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.     

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。     

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。     

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.     

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。     

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.     

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.     

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。     

中低速磁浮列车悬浮电源的设计

中低速磁浮列车的悬浮电源采用DC/DC变换器,主要为悬浮控制器提供DC 330 V电源和为DC 330 V蓄电池充电,是中低速磁浮列车正常运行的关键部件之一。文章主要介绍了中低速磁浮列车悬浮电源主电路拓扑结构、基本控制方法、均流控制等关键技术,并介绍了其结构设计及应用。