电磁型磁浮列车的悬浮间隙和控制电流的依从调整方法技术

本发明专利技术公开了一种电磁型磁浮列车的悬浮间隙和控制电流的依从调整方法。本发明专利技术在悬浮控制单元中引入工作点给定值调节器，该工作点给定值调节器内置控制曲线函数，并根据该控制曲线函数对输入值进行计算后输出。所述的控制曲线函数经过特定的方法进行设计，可以实现当悬浮重量增大时，悬浮间隙减小同时控制电流增大；当悬浮重量减小时，悬浮间隙增大同时控制电流减小；但总的悬浮力正好平衡悬浮体的重量；并且悬浮间隙也随着控制电流的变化而单调变化。由此，本发明专利技术可以更加灵活地在优化要求上折衷，以达到更好的性能指标。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种磁浮列车的悬浮间隙和控制电流的调整方法及装置。技术背景电磁型磁浮列车利用位于轨道下方的悬浮磁铁吸引轨道，以提供悬浮 所需的磁力。电磁型磁浮列车的悬浮间隙是通过悬浮控制单元来主动控制 的。悬浮控制单元主要由悬浮磁铁、悬浮控制器、功率放大器等组成，它 给悬浮磁铁提供控制电流，使得在一定的悬浮间隙下，悬浮磁铁和轨道之 间的吸引力正好等于车体的重量。根据应用场合和控制目标的不同，悬浮控制方法通常有以下两种一 种是定间隙控制方法，它是指额定的悬浮间隙不变，通过改变控制电流来 提供不同悬浮重量所需的磁力，重量越大则控制电流越大，该种方法见于江浩、连级三发表在《西南交通大学学报》1992年第1期上的文章《单磁 铁悬浮系统的动态模型与控制》；另一种是定电流控制方法，它是指悬浮时 额定的控制电流不变，通过改变悬浮间隙来提供不同悬浮重量所需的磁力， 重量越大则悬浮间隙越小，该种方法见于M.Morishita、 T. Azukizawa等人 发表在《IEEE Trans on Vehicular Technology〉〉 1989年11月第38巻第 4期上的文章A New Maglev System for Magnetically Levitated Carrier System ，，。定间隙控制方法和定电流控制方法都存在一定的不足。对于定间隙控制方法，当悬浮重量变化较大时，悬浮磁铁的控制电流变化较大。由于功 率放大器的容量及相应的车载供电设备的容量都必须按最大电流容量设 计，控制电流变化大会导致功率放大器及车载供电设备的体积和重量较大， 造价高。对于定电流控制方法，当悬浮重量变化较大时，悬浮间隙的变化 范围较大，如果限制间隙的变化范围，就会对磁浮列车的承载能力构成额 外的约束。鉴于这两种方法的局限性，本专利技术提出了一种悬浮间隙和控制 电流的依从调整方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有的定间隙控制方法导致控制 电流变化范围较大，以及现有的定电流控制方法导致承载重量允许变化范 围较小的问题，提出一种新的悬浮间隙和控制电流的调整方法，来克服这 两个问题。为解决上述技术问题，本专利技术电磁型磁浮列车的悬浮间隙和控制电流 的依从调整方法是通过控制曲线函数调整磁浮列车的悬浮间隙和控制电 流，该控制曲线函数的设计方法是根据允许的最小悬浮间隙和允许的最 大控制电流确定控制曲线函数的范围，在该范围内控制曲线函数的悬浮间 隙和控制电流都随着悬浮重量的变化而单调变化，同时悬浮间隙也随着控 制电流的变化而单调变化。所述的电磁型磁浮列车的悬浮间隙和控制电流的依从调整方法，还在 悬浮控制单元中引入工作点给定值调节器，该工作点给定值调节器内置控 制曲线函数，并根据该控制曲线函数对输入值进行计算后输出。上述技术方案可以实现当悬浮重量增大时，悬浮间隙减小同时控制 电流增大；当悬浮重量减小时，悬浮间隙增大同时控制电流减小；但总的 悬浮力正好平衡车体的重量。并且，悬浮间隙也随着控制电流的变化而单 调变化。本专利技术与现有技术相比具有的优点是当悬浮重量增加时，与定间隙 控制方法相比，由于悬浮间隙减小了，所以控制电流增大的量较小；与定 电流控制方法相比，由于控制电流增大了，所以悬浮间隙减小的量较小。当悬浮重量在同一范围内变化时，与定电流控制方法相比，由于控制 电流的相应调整，其悬浮间隙的变化范围较小；也就是说，对于同样的允 许的间隙变化范围，其允许的悬浮重量的变化范围较大。