[发明专利]基于图像处理的中低速磁悬浮列车过轨道接缝控制系统

权利要求书

1.一种基于图像处理的中低速磁悬浮列车过轨道接缝控制系统，其特征在于，包括图像采集模块，图像处理模块，间隙计算模块，悬浮控制模块，悬浮斩波器，电流传感器，磁浮列车，电磁铁；

所述图像采集模块包括安装在磁浮列车上的双目相机，用于采集悬浮间隙图像和轨道图像并将其传送至图像处理模块；

所述图像处理模块与所述图像采集模块相连，用于接收传送的悬浮间隙图像和轨道图像，并将处理后的图像传送至所述间隙计算模块；

所述间隙计算模块与所述图像处理模块相连，用于通过图像计算悬浮间隙值d和电磁铁过轨道接缝距离L，并将其传送至悬浮控制模块；

所述悬浮控制模块与间隙计算模块相连，用于将收到的悬浮间隙值d与目标悬浮间隙值进行比较，通过PID调节得出无轨缝时电流值；通过电磁铁过轨道接缝距离L和悬浮间隙值d对无轨缝时电流值进行过缝校正，最后与电磁铁当前电流值进行比较得出电流偏差，通过该偏差改变悬浮斩波器占空比以此改变悬浮电磁铁电流：当电流偏差值Ei变大时，增大PWM波的占空比，使输出电流变大，当电流偏差值Ei变小时，减小PWM波的占空比，使输出电流变小，完成稳定悬浮控制；

所述电流传感器与电磁铁相连，将电磁铁电流值传送至悬浮控制模块；

所述悬浮斩波器与悬浮控制模块相连，收到悬浮控制模块的占空比以调节电磁铁电流；

所述磁浮列车为悬浮主体，被电磁铁控制稳定悬浮；

所述图像采集模块的双目相机由安装在磁浮列车左侧和右侧的两个高速工业相机组成，每个悬浮点的悬浮间隙图像和轨道图像由两个高速工业相机采集，两个高速工业相机安装在悬浮点外侧能观察到悬浮间隙和轨道的位置，高速工业相机的光轴与水平面平行，与侧悬浮架上悬浮电磁铁的侧边沿呈固定夹角θ，即每个高速工业相机能够同时拍摄到本侧的悬浮间隙图像以及轨道图像；经过双目标定的两个高速工业相机同时拍摄电磁铁上边缘到轨道下边缘的悬浮间隙图像以及轨道图像，将各自采集到的图像分别传送给图像处理模块；

图像处理模块：对接收的悬浮间隙图像和轨道图像进行处理，图像处理包括双目图像校正，关键区域识别、灰度化、滤波、二值化、边缘提取过程；图像处理模块将处理后的图像传输至间隙计算模块；

间隙计算模块：根据图像处理模块处理后的图像计算出悬浮间隙值d，以及电磁铁过轨道接缝距离L；

所述悬浮控制模块包括悬浮间隙值d变化量计算单元，无轨缝时电流值计算单元，反馈增益值调整单元以及电流偏差计算单元；

悬浮间隙值d变化量计算单元：根据间隙计算模块实时发送的悬浮间隙值d和目标悬浮间隙值，得到悬浮间隙值d的变化量ΔX(t)；

无轨缝时电流值计算单元：计算无轨缝时的电流值

其中Kp、Kv、Ka分别为比例环节、微分环节和积分环节的反馈增益，根据系统稳定性需求，调整所述反馈增益值的大小；

Δv(t)为悬浮间隙值d变化量的一阶微分ΔX’(t)，

Δa(t)为悬浮间隙值d变化量的一阶积分,

电流偏差计算单元：电流偏差;

其中，f(d),f(L)分别为悬浮间隙值d和电磁铁过轨道接缝距离L的函数，i(t)为无轨缝时电流值即没有轨缝时列车稳定悬浮需要的电流，L为电磁铁过轨道接缝距离，为过缝校正后电流值，i₀为电磁铁当前电流值，

。