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.     

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。     

磁通反馈在磁悬浮列车悬浮控制中的应用

建立以磁场强度为状态变量的单悬浮电磁铁刚体模型,分析磁通反馈控制下系统的稳定性。设计磁通反馈与悬浮间隙的PD控制器,并根据磁悬浮列车特点,给出磁场测量方法。对悬浮间隙的PD控制器 磁通反馈的控制算法进行了仿真与单悬浮电磁铁试验,验证了磁通反馈控制的有效性。     

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。     

中低速磁浮列车制动过程的时滞补偿预测控制

中低速磁悬浮列车制动过程中具有非线性强、时滞大、时滞特性难处理等特性,传统列车制动控制方法难以实现对磁浮列车制动过程的精准速度控制。为解决中低速磁悬浮列车制动过程的时滞问题,提高制动控制精度,提出一种中低速磁浮列车制动过程的时滞补偿预测控制方法。首先,根据中低速磁悬浮列车实际运行数据,利用带有遗忘因子的递推最小二乘法辨识列车模型参数,建立列车自回归模型。然后,根据得到的受控自回归积分滑动平均模型和Smith预估器构建带时滞补偿的广义预测控制器并分析其控制律更新过程,实现对中低速磁悬浮列车制动过程的纯滞后补偿,降低列车制动过程中时滞特性的影响。最后,基于某磁浮线现场数据,以中低速磁悬浮列车制动过程为被控对象进行实验仿真,并比较时滞补偿广义预测控制方法与传统广义预测控制方法对于中低速磁悬浮列车制动过程速度跟踪控制的效果。仿真结果表明：所设计的时滞补偿广义预测控制器能够以更高的精度实现对中低速磁悬浮列车制动过程的速度跟踪,且与传统广义预测控制方法相比,系统跟踪误差更小并具有更好的控制性能。所提出的时滞补偿广义预测控制算法不仅解决了中低速磁悬浮列车制动过程的时滞问题,而且有效提高了列车制动控制...     

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。     

磁悬浮列车电磁悬浮系统的自适应模糊滑模控制

为增强电磁悬浮系统的抗干扰和负载能力,针对磁悬浮列车悬浮系统中存在的非线性不确定问题,采用模糊逼近与模糊滑模相结合的方法,基于等效控制和切换控制设计了自适应模糊滑模控制器,通过TMS320F2812 DSP实现单点悬浮.仿真与试验结果表明,该控制器不但削弱了滑模控制中固有的抖振,而且具有更强的鲁棒性和快速性,还满足电磁悬浮系统实时控制的要求.     

基于状态观测器的磁悬浮列车传感器故障容错方法

针对磁悬浮列车的加速度计或间隙传感器故障,设计了基于状态观测器的最优容错控制系统.首先建立了单电磁铁悬浮系统的模型,引入电流环降低系统阶数,然后按照标称闭环系统模型设计在线状态观测器.当单个传感器失效时,根据故障诊断系统提供的故障定位信息.实时采用状态观测器提供的状态估计信息,最终对单个传感器故障实现容错.仿真表明该方法的有效性.     

电磁永磁混合磁悬浮系统自适应控制方法研究

研究电磁永磁混合型EMS磁悬浮列车的悬浮控制问题．根据控制指标要求设计零功率控制器．内环采用次速电流环，外环采用自适应PD环，它能保证系统在全质量范围内悬浮性能保持一致。仿真及试验表明．增加自适应机制后．系统的抗干扰能力强．在质量改变时表现出稳健性.     

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.     

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。     

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。     

磁悬浮列车数字式悬浮控制器应用研究

提出了一种通过检测逆变器直流母线电流来获取实际三相输出电流的方法，阐述了该方法的原理，分析了死区时间对电流获取的影响以及解决方法。仿真表明获取的电流与实际检测的电流基本相同。     

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.     

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。     

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。     

磁悬浮列车悬浮电磁铁电磁场三维有限元分析

首先以中低速磁悬浮列车悬浮电磁铁电磁场分析为例,介绍有限元分析软件ANSYS进行三维静磁场分析的基本过程,然后介绍ANSYS在国防科学技术大学的磁悬浮列车(CMS-3型)悬浮电磁铁静磁场三维分析中的应用,为今后该悬浮电磁铁的改进设计提供分析数据和理论依据。     

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。     

基于GPRS与WLAN的中低速磁悬浮列车信息无线传输系统

介绍了唐山中低速磁悬浮列车信息无线传输系统的设计思路及系统组成.根据实际的需求,中低速磁悬浮列车信息无线传输系统选择2种通信方式:GPRS方式完成磁悬浮列车运行状态的远程实时监视,WLAN方式完成磁悬浮列车故障数据的车地传输.