[发明专利]一种基于搭接结构整体的高速磁浮列车悬浮控制方法

说明书

本发明公开了基于搭接结构整体的高速磁浮列车悬浮控制方法，所述方法包括：步骤S100：以基于搭接结构整体的高速磁浮列车的一个悬浮框为对象，建立包含悬浮框在内的搭接结构整体模型；步骤S200：设计状态观测器获取悬浮框位移；步骤S300：基于线性二次型最优控制理论设计全状态反馈控制器；步骤S400：采用全状态反馈动态调节施加在电磁铁两端的电压，使基于搭接结构整体的高速磁浮列车稳定悬浮。能够完整地描述搭接结构的物理特性，更好地体现出搭接结构的优势，实现扰动抑制作用，以提高对磁浮列车的悬浮控制性能。

技术领域

本发明涉及磁浮列车领域，尤其涉及基于搭接结构整体的高速磁浮列车悬浮控制方法。

背景技术

高速磁浮列车采用搭接结构的形式来提高系统的可靠性。电磁铁通过碟片弹簧与托臂相连，相邻的两个托臂通过托臂连接件固连在一起，构成一个搭接结构。一侧电磁铁的运动会影响到悬浮框的运动，悬浮框运动又会影响到另一侧电磁铁的运动，因此搭接结构内相邻的两个电磁铁是紧密联系的。目前的控制器设计都是仅考虑单侧电磁铁的作用，将另一侧电磁铁的作用当作外部干扰来加以抑制。不能完整地描述搭接结构的物理特性，也不能使磁浮列车取得更好的悬浮性能，更好地体现出搭接结构的优势来。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供基于搭接结构整体的高速磁浮列车悬浮控制方法，能够完整地描述搭接结构的物理特性，更好地体现出搭接结构的优势，实现扰动抑制作用，以提高对磁浮列车的悬浮控制性能。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

基于搭接结构整体的高速磁浮列车悬浮控制方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S100：以基于搭接结构整体的高速磁浮列车的一个悬浮框为对象，建立包含悬浮框在内的搭接结构整体模型；

步骤S200：设计状态观测器获取悬浮框位移；

步骤S300：基于线性二次型最优控制理论设计全状态反馈控制器；

步骤S400：采用全状态反馈控制器动态调节施加在电磁铁两端的电压，使基于搭接结构整体的高速磁浮列车稳定悬浮。

优选地，所述步骤S100具体为：

步骤S101：搭接结构整体的高速磁浮列车的一个悬浮框进行受力分析得到悬浮框的运动方程函数；

步骤S102：根据悬浮框的运动方程函数进而得到线性化的包含悬浮框在内的搭接结构整体模型。

优选地，所述步骤S101中悬浮框的运动方程函数为：

其中，m_b为悬浮框质量，H是悬浮框位移，是悬浮框位移的二次导数，即悬浮框运动的加速度，F_sl是左侧碟片弹簧弹力，F_sr是右侧弹簧弹力，M_g是悬浮框对应的等效承载质量，F_d是外界扰动量，g是重力加速度。

优选地，所述步骤S102中线性化的包含悬浮框在内的搭接结构整体模型为：

其中：X是系统状态变量，U是控制量，Y是系统输出，A、B、C为系统参数，其含义分别为：

其中，m_l是左侧电磁铁质量，m_r是右侧电磁铁质量，，k为碟片弹簧弹性系数，k_a，k_b，k_c，k_d分别为与电磁铁电流特性和力特性相关的系统参数。