高温超导混合多点悬浮系统研究

传统的常导电磁悬浮系统气隙小、悬浮功率大,电动斥力不能实现静止悬浮,而且磁场污染大。经过比较分析,在单点悬浮实验的基础上,发展为四点高温超导与常导的混合悬浮系统,这种系统可以降低悬浮功耗、增大悬浮气隙,随着高温超导线材以及致冷技术的发展,高温超导与常导混合的EMS系统及纯高温超导EMS悬浮系统将在磁浮列车上得到广泛应用...     

悬浮间隙传感器的电磁兼容设计

高速磁浮列车悬浮间隙传感器所处的环境电磁场较复杂,各种电磁场通过传导或者辐射有可能干扰传感器;在讨论电快速瞬变抗扰度试验、浪涌抗扰度试验、静电放电抗扰度试验和射频场感应传导干扰的抗扰度试验等电磁兼容试验基础上,在传感器的电源线环节采取了电涌吸收器件加多级滤波的方案来抑制电磁干扰,在信号端口环节采取了暂态电压吸收器和光电隔离的方案来抑制电磁干扰,在检测线圈环节采取了8字型的线圈结构来抑制共模形式的电磁干扰;以上措施在试验中已经得到较好地应用。     

Carrying capacity for the electromagnetic suspension low-speed maglev train on the horizontal curve

Aiming at the lateral dislocation between the electromagnets and the rails on a horizontal curve,we investigated a single magnetic bogie of the maglev train in this paper.The magnetic levitation and guidance forces supplied by the suspension modules were deduced by the flux tube method.According to the dynamic equilibrium equations of the maglev train on the curved track with cant,several major factors that influence the carrying capacity were analyzed,and the formula of the carrying capacity was presented....     

基于UM的磁浮列车-轨道梁耦合振动仿真程序开发

基于大型通用多体动力学仿真分析平台Universal Mechanism(UM),开发用于磁浮列车 轨道梁耦合振动仿真的专用程序UM Maglev,其中：磁浮列车设置为多刚体模型,弹簧和阻尼器的刚度和阻尼视为线性或非线性力元;轨道梁设置为三维铁木辛柯梁模型,或从外部有限元软件导入模态分析结果;轨道线路包含平面和纵断面曲线、超高和轨面随机不平顺;悬浮和导向系统控制采用PID模型;多体动力学系统微分 代数方程求解采用Park刚性稳定法。该程序可用于考察磁浮列车的曲线通过性能、运行平稳性和乘坐舒适度,研究悬浮/导向气隙与磁浮控制系统参数优化,分析轨道梁在动态电磁力作用下的振动响应。     

复合材料磁悬浮列车车体结构数值模拟(Ⅰ)——适应车体设计的参数化有限元模型

为适应高性能复合材料磁悬浮列车车体结构设计和轻量化要求,对由高性能碳纤维材料、铝合金和高性能玻璃材料组合而成的复合材料磁悬浮列车进行参数化设计,使用Siemens NX建立参数化磁悬浮列车几何模型和有限元模型,实现车体结构和连接结构的精确数值模拟,为基于数值模拟技术的磁悬浮列车车体设计打好基础。     

基于数据驱动的CRH高速列车悬挂系统早期故障检测

作为CRH(China railway high-speed)高速列车的重要组成部分,悬挂系统的可靠性对列车的安全运行和乘坐舒适性具有重要意义,为此,利用悬挂系统传感器数据,提出一种基于数据驱动的早期故障检测方法.首先,根据系统动态搭建列车悬挂系统Simpack模型,其中作动器的主动控制力作为系统输入,轨道不平顺由不平...     

磁浮列车悬浮系统的串级控制

为了消除磁浮列车的轨道共振,必须设计鲁棒性较强的悬浮控制系统.将悬浮控制系统分解为电流环和悬浮子控制系统两个串行、解耦的子系统来考虑,并应用H∞控制理论设计了电流环控制器,用时域法设计了悬浮子系统的控制器,给出了所设计的控制器在一个单转向架磁浮列车上的悬浮试验结果.     