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细的说明 图1是本专利技术的悬浮控制单元的结构示意图；图2是本专利技术的悬浮间隙和控制电流变化范围与现有方法的对比图； 图3是定间隙控制方法在悬浮重量增加时的调整过程示意图； 图4是定电流控制方法在悬浮重量增加时的调整过程示意图； 图5是本专利技术在悬浮重量增加时的调整过程示意图。具体实施方式请参阅图1，本专利技术的悬浮控制单元由悬浮磁铁1、功率放大器2、悬浮 控制器3和工作点给定值调节器4组成。其具体的连接关系是，悬浮控制器3接收悬浮间隙信号、加速度信号和控制电流信号，输出控制量U信号;工作点给定值调节器4接收控制电流信号和悬浮间隙信号，根据内置的控制曲线函数计算后输出给定U2信号；悬浮磁铁l接收控制电流信号，输出悬浮间隙信号和加速度信号；功率放大器2接收AU信号，该信号由给定 Ul信号、给定U2信号和控制量U信号叠加而成，输出控制电流信号。其中， 给定Ul信号是外部输入信号，悬浮间隙信号是向外部输出的信号。为了具体说明本专利技术和现有的定间隙控制方法和定电流控制方法的区 别，请参阅图2。图2中，悬浮重量的变化范围为500 1500kg，悬浮间隙 的变化范围为5 12mm，控制电流的变化范围为5 50A。曲线Sl、 S2、 S3 分别是500kg、 1000kg、 1500kg悬浮重量下，控制电流和悬浮间隙的对应 关系。当悬浮重量从500kg增大到1500kg时，若采用25A电流的定电流控 制方法，其悬浮间隙将从A点沿直线向左减小到B点，控制电流保持25A 不变；若采用9mm间隙的定间隙控制方法，控制电流将从C点沿直线向上 增大到D点，悬浮间隙不变。对于本专利技术，悬浮间隙和控制电流将从X点 沿四边形ADBC内部的任意单调曲线(如L1、 L2、 L3)调整到Y点(其中X 点为线段AC上的任意一点，Y点为线段BD上的任意一点，具体实施时依据 设计需要选取，连接X和Y点的曲线称为控制曲线)；此时其悬浮间隙的变 化范围为线段EF，小于定电流控制情况下的线段AB，其控制电流变化范围 为线段GH，小于定间隙控制情况下的线段CD。控制曲线函数的设计方法是 (1 )根据允许的最小悬浮间隙和允许的最大控制电流选取X点和Y点， 确定控制曲线函数的范围。(2)从X到Y之间连接一条单调的曲线，要求悬浮间隙和控制电流都 随着悬浮重量的变化而单调变化，同时悬浮间隙也随着控制电流的变化而 单调变化，该曲线仅要求单调而不必严格单调。设计好图2中的控制曲线后，其实现方法是在工作点给定值调节器4 中内置控制曲线函数，实施时，根据接收到的控制电流值，经控制曲线函 数计算后输出图1中的给定U2信号。这样便可以保证当悬浮重量增大时， 悬浮间隙减小同时控制电流增大；当悬浮重量减小时，悬浮间隙增大同时 控制电流减小；但总的悬浮力正好平衡悬浮体的重量。并且，悬浮间隙也 随着控制电流的变化而单调变化。图3、图4和图5给出了本方法与其它方法达到的控制效果的比较。图 3是定间隙控制方法在悬浮重量增加时的调整过程示意图，在调整过程结束 后，其悬浮间隙不变，但控制电流增加较多；图4是定电流控制方法在悬 浮重量增加时的调整过程示意图，在调整过程结束后，其控制电流不变， 但悬浮间隙减小较多；图5是本专利技术在悬浮重量增加时的调整过程示意图， 在调整过程结束后，其控制电流适当增加，同时悬浮间隙适当减小。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电磁型磁浮列车的悬浮间隙和控制电流的依从调整方法，其特征是：通过控制曲线函数调整磁浮列车的悬浮间隙和控制电流，该控制曲线函数的设计方法是：根据允许的最小悬浮间隙和允许的最大控制电流确定控制曲线函数的范围，在该范围内控制曲线函数的悬浮间隙和控制电流都随着悬浮重量的变化而单调变化，同时悬浮间隙也随着控制电流的变化而单调变化。

【技术特征摘要】
1.一种电磁型磁浮列车的悬浮间隙和控制电流的依从调整方法，其特征是通过控制曲线函数调整磁浮列车的悬浮间隙和控制电流，该控制曲线函数的设计方法是根据允许的最小悬浮间隙和允许的最大控制电流确定控制曲线函数的范围，在该范围内控制曲线函数的悬浮间隙和控制电流都随着悬浮重量的变化...

【专利技术属性】
技术研发人员：李云钢，龙志强，程虎，张鼎，刘恒琨，陈慧星，王强，
申请(专利权)人：上海磁浮交通工程技术研究中心，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]