磁浮列车的非线性解耦控制

为了提高磁浮列车悬浮方向的可靠性,磁浮列车采用特殊的搭接结构系统,使得每一个物理悬浮点由2个控制点进行控制,当其中一个控制点失效时,系统依然能够通过另一个控制点实现稳定悬浮.由于同一搭接结构上的2个控制点之间具有比较强的力耦合作用,因此这样的控制点不能简单作为单悬浮点进行悬浮控制,而应考虑两者之间的耦合作用.为了实现搭接结构的稳定悬浮,本文采用非线性反馈解耦的方法对系统模型进行解耦并线性化,确保了系统的全局稳定;然后对解耦线性化之后的系统采用极点配置的方法进行控制参数设计,使系统的动态性能达到一定标准;用实验和仿真结果验证了本文方法的有效性.     

一种磁浮车辆悬浮架的交叉抗侧滚解耦机构

抗侧滚解耦机构是中低速磁浮列车悬浮架的关键部件。根据磁浮列车悬浮架的结构特点,提出了一种新型的交叉抗侧滚解耦机构,并基于虚拟样机技术进行了动力学仿真分析。结果表明,该机构不仅结构简单,而且性能优于传统抗侧滚解耦机构,完全适应磁浮列车运行要求,解决了抗侧滚和解耦之间的耦合和制约问题。     

磁浮列车悬浮架吊杆型防滚解耦机构研究

防滚和解耦是中低速磁悬浮列车悬浮架的重要功能。本文基于虚拟样机技术,比较分析弹性解耦和几何解耦方式对悬浮架防滚和解耦功能的影响,提出吊杆型防滚解耦机构的防滚和解耦功能是相互制约的,几何解耦方式表现出非对称性,左右模块相对轨道的滚动角不相等,对磁浮列车的安全运行不利。考虑到悬浮控制和轨道不平顺,吊杆型防滚解耦机构应采用半弹性解耦的方式。     

低速磁浮列车防侧滚吊杆运动学研究

针对磁浮列车位于弯道时防侧滚吊杆运动学问题,以单转向架为研究对象,基于D-H变换建立转向架正向运动学方程。结合轨道弯道线型的特征参数,分析磁浮列车通过弯道时悬浮模块的相对位姿关系,通过求解运动学模型的逆解,计算当车辆通过弯道时防侧滚吊杆的运动情况。考虑磁浮列车在实际运行过程中间隙波动的问题,分析防侧滚吊杆满足解耦要求的运动学条件,最终为防侧滚吊杆的结构设计与改进提出建议,对低速磁浮列车防侧滚吊杆的分析和设计具有参考价值。     

磁浮列车悬浮系统的分布式主动容错控制

以低速磁浮列车悬浮控制为研究背景,在分析既有模块悬浮控制结构的基础上,提出磁浮列车单模块悬浮系统的一种新结构.新结构采用4个控制器控制8个电磁铁,增加了系统冗余,并且将传感器信息引入冗余通信网络,使得各控制器都能得到更完整的系统状态信息.然后采用最优控制理论为每个故障模型设计最优控制器以备故障时切换.仿真结果表明,对具有新结构的单模块悬浮系统进行主动容错控制比对传统结构的单模块悬浮系统进行容错控制具有更好的容错效果,具有较好的工程应用价值.     

低速磁浮列车单悬浮架机电控制建模及动力学特性研究

建立包含4个独立的悬浮闭环控制的低速磁浮列车单悬浮架动力学模型,仿真分析悬浮架的耦合效应。结果表明,悬浮架在低频段具有较好的解耦性能,但在稍高的某频段内则具有显著的耦合作用。耦合作用是由于悬浮架的几种共振模式引起的,其频段和耦合幅值与控制参数和结构参数有关。     

中低速磁浮列车悬浮控制系统研究

悬浮系统的控制精度影响中低速磁浮列车稳定性、悬浮能力、电磁铁电流。文章通过对悬浮系统控制原理和控制策略的分析,提出了中低速磁浮列车悬浮控制系统可行的结构和关键系统参数,并给出研究性试验结果。     

单模块电磁铁静态悬浮特性研究

为了分析中低速磁浮列车的悬浮性能,文章将两组刚性连接的电磁铁模块视为一个整体模块建立动力学方程,以质心坐标描述单模块电磁铁的运动状态,并通过三维有限元分析和线性插值获得任意电流和悬浮间隙下的悬浮力,基于该动力学方程和三维有限元分析值建立电磁铁静态悬浮特性仿真模型;与传统的单点悬浮控制模型相比,文章所建模型更符合中低速磁浮列车悬浮电磁铁的实际工作情况,为后续悬浮控制系统的设计和控制参数的计算奠定了一定的基础.     

磁浮列车悬浮控制系统工程化应用中的关键技术

悬浮控制系统是磁浮列车的关键系统,也是磁浮列车区别于轮轨列车的主要特征之一,其主要功能是通过对电磁铁线圈励磁电流的调节,使车辆与轨道之间保持8～10mm的稳定悬浮间隙。介绍了在中低速磁浮试验线悬浮控制系统的基础上,面向国内第一条工程化中低速磁浮交通系统——长沙磁浮快线的建设需求,分析了悬浮控制系统从试验产品向工程化应用过程中遇到并解决的可靠性设计、抗干扰设计、车轨耦合振动、轨道台阶激扰等关键技术问题。工程实践结果显示,我国自主研发设计的中低速磁浮列车悬浮控制系统已经达到工程应用水平。     

