一种中低速磁浮列车速度控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种中低速磁浮列车速度控制方法及系统，涉及磁浮列车自动控制技术领域。该方法包括采用单输入单输出的二阶自回归模型来描述中低速磁浮列车的电制动过程，得到差分方程；对差分方程的未知参数进行辨识，并根据辨识得到未知参数构建连续传递函数；在连续传递函数中加入延时环节，得到带延迟的最小二乘差分方程；根据带延迟的最小二乘差分方程、经典PID控制器、模糊PID控制器和Smith预估补偿器，构建中低速磁浮列车速度预测模型，并根据中低速磁浮列车速度预测模型，控制中低速磁浮列车速度。本发明专利技术能够实现速度控制，克服控制对象的不确定性、时滞性以及时变等因素的动态影响。态影响。态影响。

【技术实现步骤摘要】
一种中低速磁浮列车速度控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及磁浮列车自动控制
，特别是涉及一种中低速磁浮列车速度控制方法及系统。

技术介绍

[0002]磁浮列车是一种现代高科技轨道交通工具，它通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向，再利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行。中低速磁浮列车是磁浮交通系统的关键装备，由于其脱离了轮轨接触，其电制动方式也与传统列车差别巨大。
[0003]安全性和舒适性是评价一种交通运输形式的关键因素，而磁浮列车制动过程中的速度控制对该列车的平稳运行起着至关作用，查阅有关资料可知磁浮列车的制动方式有三种：电制动、电
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液混合制动、液压制动。由于磁浮列车制动过程中涉及大量非线性和时变不确定性因素，难以建立精确的数学模型，且磁浮列车是一个集机械、控制、电力电子等于一体的系统，间隙传感器测量电磁铁与轨道间的相对间隙，加速度传感器测量电磁铁的垂向加速度，通过加速度信号积分得到电磁铁的速度信号，并根据控制算法计算得到控制信号，然后将控制信号通过执行部件施加到电磁铁，通过调整电磁铁的电压或电流调整电磁力，使电磁铁稳定悬浮于轨道下方，在信号的测量和接收、信号处理和接收等环节，时滞现象是不可避免的。在运行操控过程中，存在明显的时滞问题，这会引起磁浮系统动力学行为的改变，甚至会导致系统失稳。因此建模与控制方法的选择对磁浮列车稳定运行具有重要研究意义。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本专利技术的目的是提供一种中低速磁浮列车速度控制方法及系统。/>[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种中低速磁浮列车速度控制方法，包括：
[0007]采用单输入单输出的二阶自回归模型来描述中低速磁浮列车的电制动过程，得到差分方程；所述差分方程的输入为中低速磁浮列车的加速度，所述差分方程的输出为中低速磁浮列车的速度；
[0008]对所述差分方程的未知参数进行辨识，并根据辨识得到未知参数构建连续传递函数；
[0009]在所述连续传递函数中加入延迟环节，得到带延迟的最小二乘差分方程；
[0010]在所述带延迟的最小二乘差分方程的基础上，确定经典PID控制器、模糊PID控制器和Smith预估补偿器；
[0011]根据所述带延迟的最小二乘差分方程、所述经典PID控制器、所述模糊PID控制器和所述Smith预估补偿器，构建中低速磁浮列车速度预测模型，并根据所述中低速磁浮列车速度预测模型，控制中低速磁浮列车速度。
[0012]可选地，所述对所述差分方程的未知参数进行辨识，并根据辨识得到未知参数构
建连续传递函数，具体包括：
[0013]采用带遗忘因子的递推最小二乘法对所述差分方程的未知参数进行辨识，并根据辨识得到的未知参数构建Z域传递函数；
[0014]将所述Z域传递函数转变成连续传递函数。
[0015]可选地，所述在所述连续传递函数中加入延迟环节，得到带延迟的最小二乘差分方程，具体包括：
[0016]在所述连续传递函数中加入延迟环节，得到带延迟的连续传递函数；
[0017]将所述带延迟的连续传递函数离散化，得到Z域传递函数；
[0018]对所述Z域传递函数进行变换，得到带延迟的最小二乘差分方程。
[0019]可选地，采用遗传算法确定模糊PID控制器的PID控制参数的初值。
[0020]可选地，所述中低速磁浮列车速度预测模型的输入部的输出端分别连接所述经典PID控制器的第一输入端和所述模糊PID控制器的输入端，所述模糊PID控制器的输出端连接所述经典PID控制器的第二输入端，所述经典PID控制器的输出端分别连接所述带延迟的最小二乘差分方程的输入端和所述Smith预估补偿器的输入端；所述带延迟的最小二乘差分方程的输出端和所述Smith预估补偿器的输出端均连接所述输入部的输入端。
