[发明专利]一种抑制磁悬浮列车悬浮系统车轨耦合振动的方法及控制单元

权利要求书

1.一种抑制磁悬浮列车悬浮系统车轨耦合振动的方法，是将磁性轨道特性纳入到磁悬浮列车系统，使磁悬浮列车系统成为一个五阶系统，通过获取可代表磁悬浮列车和轨道状态之五个独立的状态量，然后根据上述五个状态量对磁悬浮系统进行综合控制，调整系统的控制量，使磁悬浮列车之悬浮间隙控制在一定的范围内，从而抑制了磁悬浮列车悬浮系统车轨的耦合振动，实现磁悬浮列车的稳定悬浮，其特征在于包括下述具体步骤：

1)获取磁悬浮列车悬浮间隙、悬浮电流、悬浮方向的速度、悬浮间隙的微分、悬浮间隙的二次微分五个独立的磁悬浮列车系统状态量；

2)调整悬浮电流的反馈系数k₄：将其他反馈系数均固定为0，在电磁铁的电压控制端输入一周期为1赫兹的方波，在电流反馈系数k₄为0的情况下，检测电磁铁中的电流上升到稳定时的时间，然后逐渐增大电流反馈系数k₄，最终使电磁铁中电流上升时间小于15毫秒；

3)调整悬浮间隙反馈系数k₁和k₆：固定电流反馈系数k₄不变，其他反馈系数固定为0，首先调整参数积分反馈参数k₆，使得电磁铁从有电流到离开轨道的时间为1～3秒，然后逐渐增加悬浮间隙反馈控制系数k₁，使得电磁铁在设定的悬浮间隙下，能够提供足够的悬浮力；

4)调整悬浮方向速度反馈系数k₅：固定步骤2)、3)中已经调整好的系数，控制量中的其他反馈系数为0，在电磁铁作不稳定的上下往复运动的情况下，逐渐增加悬浮方向速度反馈系数k₅，直到实现电磁铁稳定悬浮；

5)优化悬浮间隙和悬浮方向的速度的反馈系数：于步骤2)、3)、4)之后，在控制量中加入一个频率为1赫兹，幅值较小的方波，检测悬浮间隙随着方波波动的调整时间和超调量，然后在小范围内不断调整反馈系数k₁和k₅，使得悬浮间隙的超调量在10～20％，调节时间在120～180毫秒；

6)调整悬浮间隙微分反馈系数k₂和悬浮间隙二次微分的反馈系数k₃：在系统存在车轨耦合振动的情况下，逐渐的加大反馈系数k₂和k₃的值，直至车轨耦合振动消除；

7)将上述五个独立的磁悬浮列车系统状态量及各反馈系数加权后得到悬浮控制量u：u＝k₁(x-x₀)+k₂x’+k₃x”+k₄i+k₅v+k₆∫(x-x₀)，以控制电磁铁中的电流大小，使磁浮列车稳定悬浮在设定的悬浮间隙x₀下。

2.根据权利要求1所述的一种抑制磁悬浮列车悬浮系统车轨耦合振动的方法，其特征在于，用于获取磁悬浮列车悬浮间隙、悬浮电流、悬浮方向的速度、悬浮间隙的微分、悬浮间隙的二次微分五个独立的磁悬浮列车系统状态量之悬浮控制单元包括：

悬浮磁铁，用于给磁悬浮列车提供动力；

悬浮传感器，用于检测出悬浮磁铁的状态，获取悬浮间隙信号x，加速度信号a和电流信号i；

悬浮控制器，其含有减法器和积分器，用于将接收的上述悬浮间隙信号x，加速度信号a和电流信号i进行处理，然后将处理后的信号按照数学关系式计算出控制量u，使得悬浮电磁铁产生的力正好等于它承受的重力；

以及微分器，用于处理所述悬浮间隙信号x，使之得到间隙微分信号x’和二次微分信号x”。

3.根据权利要求2所述的一种抑制磁悬浮列车悬浮系统车轨耦合振动的方法，其特征在于，所述悬浮间隙采用间隙传感器获取；悬浮电流采用电流互感器获取；悬浮方向的速度采用加速度计积分获取；悬浮间隙的微分是通过微分器将悬浮间隙通过两个时间常数很小的一阶惯性环节相减来获取，悬浮间隙的二次微分是通过微分器将悬浮间隙微分通过两个时间常数很小的一阶惯性环节相减来获取。

4.根据权利要求2所述的一种抑制磁悬浮列车悬浮系统车轨耦合振动的方法，其特征在于：所述悬浮控制单元还包括一功率放大器，用于将悬浮控制器给出的悬浮控制量u进行放大，向悬浮磁铁提供必要的电流。