基于最优控制的超导单铁悬浮控制系统研究

悬浮控制是磁悬浮列车的核心技术,其他子系统必须在稳定悬浮的基础上设计。为了降低悬浮的能量损耗,采用超导线材绕制电磁铁的方法,在分析电磁型磁悬浮列车悬浮系统结构特性的基础上,建立了超导单铁悬浮系统的数学模型,并设计了带有电流环的线性二次型最优控制器,通过仿真计算表明,该控制策略不仅能够实现快速、精确、稳定的悬浮,还可以大大降低悬浮功率,达到设计的目的。     

抑制电磁干扰的悬浮间隙传感器检测线圈结构设计

高速磁浮列车悬浮间隙中存在着牵引磁场、悬浮磁场等多种磁场,它们的高次谐波耦合到检测线圈中容易形成电磁干扰对悬浮间隙传感器造成影响。通过设计8字结构线圈,大幅度抑制了这种共模形式的电磁干扰。针对双检测线圈可能存在相互电磁干扰问题,通过调整双线圈之间相对位置,使两线圈间互感接近于零时,就可消除该种干扰,据此,确定两检测线圈间错位1/3线圈长度,通过试验验证了可行性。     

Fault tolerant control for joint structure in PEMS high speed maglev train

The PEMS high speed maglev train, which features a permanent magnet inside an electromagnet, is a new kind of maglev train for long distance intercity transportation. The joint structure, which consists of two single levitation sub‐systems, is the fundamental levitation unit. Two kinds of faults are considered and corresponding fault tolerant control strategies are proposed. The first fault condition is when a gap sensor that is part of a single levitation system is faulty. For this kind of fault, a fault tolerant control strategy based on signal reconfiguration is proposed. The second fault condition is when the whole of a single levitation sub‐system is faulty. Under this condition, a faulty model is firstly established, then a fault tolerant control strategy is designed. When this kind of fault is detected, a switch from the normal controller to the fault tolerant controller can make the faulty system stable.     

复合材料磁悬浮列车车体结构数值模拟(Ⅱ)——车体结构性能数值模拟试验

以参数化磁悬浮列车车体有限元模型为基础，在各种载荷和边界条件下开展数值模拟试验，研究各种运营环境中车体结构的静力学和动力学性能。在Siemens NX中完成车体在各种典型载荷工况下的结构静力学和动力学性能模拟试验，包括车体结构载荷变形、车体主要连接部件结构力学性能、车体频率及振型、车体结构线性屈曲性能，以及车体动力响应性能等。数值模拟结果认为给定的复合材料磁悬浮列车车体设计可行，同时验证参数化车体有限元模型的有效性。     

A novel levitation control strategy for a class of redundant actuation maglev system

In most maglev (magnetic levitation) systems, redundant electromagnetic actuators are usually used to increase the stability and robustness of the levitation motion. However, the obvious interactions generate between the redundant actuators and other general electromagnetic actuators. In this paper, a new and efficient redundant levitation control strategy is developed to overcome the interactions in this maglev system. In the strategy, some separate general controllers are designed for all general actuators, and then some special controllers are used to real-time track the electromagnetic forces of all general actuators, and accordingly they create control signal for the redundant actuators to counteract the interactions among general actuators and redundant actuators. To further illustrate the strategy, a novel redundant actuation maglev system is then demonstrated, and a simplified expression of the redundant control strategy is investigated for the maglev system. The experimental results show that the redundant levitation controller successfully removes the interactions between redundant actuator and general actuators, and the redundant levitation controller maintains good robustness under disturbance.     

基于虚拟样机的磁悬浮控制系统仿真

自从磁浮列车的概念诞生起，研究者们一直采用微分方程描述方法对系统进行研究。但是由于系统是多点耦合，并且严重非线性，这种传统的研究方法已经不能满足研究需要，磁浮列车的飞速发展迫切需要一种新的有效的研究手段。虚拟样机技术是近几年在国际上逐渐发展起来的，它利用三维实物图形建立模型，避免了描述微分方程的困难。文中利用AD—AMS虚拟样机软件组建详细的磁浮列车单个转向架三维模型，以垂向控制系统为研究对象进行虚拟样机仿真分析。最后给出了车辆慢慢悬浮和激励测试的仿真结果，这一结果与实验现象是一致的。该文将虚拟样机技术与磁浮列车系统技术研究有效地结合起来。     

磁悬浮系统的加速度计反馈控制算法

设计了一种基于加速度计信号改善磁浮列车悬浮性能的控制算法.将固定在电磁铁上的加速度计的输出直接引入反馈控制最,使得悬浮控制系统在不同轨道曲线段上具有相同的表达式,从而使反馈线性化算法得以应用;利用离散跟踪一微分器,从测量到的间隙信号提取其一阶、二阶微分,使实际控制算法得以实现.仿真计算表明,该算法消除了列车进、出竖曲线的冲击,提高了悬浮性能.     

