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原文传递永磁磁浮空轨列车的电磁主动导向系统和导向控制方法

专利名称：	永磁磁浮空轨列车的电磁主动导向系统和导向控制方法
摘要：	本发明涉及磁悬浮列车控制技术领域，公开了一种永磁磁浮空轨列车的电磁主动导向系统及导向控制方法，包括磁浮列车转向架、导向电磁铁模块、导向弹簧模块、传感器模块、子控制器模块、斩波器模块、主控制器模块和通讯模块，子控制器模块内置算法对实际磁浮导向间隙进行跟踪估计，并将结果传递给相邻的子控制器模块，与相邻的子控制器模块相互通信和作用不断修正自身状态，通过多个子控制器模块相互通信和协作完成磁浮列车转向架姿态调整。本发明电磁主动导向系统能够改善磁浮列车运行中的架构姿态，提升磁浮列车整体导向控制性能、控制精度与运行安全性。
专利类型：	发明专利
申请人：	江西理工大学
发明人：	杨杰;丰富;高涛;周发助;胡海林;张则羿;杨斌;苏芷玄;张悦
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T19:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T17:00:00+0805
申请号：	CN201911318562.X
公开号：	CN111016678A
代理机构：	北京润平知识产权代理有限公司
代理人：	邹飞艳
分类号：	B60L13/06;B61B3/02;G06F30/15;G06F30/20;B;G;B60;B61;G06;B60L;B61B;G06F;B60L13;B61B3;G06F30;B60L13/06;B61B3/02;G06F30/15;G06F30/20
申请人地址：	341000 江西省赣州市章贡区红旗大道86号
主权项：	1.一种永磁磁浮空轨列车的电磁主动导向系统，其特征在于，包括磁浮列车转向架、导向电磁铁模块、导向弹簧模块、传感器模块、通讯模块、斩波器模块、子控制器模块和主控制器模块；所述导向电磁铁模块安装于磁浮列车转向架横梁上，用于调整所述磁浮列车转向架的运行姿态；所述导向弹簧模块用于连接所述导向电磁铁模块和所述磁浮列车转向架；所述传感器模块能够测量所述导向电磁铁模块中的电流/电压信号，和测量所述导向电磁铁模块与所述磁浮列车转向架的磁浮轨道之间的实际磁浮导向间隙；所述主控制器模块能够根据磁浮列车当前运行速度指令和当前速度、磁浮列车转向架所处磁浮轨道位置、磁浮轨道半径大小以及所述传感器模块的测量结果计算出指令磁浮导向间隙，并将该指令磁浮导向间隙传递给所述子控制器模块，并通过所述通讯模块与所述传感器模块、所述子控制器模块进行信息交互和指令传达；所述子控制器模块内置了有限时间一致性控制算法，能够对指令磁浮导向间隙进行跟踪和估计，所述子控制器模块通过比较所述实际磁浮导向间隙与所述指令磁浮导向间实现对所述指令磁浮导向间隙的跟踪，同时能够将子控制器模块控制下的实际磁浮导向间隙通过通讯模块传递给相邻的子控制器模块，与相邻的子控制器模块相互通信和作用来不断修正自身的状态；通过所述子控制器模块控制所述斩波器模块决定所述导向电磁铁模块的输入电流/电压的大小，以控制所述导向电磁铁模块输出的导向电磁力的大小。 2.根据权利要求1所述的电磁主动导向系统，其特征在于，所述传感器模块包括：间隙传感器，所述间隙传感器安装于所述导向电磁铁模块上，用于测量所述导向电磁铁模块与所述磁浮轨道之间的实际磁浮导向间隙，并将测量到的实际磁浮导向间隙信号传递至所述主控制器模块和子控制器模块；电流传感器，所述电流传感器能够测量所述导向电磁铁模块中的电流信号并传递至子控制器模块，以及能够确定所述导向电磁铁模块的电磁力状态并传递至所述主控制器模块。 