磁悬浮列车的非线性鲁棒控制

分析了磁悬浮列车悬浮系统模型的非线性特点,从增强悬浮系统的抗干扰能力和承载能力出发,利用非线性H∞控制理论,设计了状态反馈控制器;然后构造了一个状态观测器,实现了输出反馈控制器。仿真和试验结果表明,利用此种方法建立的控制器对磁悬浮列车悬浮系统的干扰抑制作用非常有效。     

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.     

基于改进跟踪微分器的磁浮列车悬浮控制研究北大核心

磁浮列车悬浮系统的间隙传感器信号存在大量量测噪声,影响了悬浮控制的控制品质与稳定性。为解决该问题,文章借助等时区的方法确定最速离散二阶系统的边界层,根据边界层与可达区构造无需复杂开根号运算的新型最速控制综合函数,同时通过微分预报补偿方式实现相位补偿,进而设计了基于新型跟踪微分器的悬浮反馈控制器。数值仿真表明,该跟踪微分器能够快速跟踪输入信号,具有良好的滤波效果,无颤振、无超调。通过磁浮列车实车测试,基于所提出的跟踪微分器的悬浮控制器能使起浮阶段的最大超调量减少约15%,实现磁浮列车的稳定悬浮控制,具有很强的工程实用性。     

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.     

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.     

磁悬浮列车悬浮系统的非线性PID控制

针对磁悬浮列车传统PID控制器的不足,通过分析PID控制器的特点,引入系统误差参数,设计出非线性PID控制器,实现悬浮系统稳定悬浮。仿真和试验结果表明,该非线性PID控制器结构简单、易于实现、响应快、无超调、精度高、抗扰动能力强,控制性能明显优于传统PID。     

高速磁浮列车导向系统的鲁棒控制器设计

导向系统是高速磁浮列车中的关键子系统之一,针对导向系统工作电流变化范围大的特点,设计了降低静态电流灵敏度的鲁棒导向控制器。在介绍导向系统结构和控制方案的基础上给出导向系统线性化的数学模型,并采用线性最优二次型设计方法设计最优控制器,结合仿真讨论最优控制器无法在整个工作范围内保证导向系统具有相近性能的原因,而后建立了导向系统对于静态电流的参数灵敏度模型,并采用降低参数灵敏度的鲁棒控制理论对最优控制器设计方法进行改进,设计了鲁棒控制器。仿真和试验表明,该鲁棒控制器能够增强导向系统对静态电流变化的鲁棒性。     

基于现场总线的磁浮列车悬浮控制调试系统

根据中低速磁浮列车悬浮控制系统的特点,构建了一种基于USB-CAN接口的悬浮控制调试系统,设计了通信协议,并在悬浮控制器和上位机上予以实现。     

非线性鲁棒控制系统分析和设计的μ方法

针对一类可反馈线性化的仿射非线性系统，提出了非线性鲁棒控制系统的μ分析与μ综合方法。利用非线性状态反馈和坐标变换，可将许多不确定性线性系统线性化为关于广义对象和不确定性的线性分式变换(LFT)，基于这个LFT，用D-K迭代法可获得线性化系统的鲁棒控制器，然后通过回代得到非线性鲁棒控制器。     

基于开关阻尼控制的铁道客车系统的动力学性能研究

建立具有23个自由度的铁道客车系统非线性数学模型。在客车二系悬挂系统中采用具有开关阻尼控制的横向半主动减振器,并考虑半主动悬挂系统的时滞。分析被动悬挂和具有开关阻尼控制的半主动悬挂客车在直线轨道上的蛇行运动稳定性和随机振动响应。研究半主动减振器的阻尼参数和半主动悬挂系统的时滞对客车系统临界速度和随机响应的影响。计算表明,尽管半主动悬挂使客车系统的临界速度低于被动悬挂,构架的横向加速度和轮轨横向力也要大于被动悬挂,但它能够大大减小车体的横向振动加速度,改善旅客的乘坐舒适性。     

