磁浮车辆起浮参数控制及其动力性能研究

磁浮车辆的起浮性能是磁浮交通系统研究的一个重要方向。为探究控制参数在磁浮车辆起浮过程中对起浮稳定性与振动舒适性的影响,通过建立单悬浮刚性电磁铁模型,从PD控制下的电磁力出发,推导电磁铁起浮过程中动力响应的特征与表达式。由起浮稳定性条件与振动舒适性要求,得到悬浮间隙反馈系数KP的上下限值。将获得的PD控制参数分别应用于单悬浮刚性电磁铁模型、单悬浮弹性电磁铁模型、单悬浮弹性电磁铁—轨道梁模型以及整车—轨道梁模型中,分析起浮过程中电磁铁或车体的位移和加速度响应以及轨道梁跨中加速度响应。研究结果表明：电磁控制参数KP和KD分别调控了起浮过程中系统的刚度和阻尼;KP具有上下限值,下限由电磁铁物理参数及承担质量确定,以抑制起浮失稳现象,上限值由加速度限值、初始位移、额定悬浮间隙、电磁铁物理参数及承担质量共同确定以保证满足规范所要求的振动舒适性;起浮过程中,二系悬挂可以降低电磁铁或车体的加速度,但增大了磁浮架的振动加速度;对于所研究的案例,车轨耦合振动频率较低的情形下,轨道梁对电磁铁或车体的起浮振动影响较小。     

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。     

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.     

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。     

Robust H∞ Fault Tolerant Control on Suspension System of Maglev Train with Delayed Input

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F型轨道轧制工艺下的磁悬浮列车悬浮电磁铁电磁力计算

利用Ansoft软件中的Maxwell2D模块,以CMS03A磁悬浮列车为例,对基于轨道轧制工艺下的悬浮电磁铁电磁力进行计算,分析了悬浮电磁铁的电流、气隙、轧制半径及水平错位对悬浮力和导向力的影响,并将结果与传统结构进行了比较,得出磁通密度、悬浮力和导向力都小于传统结构的结论.     

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。     

控制器时滞对磁浮系统稳定性影响分析

为研究EMS型磁浮列车悬浮控制器的时滞对磁浮稳定性的影响,解决磁浮列车悬浮不稳的问题,建立了基于双环反馈控制系统的单自由度电磁悬浮模型;以控制器时滞作为参量,通过Routh-Hurwitz稳定性判据判断系统特征根分布,定量给出了系统发生Hopf分岔的时滞临界值,并指出控制器时滞大于临界值时,系统平衡点不再稳定。研制了一种单自由度悬浮试验台,通过数值仿真与台架试验验证了理论分析的正确性。     

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.     

单磁铁悬浮系统的数字控制

在建立单电磁铁悬浮系统的数学模型的基础上，运用Ｉｎｔｅｌ８０Ｃ１９６ＭＣ单片机和积分分离ＰＩＤ算法设计了数字控制器，并给出了实验结果。     

电磁永磁混合悬浮系统的控制特性分析

研究电磁永磁混合悬浮系统的悬浮力计算方法,建立其数学模型,分析永久磁铁对模型参数的影响,并分别从混合悬浮系统的悬浮力、电气特性、控制性能3个角度研究永久磁铁对控制系统的影响,用于指导完成串级控制器的设计与参数选取,实现了单磁悬浮架混合悬浮系统的稳定化控制。     

基于四象限斩波器的混合磁悬浮系统设计

针对单一的电磁吸力型磁悬浮系统能耗大，悬浮气隙小的问题，提出采用能耗小，可实现大气隙悬浮的永久磁铁和常导线圈构成的混合式磁悬浮系统的方案。阐述了能满足混合磁悬浮系统负向电流需要的H型四象限斩波器的原理，介绍了基于DSP和CPLD的保护电路和控制器。试验表明，混合磁悬浮系统悬浮过程中和负重变化时都能很快达到稳定悬浮，悬浮气隙可达到20-30mm，并且负载电流小。     

美国新型结构磁悬浮交通技术分析与比较

介绍美国GA、Magplane、Maglev2000、M3和AMT等5种新型结构磁悬浮交通技术的研究发展概况、结构原理和技术特点。GA采用永磁EDS型悬浮和LSM牵引，悬浮间隙2．5cm；Magplane的原理和GA类似，但采用大块永久磁铁，使悬浮间隙达10cm左右；Maglev2000发展了四极超导磁铁和电磁道岔；M3采用电磁永磁混合EMS悬浮，以增大间隙和减小功耗；AMT采用了新型EMS结构。这些方案各具特色，创新明显，对于发展我国磁悬浮交通技术具有启发作用。     

驼峰车辆减速器闭环控制PD参数模糊在线自校正

基于参数模糊在线自校正的原理,提出一种对驼峰车辆减速器控制系统控制参数按调速过程进行模糊在线自校正的控制方法。针对车辆减速器控制系统的特点和性能要求,设计减速器模糊在线自校正控制器,以调速过程中速度误差及其变化为输入语言变量,建立模糊控制规则;根据模糊控制规则在线调整PD控制器的参数,使控制器能较好地适应减速器闭环控制定速设定及过程参数时变。本控制方法在实际系统中进行了试验,结果表明,与常规PD控制相比,模糊在线自校正PD参数控制器有较好的控制性能和较强的鲁棒性,可使系统的控制精度有明显的提高。     

永磁和电磁构成的混合式悬浮系统研究

永久磁铁和常导线圈构成的混合式悬浮系统,悬浮能耗小,可实现大气隙悬浮。本文建立了该混合悬浮系统的数学模型,分析了它的一些性质,采用定气隙控制指标,设计了使系统稳定的控制器,并对所设计的控制器进行了仿真。仿真结果表明,这种混合式悬浮系统可以通过控制实现大气隙、低能耗的稳定悬浮。     

中低速磁悬浮列车导向能力分析

采用Ansoft有限元分析软件对悬浮电磁铁的磁场进行计算．对中低速磁悬浮列车悬浮电磁铁导向力进行了研究，得出电磁铁发生偏移后，磁力线的总体分布并没发生很大变化．只在气隙处发生了扭曲；列车在直道正常运行时并不受导向力作用的影响；在气隙和偏移值一定时．悬浮电磁铁产生的导向力和悬浮力之间的比值基本上不随线圈中电流的变化而变化，该研究对列车在运行过程中出现偏航、列车在弯道运行过程中的导向能力考核有实际意义。     

高速列车横向悬挂主动、半主动控制技术的研究

针对铁路机车车辆横向悬挂系统存在的振动问题,提出了一种基于力和加速度反馈的旨在抑制振动的主动、半主动控制方案。介绍了主动、半主动控制原理,相应的执行机构和控制器的构成,整车试验的试验方法和部分试验结果。试验表明:采用主动、半主动控制技术以后,机车车辆的运行平稳性指标得到了较大的提高,列车的运行品质得到了明显改善。