中低速磁浮列车轨道台阶识别及波动抑制算法研究

来源 :国防科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:suibianyidianyaoshi
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中低速磁浮列车作为一种全新的交通方式,有着低成本、低能耗、低噪声、占地少、爬坡能力强等诸多优点。现在已应用到了长沙磁浮快线和北京S1线之中,目前,北京磁浮S1线主体建设已经完成,正在进行联调联试工作,即将在2017年底正式投入试运营。在中低速磁浮列车调试过程中,发现由于轨道铺设、温度变化、路基沉降等诸多原因,在轨道的接头处存在轨道缝隙宽度和轨道台阶高度超标的现象。超标轨道接缝和轨道台阶的存在将降低EMS型悬浮列车的动态性能,甚至影响悬浮系统的稳定性。为了保证悬浮系统的稳定运行,我们一方面需要进一步精调轨道。另外一方面,也需要从控制策略着手,探索新的控制算法,使得悬浮系统能够克服轨道台阶的干扰,减小悬浮间隙的波动,提高系统的稳定性。本文以国防科技大学研制的北京磁浮S1线磁浮列车为背景,首先以转向架单边电磁铁作为研究对象,建立了单边双悬浮点与刚性轨道耦合的动力学模型,设计PID反馈控制,仿真分析了轨道接缝和台阶影响下悬浮系统的动态响应。其次,本文讨论了传感器间隙和等效悬浮间隙之间的区别和联系,将等效间隙用于悬浮系统的反馈控制中。研究了在运行过程中,根据悬浮传感器辨识轨道接缝和台阶的信息,能够对台阶进行补偿的融合间隙值的方法。使用补偿后的融合传感器间隙计算得出的等效悬浮间隙作为控制器的反馈,能够降低悬浮电磁铁的垂向加速度和悬浮电流变化率,提高系统抗干扰能力。最后,由于两个悬浮点刚性连接,转向架在竖直平面内的俯仰运动会使得两个悬浮点悬浮间隙的变化互相影响。采用基于逆系统的解耦方法,可以将双悬浮点解耦成两个独立的伪线性系统。采用极点配置法建立反馈控制器。仿真结果同样表明,采用逆系统解耦的控制算法会进一步降低悬浮系统的垂向加速度和电流变化率,提高系统运行平稳性。本文的研究结果可以证明这些新的控制方法对于克服轨道台阶带来的干扰有着较好的效果。同时,本文的相关控制策略也需要在未来的工作中进一步进行工程试验验证。
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