[发明专利]一种基于车轨状态监测的悬浮冗余控制系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于车轨状态监测的悬浮冗余控制系统及方法，该系统用于在控制列车稳定悬浮的同时对车轨状态进行检测，并通过对悬浮间隙和电磁铁振动情况的分类和学习确定状态类型，所述的系统包括相互连接的电磁铁驱动主电路模块、用于正常情况悬浮控制的第一控制板和用于正常情况下车轨状态监测诊断和异常情况下替代第一控制板进行悬浮冗余控制的第二控制板；所述电磁铁驱动主电路模块包括用于控制切换第一控制板和第二控制板的第三FPGA模块和用于悬浮控制的驱动模块，所述的第三FPGA模块和驱动模块相互连接。与现有技术相比，本发明具有实时性好、容错性高等优点。

技术领域

本发明涉及磁浮列车悬浮控制领域，尤其是涉及一种基于车轨状态监测的悬浮冗余控制系统及方法。

背景技术

磁浮列车作为一种新型的轨道交通工具，能够在有效达成高铁、地铁等大容量交通运输工具相类似载客需求的前提下实现无接触运行，从而避免了以往轨道交通面临的轮轨磨损问题和噪声问题，进而有效降低了运营维护成本，并且提高了运行速度上限。此外，由于目前研发与运行的磁浮列车均采用“抱轨”形式，因此有效避免了脱轨等重大事故发生的可能性，进而提高了安全可靠性。电磁铁是保证磁浮列车稳定悬浮的执行机构，而悬浮控制系统结合悬浮传感器和加速度传感器所输出信号改变电磁铁内部电流大小，使磁浮列车能够在期望悬浮间隙处(8mm～10mm)处进行稳定悬浮。在过去几十年的开发研究过程中，磁浮列车技术基本成熟，逐步走向商业化生产和运营。

目前，商业化运行的均为电磁悬浮型磁浮列车(EMS型磁浮列车)。由于列车在动态悬浮运行过程中的悬浮间隙可调范围小，车轨状态对于列车悬浮的稳定性影响较大。

经过检索中国专利公开号CN108382265A公开了一种低速磁浮列车悬浮冗余控制系统，包括设于悬浮架一侧电磁铁上的四个悬浮电磁铁磁极、设于电磁铁两侧的两个悬浮传感器、与四个悬浮电磁铁磁极一一对应连接的四个悬浮斩波器，以及与悬浮斩波器分别连接的悬浮控制器，所述的悬浮控制器与两个悬浮传感器分别连接；但是基于目前的技术手段，悬浮控制算法的参数比较固定，且车轨状态无法进行实时分析，只能采用先采集后分析的方法确定车轨状态，这就导致了分析效率太低并且对于动态悬浮过程中的列车悬浮间隙调整不具有实时性。

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实时性好、容错性高的基于车轨状态监测的悬浮冗余控制系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

根据本发明的第一方面，提供了一种基于车轨状态监测的悬浮冗余控制系统，该系统用于在控制列车稳定悬浮的同时对车轨状态进行检测，并通过对悬浮间隙和电磁铁振动情况的分类和学习确定状态类型，所述的系统包括相互连接的电磁铁驱动主电路模块、用于正常情况悬浮控制的第一控制板和用于正常情况下车轨状态监测诊断和异常情况下替代第一控制板进行悬浮冗余控制的第二控制板；

所述电磁铁驱动主电路模块包括用于控制切换第一控制板和第二控制板的第三FPGA模块和用于悬浮控制的驱动模块，所述的第三FPGA模块和驱动模块相互连接。

优选地，所述第一控制板包括相互连接的第一FPGA模块和第一DSP模块；所述第二控制板包括相互连接的第二FPGA模块、第二DSP模块和存储模块；所述第一DSP模块和第二DSP模块连接；所述驱动模块的输出端分别与第一DSP模块和第二DSP模块连接；

所述第一FPGA模块和第二FPGA模块，用于采集并处理传感器信号；

所述第一DSP模块，用于计算控制量并进行以太网或CAN通信；

所述第二DSP模块，用于进行对车轨状态进行监测诊断。

优选地，所述存储模块包括Flash存储器，用于存储传感器信号和第二DSP模块发送的监测诊断信号。

优选地，所述传感器信号包括4路间隙信号和2路加速度信号。