[发明专利]一种悬挂式中低速永磁悬浮列车运动控制系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种悬挂式中低速永磁悬浮列车运动控制系统及控制方法，采用长定子永磁同步直线电机方式驱动中低速永磁悬浮列车，使得列车爬坡能力更强、更轻便以及运行效率更高。通过选用STM32F407控制模块以及西门子S7‑1200PLC作为双核控制器，选用S120变频器作为电机驱动装置，模块化程度高，结构简单、稳定性好、工程造价低、维护方便。另外，选用交叉回线定位方式来反馈永磁悬浮列车位置以及速度信息，具有较好的定位精度，采用定子电流d轴分量恒定为零的转子磁链定向解耦控制方式，构建位置、速度和电流三闭环矢量控制系统。

技术领域

本发明涉及磁悬浮列车控制技术领域，具体涉及一种悬挂式中低速永磁悬浮列车运动控制系统及控制方法。

背景技术

目前在国内外，中低速磁悬浮列车的牵引方式的最优选择方案是采用短定子异步直线电机进行牵引。短定子异步直线电机牵引方式是在车上安装三相电枢绕组、牵引变压器及变流器等全套牵引装置，轨道上安装感应轨作为转子，车辆一般采用接触受流的方式从地面供电系统获取动力电源。这种方式结构优点是结构简单，容易维护，造价低，但主要缺点是功率偏低，效率低，列车本体笨重。我国的长沙机场线与北京S1线磁悬浮列车，以及日本的HSST型磁悬浮列车都采用这种推进方式。而长定子同步直线电机牵引方式是在轨道上全线铺设上定子线圈(称为长定子)，车辆上的悬浮磁铁同时作为直线电机的转子，而所有的牵引供变电、变流控制、开关控制等设备均设在地面上。考虑到定子线圈的电能损耗、反电势等因素，要将线路上定子线圈划分了多个区间(称为牵引分区)，每个牵引分区均设有完整的牵引供变电系统。仅有列车行经的区间的地面牵引系统在工作，列车在跨分区时相邻的牵引分区间进行自动交接。长定子直线电机的优势是牵引功率大、效率比短定子更高，能够实现更高的牵引速度，其缺点是地面设备多，系统复杂，工程造价高。

因此，设计出一个稳定性更好、结构更简单、工程造价更低以及维护更加方便的基于长定子同步直线电机驱动方式的中低速悬挂式永磁悬浮列车运动控制系统是有很重要的研究意义以及应用价值。

虽然直线电机的控制策略已经发展多年，但是目前仍以传统的PID控制策略为主。这主要是因为PID控制已经满足大多测控系统，并且PID程序编写方便、参数调试可靠性较高。但是PID控制在复杂的非线性时变系统中控制效果往往差强人意，特别是对于参数和结构不确定的控制系统，PID控制很难满足要求。直线电机伺服控制系统具有非线性的特点，若仅仅采用PID控制则无法达到期望的控制效果。因此，相关研究人员提出了复合控制的思想，即在PID控制中引入现代控制策略结合形成新型的控制方法。目前在直线电机控制策略中应用较好的是模糊PID控制，如王兴贵、袁泉等将模糊PID控制器应用于永磁直线同步电机伺服控制系统中，使得系统表现出较好的动态响应性能。但是在实际应用过程中由于直线电机驱动装置本身使得系统存在一定的滞后，模糊PID控制在抑制滞后的作用上无法达到预期的效果。

因此，如果能够可以提出一种能够抑制滞后，并且控制效果优于模糊PID的直线电机控制策略，将提高列车的位置、速度控制精度以及增强系统的鲁棒性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种悬挂式中低速永磁悬浮列车运动控制系统及控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种悬挂式中低速永磁悬浮列车运动控制系统，包括上位机模块、控制单元模块、运动控制模块以及交叉回线系统；

所述上位机模块包括触摸屏和主控计算机；所述控制单元模块包括控制模块和PLC控制器，控制模块采用STM32F407微型控制器，PLC控制器采用西门子S7-1200 PLC；所述运动控制模块包括S120变频器和无铁芯长定子的永磁直线同步电机；

所述S120变频器和所述PLC控制器通讯连接；