[0021]第二方面，本专利技术提供了一种中低速磁浮列车速度控制系统，包括：
[0022]差分方程确定模块，用于采用单输入单输出的二阶自回归模型来描述中低速磁浮列车的电制动过程，得到差分方程；所述差分方程的输入为中低速磁浮列车的加速度，所述差分方程的输出为中低速磁浮列车的速度；
[0023]连续传递函数构建模块，用于对所述差分方程的未知参数进行辨识，并根据辨识得到未知参数构建连续传递函数；
[0024]延迟环节加入模块，用于在所述连续传递函数中加入延迟环节，得到带延迟的最小二乘差分方程；
[0025]控制器和预估补偿器确定模块，用于在所述带延迟的最小二乘差分方程的基础上，确定经典PID控制器、模糊PID控制器和Smith预估补偿器；
[0026]速度控制模块，用于根据所述带延迟的最小二乘差分方程、所述经典PID控制器、所述模糊PID控制器和所述Smith预估补偿器，构建中低速磁浮列车速度预测模型，并根据所述中低速磁浮列车速度预测模型，控制中低速磁浮列车速度。
[0027]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0028]本专利技术首先是在已有的磁浮列车运动模型上，采用单输入单输出的二阶自回归模型来描述中低速磁浮列车的电制动过程，得到差分方程；其次对差分方程的未知参数进行辨识，并加入延迟环节，得到带延迟的最小二乘差分方程；然后在带延迟的最小二乘差分方程的基础上，确定经典PID控制器、模糊PID控制器和Smith预估补偿器，进而构建中低速磁浮列车速度预测模型，实现速度控制，克服控制对象的不确定性、时滞性以及时变等因素的动态影响。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施
例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1为本专利技术实施例提供的中低速磁浮列车速度控制方法的流程示意图；
[0031]图2为本专利技术实施例提供的中低速磁浮列车速度预测模型的结构示意图；
[0032]图3为本专利技术实施例提供的中低速磁浮列车速度控制系统的结构示意图；
[0033]图4为本专利技术实施例提供的最小二乘法建模误差图；
[0034]图5为本专利技术实施例提供的预测速度值与真实速度值的对比图。
具体实施方式
[0035]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0036]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0037]实施例一
[0038]本实施例首先结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中低速磁浮列车速度控制方法，其特征在于，包括：采用单输入单输出的二阶自回归模型来描述中低速磁浮列车的电制动过程，得到差分方程；所述差分方程的输入为中低速磁浮列车的加速度，所述差分方程的输出为中低速磁浮列车的速度；对所述差分方程的未知参数进行辨识，并根据辨识得到未知参数构建连续传递函数；在所述连续传递函数中加入延迟环节，得到带延迟的最小二乘差分方程；在所述带延迟的最小二乘差分方程的基础上，确定经典PID控制器、模糊PID控制器和Smith预估补偿器；根据所述带延迟的最小二乘差分方程、所述经典PID控制器、所述模糊PID控制器和所述Smith预估补偿器，构建中低速磁浮列车速度预测模型，并根据所述中低速磁浮列车速度预测模型，控制中低速磁浮列车速度。2.根据权利要求1所述的一种中低速磁浮列车速度控制方法，其特征在于，所述对所述差分方程的未知参数进行辨识，并根据辨识得到未知参数构建连续传递函数，具体包括：采用带遗忘因子的递推最小二乘法对所述差分方程的未知参数进行辨识，并根据辨识得到的未知参数构建Z域传递函数；将所述Z域传递函数转变成连续传递函数。3.根据权利要求1所述的一种中低速磁浮列车速度控制方法，其特征在于，所述在所述连续传递函数中加入延迟环节，得到带延迟的最小二乘差分方程，具体包括：在所述连续传递函数中加入延迟环节，得到带延迟的连续传递函数；将所述带延迟的连续传递函数离散化，得到Z域传递函数；对所述Z域传递函数进行变换，得到带延迟的最小二乘差分方程。4.根据权利要求1所述的一种中低速磁浮列车速度控制方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨辉，许启庆，崔俊锋，张坤鹏，周艳丽，王琦，董帅强，徐硕，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：