高速磁浮车间隙传感器齿槽效应补偿方法研究

齿槽效应是高速磁浮车间隙传感器面临的一个特殊性问题。针对齿槽效应带来的齿槽误差问题,提出在传感器探头内布置齿槽位置检测线圈,采用径向基函数(RBF)神经网络建立齿槽效应逆模型,依据位置信号对传感器的输出进行齿槽补偿的方法。仿真结果表明:在2～20 mm范围内补偿器输出最大误差为±0.18 mm,该种方法可以有效地消除齿槽效应,并提高传感器的检测精度,满足高速磁浮车悬浮控制系统要求。     

EMS型磁悬浮列车模块悬浮系统的模型参考自适应控制

模块是EMS型磁悬浮列车的基本功能单元,常用的悬浮控制方法是将其两端等效为两个完全独立的对象分别设计控制器。实际上模块两端的运动状态是互相耦合的,独立设计的控制器很难解决彼此之间的状态耦合。本文针对这种耦合情况,将模块视为一个刚体对象,采用反馈线性化方法实现模块运动的电气解耦,并针对模型的不确定性设计了模块悬浮系统的模型参考自适应控制器。仿真结果表明,该自适应控制器有效地解决耦合问题,提高悬浮系统的性能。     

EMS型高速磁浮列车自适应导向控制器设计

EMS型高速磁浮列车导向系统的工作条件变化范围大,采用一般方法设计的控制器无法在整个工作范围内保持一致的控制性能。为了解决这个问题,研究了自适应导向控制器的设计方法。首先,建立了导向系统的数学模型,通过设计电流环使模型降阶;并分析了导向系统参数的变化原因及特性,在此基础上采用自校正的自适应控制理论,设计了参数自适应的导向控制器。仿真结果表明,该控制器较好地解决了导向系统在整个工作范围内特性不一致的问题。     

磁悬浮控制系统动态特性研究

悬浮控制系统是磁悬浮列车的一个重要的子系统.在对悬浮系统动态性能的测试中发现,随着控制中比例系数的增加,系统超调量减小,该现象与教科书中所讲述的一般控制系统特性正好相反.文中以单电磁铁悬浮控制系统为研究对象,以教科书中典型系统参数为中间变量,层层深入地剖析了这一现象本质.采用理论分析与数值计算相结合的方法,得到闭环系统增益始终大于1以及积分器的存在,是系统出现随比例系数的增加超调量减小这一现象的根本原因.     

基于编织算法的复线高速磁浮列车运行图铺画方法

根据高速磁浮线路结构和运行控制系统的特点,建立了复线高速磁浮列车运行图编制模型,设计了编织算法对模型进行求解。该算法严格按照列车在各车站的发车时间顺序,对上、下行列车运行线如同“织毛衣”般交叉铺画,在遇到列车冲突时通过更改列车路由和增加发车间隔等方法予以及时化解,逐步得到整体优化的列车运行图。算例分析表明,该方法优化速度快,能够有效地进行高速磁浮列车运行图的铺画。     

磁悬浮直线电动机H∞鲁棒控制器及其蚁群算法优化设计

磁悬浮永磁直线电动机在结构上取消了机械传动的中间环节,具有磁悬浮和直接驱动的特点.针对磁悬浮永磁直线电动机由于悬浮高度不同,在磁悬浮和直接驱动运行过程中存在自身参数摄动和外界干扰突出的问题,设计基于蚁群算法的H_∞鲁棒控制器,以保证系统对这些不确定性具有良好的鲁棒性.建立包含磁悬浮永磁直线电动机参数摄动和外界干扰的状态空间模型.推导出无须满足正则条件约束的Riccati不等式,给出H_∞鲁棒控制器的解析表达式.针对H_∞控制器中加权矩阵选择的困难,采用蚁群算法对加权矩阵进行寻优.最后在MATLAB环境下对控制系统进行仿真研究.仿真实验表明基于蚁群算法的磁悬浮永磁直线电动机控制系统的性能比优化前有较明显改善,说明该方法的可行性和有效性.