模塊內(nèi)部兩點(diǎn)之間的相互影響，而且一個(gè)轉(zhuǎn)向架需要掛載四個(gè)懸浮控制器，使得單轉(zhuǎn)向機(jī)承載的控制器數(shù)量較多、質(zhì)量較大，控制器制造成本和出現(xiàn)故障的風(fēng)險(xiǎn)也較高。此外，采用模塊方法設(shè)計(jì)的控制器能夠有效的解決單點(diǎn)控制器存在的缺陷，但是同樣也面臨模塊兩點(diǎn)耦合的問題，因?yàn)榈玫降目刂屏咳诤狭送粦腋∧K5上A端和B端的懸浮狀態(tài)信息，整個(gè)懸浮模塊5全面懸浮狀態(tài)的信息雖然能夠明顯的改善懸浮控制性能，但是一個(gè)懸浮點(diǎn)的失控也會(huì)影響到另一個(gè)懸浮點(diǎn)的控制。因此，如何解決同一懸浮模塊5的A端和B端之間的耦合問題是設(shè)計(jì)模塊化控制器的關(guān)鍵，已經(jīng)成為一項(xiàng)亟待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠克服目前單點(diǎn)懸浮控制方法無法真正克服的模塊內(nèi)兩點(diǎn)相互影響的缺陷、減少單轉(zhuǎn)向架懸浮控制器數(shù)量、減輕懸浮控制器質(zhì)量、降低懸浮控制器制造成本，提高懸浮控制器的可靠性的用于EMS型低速懸浮列車的懸浮控制方法及裝置。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0007]本發(fā)明提供一種用于EMS型低速懸浮列車的懸浮控制方法，其實(shí)施步驟如下:
[0008]I)采集采集各個(gè)懸浮模塊第一懸浮點(diǎn)的懸浮間隙、加速度和懸浮電流以及第二懸浮點(diǎn)的懸浮間隙、加速度和懸浮電流；
[0009]2)分別將同一懸浮模塊第一懸浮點(diǎn)的懸浮間隙、加速度和懸浮電流以及第二懸浮點(diǎn)的懸浮間隙、加速度和懸浮電流根據(jù)式(I)分別計(jì)算得到每一個(gè)懸浮模塊的第一懸浮點(diǎn)的懸浮控制量和第二懸浮點(diǎn)的懸浮控制量；
【權(quán)利要求】
1.一種用于EMS型低速懸浮列車的懸浮控制方法，其特征在于實(shí)施步驟如下: 1)采集采集各個(gè)懸浮模塊第一懸浮點(diǎn)的懸浮間隙、加速度和懸浮電流以及第二懸浮點(diǎn)的懸浮間隙、加速度和懸浮電流； 2)分別將同一懸浮模塊第一懸浮點(diǎn)的懸浮間隙、加速度和懸浮電流以及第二懸浮點(diǎn)的懸浮間隙、加速度和懸浮電流根據(jù)式(I)分別計(jì)算得到每一個(gè)懸浮模塊的第一懸浮點(diǎn)的懸浮控制量和第二懸浮點(diǎn)的懸浮控制量；
2.一種用于EMS型低速懸浮列車的懸浮控制裝置，其特征在于:包括第一傳感器組(1)、第二傳感器組(2)和懸浮控制器(3)，所述懸浮控制器(3)包括懸浮控制板(31)、第一懸浮斬波器(32)和第二懸浮斬波器(33)，所述第一傳感器組(I)設(shè)于懸浮模塊(5)的一端，所述第二傳感器組(2)設(shè)于懸浮模塊(5)的另一端，所述第一傳感器組(I)和第二傳感器組(2)均包括加速度傳感器、間隙傳感器以及電流傳感器，所述加速度傳感器、間隙傳感器、電流傳感器的輸出端分別與懸浮控制板(31)相連，所述懸浮控制板(31)的輸出端分別通過第一懸浮斬波器(32)與懸浮模塊(5) —端的第一單電磁鐵(51)相連、通過第二懸浮斬波器(33)與懸浮模塊(5)另一端的第二單電磁鐵(52)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于EMS型低速懸浮列車的懸浮控制裝置，其特征在于:所述懸浮控制板(31)包括信號(hào)調(diào)理模塊(311)、數(shù)采模塊(312)和CPU模塊(313)，所述數(shù)采模塊(312)包括A/D轉(zhuǎn)換單元(3121)和FPGA處理芯片(3122)，所述CPU模塊(313)包括PowerPC處理器(3131)和FPGA時(shí)序芯片(3132)，所述電流傳感器的輸出端通過A/D轉(zhuǎn)換單元(3121)與FPGA處理芯片(3122)相連，所述加速度傳感器、間隙傳感器的輸出端直接與FPGA處理芯片(3122)相連，所述FPGA時(shí)序芯片(3132)與FPGA處理芯片(3122)相連，所述FPGA處理芯片(3122)分別與第一懸浮斬波器(32)、第二懸浮斬波器(33)相連，所述FPGA處理芯片(3122)將加速度傳感器、間隙傳感器以及電流傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給PowerPC處理器(3131)，并將PowerPC處理器(3131)發(fā)送的兩個(gè)懸浮控制量分別以PWM波的形式輸出到第一懸浮斬波器(32)和第二懸浮斬波器(33)，通過所述第一懸浮斬波器(32)控制懸浮模塊(5) —端的第一單電磁鐵(51)的電流大小、第二懸浮斬波器(33)控制懸浮模塊(5)另一端的第二單電磁鐵(52)的電流大小來確保懸浮模塊(5)與軌道(57)之間的懸浮間隙保持恒定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于EMS型低速懸浮列車的懸浮控制裝置，其特征在于:所述第一懸浮斬波器(32)包括相互連接的第一 IGBT驅(qū)動(dòng)板(321)和第一 IGBT半橋斬波電路(322)，所述第二懸浮斬波器(33)包括相互連接的第二 IGBT驅(qū)動(dòng)板(331)和第二 IGBT半橋斬波電路(332)，所述第一 IGBT驅(qū)動(dòng)板(321)的控制端、第二 IGBT驅(qū)動(dòng)板(331)的控制端分別與FPGA處理芯片(3122)相連，所述第一 IGBT半橋斬波電路(322)的輸出端與第一單電磁鐵(51)相連，所述第二 IGBT半橋斬波電路(332)的輸出端與第二單電磁鐵(52)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于EMS型低速懸浮列車的懸浮控制裝置，其特征在于:所述第一 IGBT半橋斬波電路(322 )、第二 IGBT半橋斬波電路(332)均并聯(lián)有兩個(gè)穩(wěn)壓電容。
【文檔編號(hào)】B60L13/06GK103522913SQ201310487184
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月17日
【發(fā)明者】李 杰, 張文清, 崔鵬, 張錕, 周丹峰 申請(qǐng)人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)