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。     

单点混合磁悬浮系统的自抗扰控制仿真研究

电磁永磁混合悬浮技术比常导磁悬浮技术具有显著的节能优势。然而,由于永磁材料存在非线性特性,且实际工程应用中时常面临扰动突变与磁场变化等现象,因而提高了混合悬浮系统的抗扰动能力与控制精度要求。以单点磁-电混合悬浮球为研究对象,依据单自由度的简化结构,构建混合悬浮球的动力学模型并分析混合悬浮系统处于欠稳定状态。针对混合悬浮球系统的非线性、悬浮精度要求高与悬浮参数摄动等特点,设计基于Levant微分器的自抗扰控制算法,将Levant微分器安排在过渡过程可实现兼顾响应的快速性与滤波能力的同时简化控制器结构,一定程度上降低了调参难度。分析并验证基于Levant微分器的自抗扰控制算法在稳定性、冗余性、适应性和鲁棒性方面的优越性。仿真结果表明：相比于PID算法,基于Levant微分器的自抗扰控制算法可实现在超调量较小的情况下具备较快的响应速度、较强的抗扰动能力、适应性以及鲁棒性,由此为未来实现“永磁材料为基础,电磁控制为手段”的工程实践提供理论基础,进一步促进将自抗扰控制算法实践于混合悬浮技术的工程化应用中。     

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.     

高速磁浮车辆悬浮间隙传感器与相对定位传感器对比分析

高速磁浮车辆悬浮间隙传感器为悬浮控制系统提供必要的间隙信息.相对定位传感器则分别为高速磁浮车辆牵引和运行控制提供同步直线电机次级极相角信息和速度信息.在分析两者应用差异的基础上,讨论了检测线圈结构设计、电路结构设计、动态特性、抗电磁干扰与抗温度漂移等共性技术.对悬浮间隙传感器而言,需弱化齿槽效应;对相对定位传感器而言,则需强化齿槽效应,以抑制悬浮间隙波动和减少传感器过接缝时的信号畸变程度.     

磁浮轨道梁不平顺对悬浮状态的影响分析

通过建立单磁铁-悬浮系统-轨道梁相互作用模型,阐述轨道梁特性要求,从轨道梁长短波不平顺、轨道梁刚度以及车辆运行速度角度出发,研究单磁铁悬浮状态的变化。结果表明:单磁铁悬浮间隙变化量随着车速的提高而增大,短波不平顺对车辆的影响要比长波不平顺影响剧烈,短波不平顺对单磁铁悬浮间隙和振动加速度均有较大影响;轨道梁刚度对轨道梁挠度变化最为明显,而对悬浮间隙、单磁铁振动加速度影响很小。     

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。     

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。     

高速磁悬浮列车悬浮控制中加速度信号数字滤波算法研究

在磁悬浮列车悬浮控制系统设计中,传感器信号的数字化滤波算法特性是影响控制效果的重要因素之一.其中加速度信号一般经过积分处理获得系统的绝对速度反馈,但实测加速度信号中包含了不稳定的重力分量,不能直接积分.结合加速度信号的特点和控制器实时性的要求,提出了数字高通和移动平滑滤波算法.计算机仿真分析和对实测信号的处理结果表明,移动平滑滤波算法获得了较理想的滤波效果,适合应用于控制器的数字化设计.     

基于PSO-BP-PID单点混合悬浮球控制算法研究

磁悬浮列车是下一代地面绿色交通工具的必然选择,而传统电磁悬浮结构存在悬浮能耗大和发热严重等问题,研究如何有效降低电磁悬浮的能耗问题则显得尤为重要。在传统电磁悬浮结构中引入永磁体能够有效降低列车悬浮功耗,但永磁材料的非线性特性加剧了车辆控制系统的复杂程度,提高了对悬浮控制器精度的要求。以单点混合磁悬浮球作为研究对象,在完善单点混合悬浮球数学模型的基础上,研究基于粒子群优化(PSO)的BP-PID控制算法。以传统单点电磁悬浮球模型为参考,对混合悬浮球系统进行理论模型分析,并简化得出其动力学被控对象。依据该系统的非线性和时滞性特征,设计基于粒子群优化算法的BP-PID控制策略。在仿真环境下,与常见控制算法进行动静态特性对比与分析。研究结果表明：PSO算法有效弥补了BP-PID自身的收敛速度慢、对网络初始权值依赖强及易陷入局部极值的缺陷,PSO-BP-PID控制算法不仅能够提高响应速度、减少超调量,而且在动态性能中也能快速准确跟踪信号,并具备良好的抗扰性和鲁棒性优势。对于磁悬浮技术的学术研究和工程应用具有较好的参考意义,也为磁悬浮技术的工程化推广应用提供了较好的基础算法支撑作用。     

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。     

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...     

