[发明专利]一种磁浮列车悬浮控制装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁浮控制装置，尤其是涉及一种磁浮列车悬浮控制装置及方法。

背景技术

EMS(Electro Magnetic Suspension)型磁浮列车是一种新型的轨道交通运输工具，具有运行噪声低、爬坡能力强、转弯半径小、安全可靠性高、运营维护成本低、造价低等突出特点。它利用电磁吸力使车体悬浮于轨道之上，列车与轨道之间保持无接触状态，克服了两者间的接触磨损，减小了运行阻力。悬浮控制器是实现车辆悬浮的执行机构，它根据悬浮电磁铁与轨道之间的气隙以及电磁铁的垂向运动加速度来改变悬浮电磁铁内部电流的大小,从而调节悬浮电磁铁与钢制轨道之间的吸引力,使磁浮列车保持在8～10mm气隙大小的稳定悬浮状态。经过几十年的技术开发，磁浮列车技术已基本成熟，正在逐步走向商业化生产和运营。

如图1所示，目前，中低速磁浮列车车辆走行部采用四悬浮架或五悬浮架结构。每个悬浮架上左右两侧各有1个电磁铁1。每个电磁铁1由4个线圈组成，两端两个线圈串联(线圈A和B串联，线圈C和D串联)在一起由1个悬浮控制器控制，称为一个悬浮点。每个悬浮架的电磁铁1由4个悬浮控制器立控制。

由于中低速磁浮列车车辆悬浮架结构所限，每个悬浮点对应1个空气弹簧，空气弹簧传递悬浮架和车体之间的作用力。从图1可以看出，当4个悬浮控制器中的任何一个出现故障时，对应的悬浮点将不能实现稳定悬浮，滑橇降落在轨道上，磁浮列车只能减速退出运行。假如五悬浮架结构三节编组的一列磁浮车，每节车有20个悬浮控制器，一列车共有60个悬浮控制器。只要60个悬浮控制器之中的1个出现故障，此列车就要退出运行，并且只能以故障状态慢速回库维修。这样的状况使得磁浮列车的可用性很差，不能达到商用运营的要求，成为制约磁浮列车进一步发展和应用的瓶颈。解决这个问题的基本途径有两个：一个是从结构上对中低速磁浮列车进行全面改造，使系统能够适应任何一个悬浮控制器故障都能够维持正常运行，如德国TR08系列高速磁浮列车“二托一”式的悬浮架结构。显然这样大规模改造的代价是高昂的，并且改造后会出现车辆结构不再适应原有的线路条件等问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用于中低速的磁浮列车悬浮控制装置及方法，它能有效地实现悬浮控制系统的冗余设计，使得磁浮列车能够在悬浮控制器部分故障的情况下仍能够正常运行。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种磁浮列车悬浮控制装置，用于控制磁浮列车电磁铁，其特征在于，包括两个结构相同、电气独立的控制单元，所述的控制单元包括控制电路、用于连接同一电磁铁的选通功率开关、用于产生所述电磁铁电流的功率变换电路、用于为控制电路和功率变换电路供电的辅助电源，所述的功率变换电路输出端与选通功率开关连接，功率变换电路的输出功率受所在控制单元的控制电路控制，所述的选通功率开关的通断同时受两个控制单元的控制电路控制，两个控制单元的控制电路相互连接，形成冗余控制结构。

两个所述的控制电路分别根据电磁铁上的悬浮传感器信号通过控制算法计算电磁铁电流期望值，分别控制所在控制单元的功率变换电路在电磁铁上产生相应大小的电流。

两个所述的功率变换电路为H型功率变换电路，分别具有独立的充电电路和放电电路。

所述的功率变换电路采用全控型功率器件以及续流二极管组成。

所述的选通功率开关为全控型电子功率开关。

两个所述的控制电路和两个所述的功率变换电路集成在一个控制箱中，一个所述的控制单元作为另外一个控制单元的热备份，或者两个所述的控制单元采用互为备份的方式实现冗余。

一种使用所述的磁浮列车悬浮控制装置进行悬浮控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，进入定时中断，控制电路分别采集由电磁铁上的悬浮传感器传送的信号数据；

S2，控制电路把自身以及所在控制单元中功率变换电路和辅助电源的诊断信息互相传送给另一个控制电路，若两个控制单元均工作正常，则两个控制电路根据信号数据计算电磁铁电流期望值，分别输出PWM信号到对应功率变换电路的驱动板，并分别控制功率开关任意一个闭合、另一个断开，使电磁铁电流产生电磁吸引力，车辆保持稳定悬浮状态；若两个控制单元中一个工作正常，另一个异常，则正常工作的控制单元的控制电路输出PWM信号到对应功率变换电路的驱动板，并控制对应功率开关闭合、另一个功率开关断开；若两个控制单元均异常，则两个控制电路控制两个功率开关均断开，电磁铁无电流；

S3，退出中断并等待下一个定时中断，返回S1。