中低速磁浮列车电气系统

介绍了CMS04型中低速磁浮列车的牵引系统、悬浮系统及磁浮列车辅助供电系统。     

考虑输入滞后的磁悬浮列车悬浮系统的鲁棒H_∞容错控制

以磁悬浮列车单模块悬浮系统为对象,考虑系统存在的输入时滞,建立了时滞悬浮系统的数学模型,基于状态反馈和线性矩阵不等式处理方法,设计了在执行器发生故障情况下的鲁棒H∞容错控制器,在此基础上,针对不同执行器故障模式,对悬浮间隙的变化情况进行了仿真。仿真结果表明所设计的控制器在执行器故障条件下能够使磁悬浮列车稳定悬浮与运行。     

基于补偿反馈线性化的悬浮控制器设计

电磁型磁浮列车的悬浮系统为典型的非线性系统,经常受到外界扰动影响而失去稳定。针对悬浮系统的这种特点,设计一种干扰补偿的非线性悬浮控制器:在合理假设的基础上,建立EMS型磁浮列车悬浮系统的非线性数学模型;通过反馈线性化将该非线性模型精确线性化,得到等价的线性模型。然后,设计将反馈线性化补偿与扩张状态观测器相结合的悬浮控制器,利用外部扰动观测值对悬浮系统进行补偿。这一设计可大幅度提高悬浮系统的抗干扰能力。仿真实验结果表明,该控制器的控制性能明显优于基于反馈线性化方法设计的控制器,对干扰具有更强的鲁棒性。     

高速磁浮列车二次系的运动学建模与分析

满足运动学要求是车辆结构设计的基本要求。对于磁浮列车而言,车辆与线路之间的运动解耦功能主要由车辆的二次系完成。高速磁浮列车的二次系主要由摇枕、防滚橡胶件、空气弹簧、摆杆和Z向支座等构成,其运动同时受线路线形和刚性车厢的约束。本文利用多刚体运动学建模方法——Denavit-Hartenberg变换方法,建立高速磁浮列车二次系的运动学模型。结合线路线形的特征参数,通过求解运动学模型的逆解,计算当车辆通过曲线时二次系各构件的运动情况。本文的建模方法和结果对高速磁浮列车的设计和分析具有参考价值。     

考虑轨道台阶干扰的磁悬浮系统动态特性分析

针对1.5千米中低速磁浮试验线上轨道台阶引发列车激烈振动的现象,建立磁浮列车单模块的两点悬浮控制模型,运用状态反馈控制算法,对磁浮列车以不同速度经过不同轨道台阶时的轨道状态、悬浮状态和悬浮特性进行比较分析,仿真结果与试验现象吻合,从而验证了该模型的准确性。     

单悬浮架多控制器耦合磁悬浮系统动态特性研究

介绍交互使用有限元分析软件和控制系统仿真软件实现弹性体与多控制器耦合结构的磁悬浮系统仿真方法。利用该方法研究弹性悬浮架的机械解耦作用。在控制系统仿真软件中建立磁悬浮系统刚性部件的动力特性模型以及悬浮控制器反馈模型,同时使用有限元技术建立弹性悬浮架模型,通过二次开发语言编程实现弹性悬浮架动力响应的有限元分析全过程,用C 语言编程实现仿真程序调用有限元分析程序的接口,从而实现整个悬浮系统的仿真。仿真过程证明,弹性悬浮架能够消除或减弱悬浮控制器之间的耦合作用。     

电磁型磁悬浮列车悬浮系统的可靠性和安全性分析

以国防科技大学研制成功的CMS-3电磁型磁悬浮列车样车为研究对象．系统地对磁悬浮列车的关键部件——悬浮系统的安全性和可靠性进行了分析，并提出了指导性的意见和改进措施。     

针对磁浮列车过弯的鲁棒控制方法

考虑磁悬浮列车通过弯道时电磁铁上表面与轨道下表面发生错位,相对磁极面积减少情况下的控制问题,将相对磁极面积视为不确定性参数,引入相对磁极面积摄动,再针对磁悬浮非线性系统设计动态输出反馈控制器,并将控制器设计问题转换为H∞控制问题,使得系统不管电磁铁与轨道之间如何错位,只要没有超出电磁铁的承载力,就可以稳定悬浮,顺利通过弯道。     

某磁浮大跨斜拉桥竖向刚度限值研究

以某磁浮轨道交通(40+80+228+228+80+40)m大跨钢箱梁斜拉桥为研究对象,采用有限元软件ANSYS和多体动力学软件UM分别建立桥梁和磁浮列车模型。基于车桥耦合振动方法,针对2列磁浮列车相向行驶并在主跨跨中交会的最不利情形,进行列车以不同速度通过桥梁时不同梁高下车桥系统的动力响应及磁浮大跨桥梁的竖向刚度限值研究。结果表明:磁浮列车的竖向动力响应随车速的增大而显著增大,时速从40 km增大到140 km时,列车竖向动力响应增幅达到120%以上;车体竖向加速度和Sperling指标不是桥梁结构刚度限值的控制因素;磁浮列车的悬浮间隙对梁体刚度变化较为敏感,随着梁体刚度逐步增大,悬浮间隙的波动变小,梁体挠跨比减小约25%,悬浮间隙波动减小幅度达35%,悬浮间隙可作为中低速磁浮大跨桥梁结构刚度限值的控制指标;梁体挠跨比1/3015可作为磁浮大跨桥梁的竖向刚度限值。     

低速磁浮列车曲线通过时电磁铁动态导向力分析

导向力的大小与低速磁浮列车的曲线通过能力密切相关,磁浮列车运行过程中,悬浮电磁铁要发生横移、摇头等运动,从而影响导向力的大小。文章以一电磁型低速磁浮列车的悬浮电磁铁为研究对象,首先推导出了悬浮电磁铁在曲线上的横向平衡位置,然后通过几何分析得出了电磁铁导向力与横向偏移量、摇头角以及两者同时存在情况下的动态变化关系,这些分析结果为以后的相关研究奠定了基础。