基于Kalman滤波器的故障诊断方法及其在铁道车辆中的应用

现结合Kalman滤波器和统计的方法对铁道车辆悬挂系统故障进行诊断。为了避免高频引起的数值振荡，这里提出采用求导和降阶的方法得到关于加速度及其导数的状态方程来代替通常的关于位移及其速度的状态方程。通过改变二系垂向阻尼系数来模拟故障，数值结果表明，该方法能有效诊断铁道车辆垂向悬挂系统的故障。     

电机悬挂方式对LIM地铁系统动力特性的影响研究

研究目的：研究直线电机地铁在不同电机悬挂方式下的气隙变化规律及车辆、轨道的动力响应特性，并将二者进行比较。研究方法：应用车辆轨道耦合动力学理论，分别建立不同悬挂方式下的系统模型并编制相应的仿真程序，通过在轨道局部加入谐波型余弦不平顺激励对系统的动力特性进行分析。研究结果：2种悬挂方式对系统的各向加速度和轮轨力的影响差别较小，而气隙变化呈现明显不同的规律。研究结论：直线电机采用架悬式悬挂时，要严格控制幅值大于5．5mm的长波不平顺，防止电机和反力板之问的刮蹭；而当采用抱轴式悬挂时，要注意控制大幅值的短波不平顺出现，防止气隙过大，影响电机效率。     

铁道客车垂向随机减振及悬挂参数优化

建立了铁道客车垂向悬挂系统广义鲁茨卡(Ruzicka)隔振模型,并比较分析了该模型与传统隔振模型之间的差别。应用随机隔振理论研究了系统随机隔振特性。应用评价函数法,对铁道客车垂向悬挂系统进行了多目标、多参数的优化,以使车体的垂向振动位移方差和加速度方差最小。分析比较优化后的结果可知,随机隔振与简谐隔振有很大的区别;轨道谱对随机隔振优化结果影响不大,但速度对优化结果有一定影响。本文工作为铁道客车垂向悬挂系统参数的选取提供了一种有效方法。     

基于EMD和ARMA模型桥梁振动信号降噪的处理方法

在桥梁振动信号的采集和传输过程中,针对外界环境的影响可能会在信号中形成局部强噪声干扰,从而造成分析结果的失真以及由于桥梁振动信号通常具有较宽的频谱成分,致使传统的滤波降噪方法存在很大的局限性等问题,基于经验模态分解(EMD)和自回归滑动平均(ARMA)模型提出了一种信号降噪方法。首先,利用EMD把有强噪声干扰的信号分解成不同时间尺度的本征模函数(IMF)和残余项;然后,分别对每个IMF无干扰区段建立ARMA模型,利用各个模型对有干扰区段进行滤波,用滤波后的数据代替原来的数据,对于残余项,拟合为多项式;最后,将所有的IMF及拟合后的残余项叠加,即得到降噪后的信号。通过对实测南京长江大桥有对讲机干扰的应变信号进行分析,结果表明了该方法的可行性及有效性。     

基于SVD-MOMEDA的高速列车齿轮箱轴承故障诊断

针对强背景噪声环境下高速列车齿轮箱轴承故障信号难以检测的问题以及多点优化最小熵解卷积修正(multipoint optimal minimum entropy deconvolution adjusted,MOMEDA)方法受滤波器阶数、故障周期影响的问题,提出了基于奇异值分解(singular value decomposition, SVD)改进的MOMEDA的轴承故障诊断方法。首先采用SVD作为MOMEDA的前置滤波器滤除部分噪声,然后通过MOMEDA多点峭度谱追踪故障周期成分,采用变步长搜索法迭代求解MOMEDA滤波器最优阶数,最后利用最优参数相对应的MOMEDA增强信号中的周期性脉冲,并通过包络谱提取故障特征。仿真信号和试验数据分析表明:该方法能实现高速列车齿轮箱轴承故障的精确诊断,且故障诊断效果优于互补经验模态分解方法。     

摆式悬架高速磁悬浮列车转向特性研究

为分析某摆式悬架高速磁悬浮列车的转向特性,设计摆式机构和主动电磁导向系统,建立了计算转向特性参数的一般性公式,用数值方法解算了车辆的转向特性参数.给出了悬架的运动形式和受力情况、最小弯道通过判据、主动电磁导向力和阻尼力的大小及分布方式.