3.根据权利要求1所述的电磁主动导向系统，其特征在于，进一步所述电磁主动导向控制系统设置有高阶多控制器系统的动力学模型，所述高阶多控制器系统的动力学模型包括子控制器模块的高阶动力学模型和主控制器模块的高阶动力学模型；在任意初始条件下，T0∈[0,+∞)，所述有限时间一致性控制算法使得所述主控制器模块的高阶动力学模型和所述子控制器模块的高阶动力学模型满足：且式中，表示子控制器模块的高阶动力学模型中第i个子控制器模块的状态，k＝0，1，……n-1，表示主控制器模块的高阶动力学模型中主控制器模块的状态，k＝0，1，……n-1。 4.根据权利要求3所述的电磁主动导向系统，其特征在于，所述子控制器模块的高阶动力学模型为：式中，表示第i个子控制器模块的状态，k＝0，1，……n-1； ui(t)∈R表示第i个子控制器模块的控制输入；表示δ的k阶导数，且 5.根据权利要求3所述的电磁主动导向系统，其特征在于，所述主控制器模块的高阶动力学模型为：式中，代表主控制器模块的状态，k＝0，1，……n-1； uo(t)∈R代表主控制器模块的控制输入；表示δ的k阶导数，且 6.根据权利要求1所述的电磁主动导向系统，其特征在于，所述有限时间一致性控制算法包括：式中，表示第i个子控制器模块第k阶状态的一致性误差。 7.根据权利要求1所述的电磁主动导向系统，其特征在于，进一步所述电磁主动导向系统包括防护轮和报警模块；所述防护轮安装于所述导向电磁铁模块的两侧，所述防护轮能够手动释放或者自动释放，用于在所述导向电磁铁模块失效或者所述磁浮列车紧急刹车时的防护；所述电磁主动导向系统预设最大左右偏移量，当所述磁浮列车转向架姿态偏移达到该最大左右偏移量时，所述报警模块发出警示，同时自动释放所述防护轮。 8.一种永磁磁浮空轨列车的电磁主动导向控制方法，其特征在于，所述电磁主动导向控制方法利用权利要求1-7任一项所述的电磁主动导向系统，所述电磁主动导向控制方法包括： S1、所述主控制器模块能够根据磁浮列车当前运行速度指令和当前速度、磁浮列车转向架所处磁浮轨道位置、磁浮轨道半径大小以及所述传感器模块的测量结果计算出指令磁浮导向间隙，并通过所述通讯模块将该指令磁浮导向间隙的数据结果传输给子控制器模块； S2、磁浮列车在多工况下随磁浮轨道运行时，子控制器模块通过访问相邻的子控制器模块的信息、磁浮列车转向架左右两侧的实际磁浮导向间隙偏差值以及子控制器模块需要保持的目标跟踪值，利用分布式协同控制方法和有限时间一致性控制算法与相邻的子控制器模块相互通讯和协作确定输出的PWM波信号，通过PWM波信号控制斩波器决定所述导向电磁铁模块的输入电流/电压的大小； S3、所述导向电磁铁模块根据输入电流/电压的大小产生导向电磁力实现对实际磁浮导向间隙大小的控制，完成所述磁浮列车转向架的运行姿态的调整，使得多工况下磁浮列车转向架保持于磁浮轨道的中心位置。 9.根据权利要求8所述的电磁主动导向控制方法，其中，所述步骤S2包括： S201、子控制器模块根据内置算法对磁浮列车的指令磁浮导向间隙进行跟踪，访问相邻的子控制器模块的信息、实际磁浮导向间隙偏差值以及自身需要保持的目标跟踪值，计算出自身需要输出的控制量； S202、根据计算出的控制量结果与分布式协同控制方法、有限时间一致性控制算法产生不同占空比的PWM波信号； S203、将得到的PWM波信号输入斩波器，斩波器根据PWM波信号的占空比决定输出电流的大小。 10.根据权利要求8所述的电磁主动导向控制方法，其中，在所述步骤S3中，所述导向电磁力沿实际磁浮导向间隙方向变化的计算公式为：式中，N为单个导向电磁铁模块的线圈匝数，G为实际磁浮导向间隙的总磁导，Em为实际磁浮导向间隙的磁场能量，i为单个导向电磁铁模块中的电流，S为实际磁浮导向间隙。
所属类别：	发明专利