[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

说明书

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，图像采集模块通过双目相机采集悬浮间隙图像和轨道图像，图像处理模块和间隙计算模块对上述图像处理并计算悬浮间隙值d和电磁铁过轨道接缝距离L，悬浮控制模块将收到的d值与目标悬浮间隙值比较，通过PID调节得出无轨缝时电流值，并通过L和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，保持稳定悬浮。本发明增大了系统的动态刚度，具有抗干扰能力强，悬浮稳定性高等特点。

技术领域

本发明涉及磁悬浮列车技术领域，具体为一种基于机器视觉的中低速磁悬浮列车通过对悬浮间隙，过轨道间隙距离的检测实现磁浮列车过轨道接缝稳定控制的系统。

背景技术

磁浮列车可以离开地面一定高度飞行，但是依然需要在地面上有可靠的支撑和导向系统即轨道。考虑到热胀冷缩以及施工误差，轨道间不可避免的存在轨缝。

目前中低速（时速小于200公里）磁悬浮列车间隙传感器采用较多的是电涡流式间隙传感器，它利用电涡流效应来实现气隙的无接触测量，控制悬浮间隙在8～12mm的工作范围。该种传感器在检测线圈中通过交变电流时，会产生交变磁场，使金属被测体内部感应出环状电流，该电流会产生交变磁场会影响检测线圈中的磁场，从而使传感器线圈的等效电感随着间隙的变化而变化。所以可以通过测量检测电路的电感值来获得悬浮间隙的值。

电涡流传感器虽然应用广泛，但存在有一定的缺点与不足，其测量结果受被测物体表面加工状况和被测物体材料的影响，而且传感器工作环境存在电磁干扰问题，实际应用时需要针对测量环境进行校准，在使用时若不对其进行非线性校正则不能正常工作。此外，悬浮间隙传感器的工作环境温度变化较大，电涡流传感器的测量精度受温度影响很大，温度漂移影响了传感器的输出特性使其非线性度变大甚至不能正常工作。而且在通过轨缝时，金属被测体相当于在无穷远处，此时电涡流传感器测出的悬浮间隙为最大悬浮间隙，若用此悬浮间隙会导致悬浮系统稳定性变差甚至导致悬浮系统失稳。

传统的磁浮列车系统主要包括电磁铁、悬浮车、间隙传感器、悬浮控制电路以及斩波器等部分。磁浮列车系统是一个闭环控制系统，一般由间隙传感器检测钢轨与电磁铁之间的距离变化，当悬浮间隙增大，钢轨与电磁铁距离增大，间隙传感器输出电压发生变化，然后间隙电压信号发送到悬浮控制器处理，再经过斩波器调节电磁铁电流，使得电磁铁电流增大，电磁吸力增大，悬浮车被吸回平衡位置，反之同理，故能使悬浮车在平衡位置悬浮。但是车辆经过轨道接缝时，仅仅依靠电涡流传感器无法获得准确的悬浮间隙，故经过轨道接缝时会出现扰动。

发明内容

针对现有的悬浮间隙测量技术所存在的不足，本发明的目的是提供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，旨在解决现有的磁悬浮列车间隙传感器在车辆过轨道接缝时无法检测悬浮间隙以及抗干扰能力弱、安装工艺复杂、成本过高、需进行非线性校正等问题，同时实现单个检测装置同时检测悬浮间隙，轨道间隙，电磁铁过轨缝距离的功能。通过以上参数的检测以显著提升悬浮系统的悬浮性能，增大系统的动态刚度，提高系统的抗干扰能力和系统的悬浮稳定性。

本发明的目的是这样实现的：

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，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；