基于逆系统方法的磁浮列车非线性控制

EMS型磁浮列车高速运行时由于车轨相互耦合,使悬浮系统的动力学行为变得复杂,影响车辆安全性、舒适性。为提高系统的鲁棒性,提出了一种基于逆系统理论的非线性悬浮控制器设计方法。首先,建立了EMS型磁浮列车的单磁铁非线性动力学模型。然后,讨论了基于逆系统的非线性反馈控制方法在悬浮控制器设计中的运用,通过系统伪线性化及系统综合,设计出了基于逆系统反馈线性化和鲁棒伺服控制的组合控制器。数值仿真验证了逆系统控制方法的有效性。

EMS型磁浮列车上下坡过程仿真研究

在株洲低速EMS磁浮试验线实验中发现,磁浮列车上下坡时经过有坡度的轨道,容易出现砸轨现象,严重影响了车辆的安全性和舒适性。为研究这一问题,建立了具有4个自由度的低速EMS型磁浮列车单节车厢-轨道动力学模型,仿真分析了在不同车-轨条件下,车辆上坡过程中的动力学行为。仿真结果表明,车辆参数、车辆速度、轨道坡度都会影响车辆通过时的稳定性;轨道采用缓和曲线能减少车辆受到的冲击。在磁浮系统轨道线路设计中应该综合考虑系统多个参数之间的关系。此研究结果对于完善EMS磁浮系统车辆设计、轨道线路规划方面具有一定的参考价值。

单磁铁悬浮系统自激振动的稳定性分析及抑制

为了研究EMS型磁浮列车起浮后与轨道相互耦合发生的自激振动对车辆安全性、舒适性造成的影响,建立了单磁铁悬浮系统的车体-悬浮架-轨道的动力学模型.分析了车-轨系统的稳定性及悬浮控制器和系统各主要参数对振动的影响,提出了系统各参数和稳定性关系的表达式,讨论了运用瞬时最优控制算法抑制车-轨自激振动的具体方法.数值仿真了在3组不同系统参数条件下瞬时最优控制对于自激振动的抑制效果.研究结果表明:车辆结构、悬浮控制器、轨道各主要参数在车-轨自激振动中相互影响;当仿真系统起浮10 s时,悬浮气隙振幅分别减少了59%、62%、5%,轨道振幅分别减少48%、94%、73%,表明了控制方法的有效性.

基于悬浮控制算法的磁浮列车动力学仿真研究

使用MATLAB建立了EMS型磁浮列车一节完整车厢的动力学模型,模型描述了车体-悬浮架-弹性轨道之间的关系,并具有4个自由度。仿真分析了车辆以200 km/h速度通过弹性轨道,当悬浮控制器分别采用3种不同的控制算法时车-轨耦合振动的系统动力学行为。仿真结果表明,在一定速度以及固定的车辆-轨道物理参数条件下,悬浮控制器采用不同的控制算法,车体-悬浮架-轨道各自的动力学行为有明显差异,磁浮列车的安全性与舒适性互相矛盾。理想的悬浮控制器算法应该在保证列车安全性的前提下,尽可能提高舒适性,同时通过改良悬浮控制算法可以提高车-轨耦合振动过程中系统的动态性能。此研究对于完善磁浮列车悬浮控制器设计具有参考价值。

磁浮列车车轨耦合振动仿真研究

为了分析车轨道耦合振动过程中各因素的影响,建立了车体-悬浮架-轨道的简化动力学模型和动力学方程,利用数值方法研究了一节列车在静态悬浮过程中,整个车体与轨道耦合振动的垂向动力学行为。分析了轨道和车辆主要参数对振动的影响,并给出了仿真结果。仿真结果表明,轨道的抗弯刚度,长度,车轨质量比,以及车辆的悬浮刚度对于耦合振动影响较大;同时经过二系悬挂的衰减,车厢的振动较小。结论可供车辆悬浮控制器设计和轨道梁设计参考。

基于漏磁补偿的混合电磁铁磁力修正研究

电磁永磁混合磁铁的悬浮磁力具有强非线性特点,与磁铁结构密切相关,而现有混合磁铁磁力解析计算公式忽略了磁路漏磁等因素影响,在实际计算中存在较大误差.针对这一问题,建立了两种常用混合磁铁结构的磁路模型,分析了边缘磁通分布、磁路漏磁对磁铁工作磁路的影响,推导了两种混合磁铁的磁路方程及相关磁阻,提出了一种新的混合磁铁磁力修正计算方法,最终通过有限元分析对两种结构的混合磁铁磁力进行了验证.研究结果表明:由于悬浮气隙较大,电磁永磁混合磁铁在电磁力计算中漏磁影响不能忽略;采用本文磁力修正公式计算,两种混合结构电磁力误差分别降低为3.8%和8.3%.

