跟踪微分器在磁浮列车悬浮间隙处理中的应用

为了实现磁浮列车稳定悬浮控制,提出采用跟踪微分器结合联合滤波的悬浮间隙处理方法,以消除悬浮传感器过轨道接缝时的信号畸变,改善随机噪声对控制精度带来的不利影响。跟踪微分器可以反映实际带噪声信号的广义导数,其利用三路间隙信号广义导数特征对信号进一步滤波,算法计算量小,易于实现。阐述了跟踪微分器的原理及特征并进行了性能仿真分析;利用跟踪微分器结合实测数据的数值仿真结果证明了跟踪微分器对悬浮间隙信号处理的可行性和有效性。     

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。     

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。     

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...     

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.     

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。     

基于CAN总线的悬浮控制器在线程序优化的实现

针对磁浮列车悬浮程序更新效率低下的问题,利用现有的硬件和网络资源,实现了基于CAN总线的悬浮控制器DSP在线程序优化。采用该技术,大大减少了拆装悬浮控制器和电路板的工作量,提高了工作效率。     

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.     

基于控制器匹配的高速列车广义预测控制方法

针对普通广义预测控制器在列车控制过程中不能修改控制器参数,以至列车运行中遇到未知干扰时影响控制精度和稳定性。本文采用基于控制器匹配的广义预测控制调优方法,以达到经过调优的GPC与H!输出反馈控制器(最优控制器)具有相同的控制效果,并获取GPC调优参数,实现高速列车速度跟踪运行过程的自动控制。该控制器通过最优控制器控制律的函数获得GPC增益,使GPC与最优控制器匹配;在获得GPC增益的基础上,将目标函数转化为凸优化问题,求得GPC的调优参数;GPC自适应建模参数与H!控制器模型匹配,避免模型参数失配,保证控制器模型的稳定性。仿真实验结果表明GPC和H!控制器能够较好地匹配,且基于控制器匹配的高速列车广义预测控制系统具有较好的速度和位移跟踪性能。     

一种在超调区快速响应的PMSM无位置传感器控制策略

分析了永磁同步电机(PMSM)无位置传感器在超调区不稳定的原因;提出了一种基于谐波电流估计器的新型PMSM无位置传感器控制策略,它包含六步电压法的转矩控制器、谐波电流估计器和扩展反电动势观测器。实验结果表明,采用该策略可成功实现永磁同步电机的快速转矩响应并拓宽了高速运行区域。     

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。     

基于FRFS2100XSL的悬浮控制电源研制

为优化中低速磁浮列车悬浮控制器,采用LLC谐振变换器拓扑加buck二次稳压结构,研制了270~380 V输入、多路低压输出的悬浮控制电源。该控制电源因高功率密度有利于悬浮控制器的小型化和轻量化。试验结果证明了该种悬浮控制电源的优越性。     

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.     

储能式无轨电车DC/DC非线性控制策略的研究

在超级电容储能式无轨电车的充电控制系统中,外部的扰动会使得控制系统的输出控制性能降低,从而导致系统的噪声放大。为了增强控制系统的鲁棒性和自适应能力,基于跟踪微分器提出了一种新型的非线性控制方法,提高了超级电容储能式无轨电车的充电控制性能,优化了系统的输出电流电压的控制曲线。针对控制参数变化和调节的问题,加入Ziegler-Nichols的频域响应法(简称ZN法)来整定控制参数。通过仿真及试验分析,验证了所提控制算法的有效性,对于系统的输出控制性能有明显的提升,解决了系统快速性和超调之间的矛盾,从而实现了超级电容储能式无轨电车高效快速地充电。     

高速磁浮列车悬浮导向传感器故障定位系统研究

为解决上海磁浮示范运营线悬浮导向传感器故障检测和维修时间长、成本高的问题,对高速磁浮列车悬浮导向传感器的信号处理板和线圈柔性电路板进行了分析,利用信号发生设备产生输入信号至被测电路板,由信号采集设备通过串口通信传输到上位机系统与给定信号进行比较,根据比较结果,结合查故障字典来判断故障区域,从而实现悬浮导向传感器离线故障的定位。该方法能够对传感器板卡进行快速定位,提高了维修效率。研究结果对高速磁浮列车的维护工作具有一定的参考作用。     

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.     

CRH5动车组牵引脉冲整流器自适应优化控制方法研究

针对CRH5动车组牵引主回路脉冲整流器在牵引网压波动下的稳定性问题,提出一种基于自抗扰算法的参数自适应优化控制策略。在CRH5动车组牵引脉冲整流器现采用的dq双环控制结构基础上,针对电流内环采用最速综合fal函数实现控制响应及控制量大小随误差变化自适应调整,基于状态空间方程构建一阶线性自抗扰电压外环控制器以实现对系统扰动的观测及跟踪。由此改善控制器对外部扰动的估计及补偿能力,增强控制器对车网耦合特性变化的适应能力。通过Matlab/Simulink仿真对比分析了基于PID控制和基于参数自适应优化控制的dq电流控制器性能,仿真结果表明,基于参数自适应的dq电流优化控制策略下的整流器直流侧输出电压在启动过程中超调量更小,且在应对网压波动时输出电压波动恢复后的稳态误差小于指标值的1/6,抗干扰能力更强。为进一步验证该控制器应对网压低频振荡的抗扰动效果,在RT-LAB半实物实验平台上搭建动车组-牵引网级联耦合模型对比分析2种控制策略下的牵引网网压波形。结果表明：基于参数自适应的dq电流优化控制更能适应多列动车组同时接入而引发的扰动,抑制牵引网网压大幅度振荡;fal电流环的参数自适应特性能改善控...     

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.     

基于自适应模糊滑模的列车精确停车制动控制算法

针对高速列车自动驾驶系统精确进站停车问题,基于列车动力学模型和列车制动系统模型,设计1种自适应模糊滑模控制器,通过模糊切换以补偿列车运行过程中受到的基本阻力、线路附加阻力以及外部未知随机扰动等非线性扰动的影响。根据滑模控制理论,利用列车运行过程中的状态偏差,设计基于跟踪误差的等效控制器,以求解列车制动等效控制量;考虑外部扰动,基于优秀司机驾驶经验的模糊推理规则,设计切换控制器,以得到精确控制量。采用本文控制算法对列车制动过程进行仿真验证,并与传统的PID控制和基于指数趋近律的滑模控制进行对比。结果表明:在考虑附加阻力和外部扰动情况下,自适应模糊滑模控制器能够柔化非线性切换控制信号,削弱滑模控制固有的抖振现象,实现对参考轨迹的精确跟踪,并最终实现精确停车;即使在列车制动系统实际控制输出出现偏差时,设计的控制器仍能控制列车精确跟踪参考制动曲线。