双DSP磁悬浮控制器的研究与实现

介绍了磁悬浮控制系统的设计原理,选用由TMS320C2812和TMS320LF2407数字信号处理器构成的双DSP系统设计了磁悬浮控制器。该控制器可实现悬浮控制和诊断控制,控制策略采用数字PID算法,并通过实验结果证明了该控制器具有良好的鲁棒性和抗干扰能力。     

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。     

高温超导与常导混合磁浮系统电磁场仿真研究

高温超导与常导混合磁浮系统以其低功耗、易实现大气隙悬浮、工作悬浮点调节范围宽等优点,有着广阔的发展空间.结合高温超导线材特性以及混合悬浮系统中的设计要素,对单磁铁系统模型运用ANSYS三维仿真分析,给出高温超导线材的临界电流,分析混合悬浮系统的磁场分布及电磁特性.     

基于LSTM网络高速列车悬挂系统故障预测方法研究

高速列车悬挂系统安全性对于整车安全运行非常重要,对悬挂系统进行全生命周期状态监测以预测其故障成为不可忽略的研究内容。当高速列车悬挂系统发生机械故障时,产生振动加速度,信号呈现非线性、非平稳特征。文章提出一种基于LSTM网络的高速列车悬挂系统故障预测方法,通过SIMPACK建立某型号高速列车整车模型,获得重要部件在各健康状态下振动信号,以时域指标中均方根值和峰度值指标作为特征构建健康因子曲线,通过LSTM网络对时序数据进行分析预测,为高速列车悬挂系统故障预测提供可行方法,以期为减少悬挂系统故障提供新途径。     

永磁电磁型中低速磁浮列车阻尼信息提取与融合技术

主要研究中低速永磁电磁型磁浮列车悬浮控制系统的阻尼信息提取及融合技术.建立考虑轨道一阶振动模态的单点永磁电磁悬浮系统非线性模型,提出一种线性全状态反馈控制律.基于一类双积分串联系统的最优快速综合函数,设计了一种可有效提取悬浮间隙微分信号的快速数字微分器;采用一种二阶形式的高通滤波器,有效滤除加速度计中的重力分量,提取得到较高频段的加速度隔直积分信息.采用扫频法分别绘制了两种滤波器的幅相曲线.利用线性组合的方式将两种阻尼信息进行融合,从而获得控制系统全频段的有效阻尼.仿真和试验表明,当轨道以较低频率振动时,数字间隙微分器在该频段可提取足够阻尼,弥补加速度隔直积分在该频段的小增益,很好地抑制了轨道的振动.     

列车系统运行平稳性研究

在车辆动力学模型的基础上,建立由3辆拖车组成的列车动力学模型。建模过程中考虑列车系统中存在的轮轨接触几何关系非线性、轮轨蠕滑率/蠕滑力的非线性、钩缓装置作用力的非线性以及车辆模型一、二系悬挂作用力的非线性等因素。研究车间连接刚度和连接阻尼对列车运行平稳性的影响。仿真结果表明,车间横向连接刚度和横向连接阻尼系数对列车的运行平稳性影响较大,而车间垂向连接刚度和垂向连接阻尼系数对列车的运行平稳性影响很小。在列车中的相邻两车之间安装横向减振器能够有效地提高列车的横向运行平稳性,并能够改善列车的垂向运行平稳性。仿真结果还发现,在转向架悬挂参数相同的情况下,单一车辆的运行平稳性指标大于列车的运行平稳性指标。     

悬挂参数对250km/h高速机车横向动力学的影响

为了提高机车横向动力学性能,利用多体动力学软件建立250 km/h高速机车动力学模型,通过计算分析机车的横向稳定性,得出合理的悬挂参数,判断其非线性临界速度且分析在直线上机车的悬挂参数对机车横向平稳性的影响,分析研究了不同悬挂参数对改善机车横向动力学的影响。     

单铁磁悬浮控制系统的动力学特性研究

建立单铁悬浮控制系统的非线性闭环状态空间模型,研究该系统的动力学特性,推导了三个主要控制参数与系统动力学特性的基本约束关系,特别是对单铁磁悬浮系统的自激振动给出了严格的理论解释。文章所得到的结论与实验结果一致。