磁悬浮列车静态悬浮轨道参数识别

EMS型磁悬浮列车静态悬浮过程中由于弹性轨道的影响可能会引起车轨共振。理论上如果能够获知系统所有的参数,就能针对这些参数设计出更好的控制算法,或者动态地调节控制系统来实现更好的性能。提出一种根据车轨耦合振动过程中车辆能够获知数据,辨识轨道主要参数的方法,并根据获知参数设计控制算法,抑制车轨耦合振动,最后仿真验证了该方法的有效性。

基于.Net平台的通用自动测试系统设计

介绍了自动测试系统的基本工作原理和要完成的任务,简要的分析了.Net平台的优点。设计了基于.Net平台的通用自动测试系统,讨论了该系统的主要优点,以及将该系统移植到不同的应用环境中完成各种不同测试任务的方法。

基于．Net平台的通用自动测试系统设计

本文介绍了自动测试系统的基本工作原理和目标任务，简要地分析了．Net平台的优势。设计了基于．Net平台的通用自动测试系统，论述了该系统的主要优，点．，并给出了将该系统移植到不同的应用环境中去完成各种不同测试任务的方法。

梯形Halbach永磁阵列空心直线同步电动机特性的解析计算与优化

提出了一种新型的双边不对称梯形永磁空心直线电动机。首先使用等效磁荷法建立了梯形单块磁体的三维空间磁场解析模型,再由叠加原理得到双边Halbach阵列空心电机的气隙磁密三维模型。在考虑线圈横向端部效应的基础上,推导出电机运行过程中的反电动势与电磁推力的表达式。利用解析模型分析了梯形磁体阵列气隙磁密谐波分布的规律,并对其进行优化;三维有限元仿真结果表明所提解析模型具有较高的准确度,同时采用经过优化的梯形阵列定子,可以达到提高气隙磁密正弦性从而减小推力波动的目的。

弹性轨道上磁浮车辆动力稳定性判断方法

分析了EMS型磁浮车辆的动力稳定性,建立了简化的车轨耦合振动系统动力学模型,推导了轨道各模态单独作用下系统的时变线性化动力学方程。通过对方程的化简,得到系统状态矩阵和特征方程的相关系数,根据系统渐进稳定条件下系数之间的关系,推导了系统动力稳定应满足的基本条件,并给出了快速判断动力稳定性的判据。当判据值大于1时,系统稳定;当判据值小于1时,系统不稳定。研究结果表明:当6种工况的速度分别为100、180、260、340、420、500km·h-1,抗弯刚度分别为4.83×1010、3.86×1010、3.38×1010、3.38×1010、3.86×1010、4.83×1010 N·m2,轨道梁长度分别为24.8、22.4、20.4、20.4、22.4、24.8m时,求得对应的稳定性判据值分别为1.639、0.624、2.339、0.870、3.252、0.571,对应的Lyapunov特性指数分别为-3.580×10-2、2.443×10-1、-3.910×10-2、1.515×10-1、-5.471×10-2、1.939×10-1,工况1、3、5的稳定性判据值大于1,对应的Lyapunov特性指数小于0,系统是稳定的,工况2、4、6的稳定性判据值小于1,对应的Lyapunov特性指数大于0,系统是不稳定的,2种判断结果一致,因此,提出的判据是有效的。而且稳定性判据解释了随着车辆速度增加而出现共振的原因,揭示了车辆速度、车轨系统主要参数与磁浮车辆动力稳定性之间的关系,避免了高维动力学微分方程求解的复杂性,工程应用简便。

EMS型磁浮列车通过变坡点的稳定性研究

EMS(electric-magnetic suspension)型磁悬浮列车在上坡和下坡过程中,由于轨道曲线快速变化,在磁浮试验线中反复出现车辆砸轨现象,对磁浮系统的安全性、舒适性造成很大影响.针对这一问题,本文建立了磁浮车—轨道系统的动力学模型,理论分析了轨道坡度、传感器安装位置、车辆速度、车辆质量在磁浮列车通过轨道变坡点时对于稳定性的影响,推导了轨道坡度—车辆各主要参数和稳定性之间的关系表达式.数值仿真验证了稳定性条件的有效性,该结论对于磁浮车辆和轨道系统设计具有参考意义.