高速磁浮列车悬浮搭接结构控制研究

为了实现悬浮系统的冗余,高速磁浮列车中采用搭接结构作为悬浮系统的基本结构形式,由于一个悬浮搭接结构由2个悬浮电磁铁共同支撑,其结构和控制方法与单电磁铁悬浮系统有很大区别。本文通过分析悬浮搭接结构的受力,给出悬浮搭接结构的数学模型;根据悬浮搭接结构的工作特点探讨其控制要求和控制方法,提出将搭接结构作为一个整体进行控制器设计的思路;通过设计状态观测器获取了悬浮搭接结构的全部状态,并采用最优控制算法设计悬浮搭接结构的全状态反馈控制算法。仿真分析表明:整体控制算法综合考虑了电磁铁和托臂的运动,具有比独立控制算法更好的性能。     

EMS型磁浮列车模块的运动耦合研究

EMS型低速磁浮列车通常采用模块化的转向架结构,模块是集悬浮、导向和牵引功能于一身的基本功能单元.模块内部的2个悬浮端通过刚体连接,导致两端的运动状态互相耦合.常用的处理方法是将这种耦合作为系统的外部干扰,通过提高系统的鲁棒性加以抑制.本文从机械运动的角度,研究了EMS型低速磁浮列车模块的耦合问题,提出通过解耦算法实现2个悬浮端之间的运动解耦.首先在对物理模型进行合理简化和假设的基础上,建立了模块悬浮系统的数学模型,并以此为基础分析了模块运动耦合的本质,然后提出了通过反馈线性化方法实现模块运动电气解耦的方案.仿真结果表明,模块的运动耦合对悬浮系统动态特性具有显著的影响,本文提出的解耦方案可有效地解决耦合问题,简化悬浮控制器的设计,提高悬浮系统的性能.     

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。     

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。     

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.     

一种中低速磁浮列车用悬浮牵引合一系统研究

本文提出一种中低速磁浮列车用悬浮牵引合一系统.该系统基于直线感应电机结构,其短定子三相绕组装在车辆上,次级铁板沿轨道辅设.基于有限元数值方法,对合一系统结构及供电模式进行分析计算,结果表明通过基波电流控制牵引力大小;通过施加同步速谐波电流,来控制直线感应电机初、次级之间吸力大小,达到列车稳定悬浮的目的是可行的.与传统结构比较,这种系统将悬浮、牵引两套系统合一,可提高工作效率,降低列车能耗,减少设备数量,且控制方便,适合中低速磁浮列车工程应用.     

高速磁浮列车主动悬浮与导向的2-DOF控制

为了满足高速磁浮列车动力学与控制系统稳定的要求,提出主动悬浮与导向的2-DOF控制解决方案。从车辆动力学与控制角度分析,电磁悬挂主动控制稳定的主要影响因素是系统刚度、非结构摄动和模态截取误差,其中非结构摄动程度取决于轨道几何变化和动力学与控制系统的刚度;利用ADAMS与MATLAB协同平台,提出基于单轨正交模型的主动悬浮与导向LQG控制器设计方法。对比仿真表明:1-DOF主动悬浮控制对点头和摇头摄动敏感,而2-DOF主动控制则能够适应竖曲线和平曲线轨道高速运行。在400 km.h-1单转向架模型曲线轨道运行仿真中,2-DOF主动控制的鲁棒稳定性得到了综合验证。     

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。     

中低速磁浮列车系统振动响应的非线性度分析

基于磁浮列车车辆—轨道—桥梁耦合动力学、电磁学、控制学和现代信号分析理论,采用数学建模与数值计算方法研究磁浮控制系统不同参数状态下车辆振动响应的非线性特征(非线性度).首先建立中低速磁浮列车—轨道—桥梁的耦合动力学模型和PID悬浮控制模型;然后编制数值计算程序,计算车辆系统在不同控制参数下的动力学响应及其非线性度指标;...     

磁浮列车永磁电磁混合悬浮导向系统特性分析

针对中速磁浮列车悬浮系统节能降耗的需求,提出了一种永磁电磁混合悬浮导向系统.根据永磁电磁混合悬浮导向系统的工作原理,确定了其结构组成,完成了悬浮力特性、自导向特性分析,以及气隙控制方式和防吸死控制策略研究;在建立系统数学模型和仿真模型的基础上,对系统方案进行仿真验证,并对混合悬浮电磁铁的悬浮损耗、温升、悬浮控制器性能、悬浮系统在平直道和曲线段的悬浮导向能力和承载力等进行测试.试验结果表明,永磁电磁混合悬浮导向系统具有承载能力强、悬浮电流小,发热量少等优点,系统的自适应能力满足中速磁浮列车运行的要求,可为中速磁浮列车的推广应用奠定基础.