中低速磁浮列车多传感器融合测速方法

针对中低速磁浮列车测速问题,文章以凤凰中低速磁浮快线为研究对象进行分析,提出一种多传感器融合的测速方法。首先,分析涡流传感器的测速原理及其测速不准的主要原因;其次,针对中低速磁浮线路测速不准问题,从算法层面和运动学原理角度提出处理方法;最后,采用卡尔曼滤波算法对涡流传感器、雷达和加速度计的信息进行融合测速。试验结果表明,当列车速度大于1 m/s时,该方法的测速相对误差在±2%之内,满足磁浮列车的测速精度要求。

EMS型中低速磁浮列车悬浮架技术研究综述

悬浮架是承载EMS(electro-magnetic suspension)型中低速磁浮列车运行的关键子系统,影响列车的悬浮稳定性、舒适性和安全性,需要对其进行深入研究.围绕国内外EMS型中低速磁浮列车应用案例,介绍了(悬挂)端置式悬浮架、(悬挂)中置式悬浮架的技术方案和特征,总结了主要技术指标.结合悬浮架技术研究、发展现状,讨论了磁轨作用关系、运动解耦能力、动力学性能、结构强度以及悬浮冗余设计五大研究方向,通过对研究内容梳理和总结,归纳了现有前沿科学问题和工程技术挑战:一是轨距亟须统一;二是动态磁轨关系研究欠缺;三是悬浮架横向动力学有待研究;四是悬浮架疲劳强度分析及试验不足;五是悬浮架机械结构冗余设计方案较少.

中低速磁浮列车基础制动装置制动效率的影响因素

目的:为了更好地提高制动系统性能,对中低速磁浮列车基础制动装置制动效率的影响因素进行研究。方法:以中低速磁浮列车用无间隙调整机构的基础制动装置为研究对象,对制动输出效率影响因素进行理论分析和试验验证。结果及结论:空气压力越小,制动效率越低,闸瓦/闸片磨耗量越大,制动效率越低;当空气压力低于一定程度时,制动效率的降低更为明显;空气压力越小,闸瓦/闸片的磨耗对制动效率的影响越大,即同样的磨耗量下,制动力的离散性更大。在进行基础制动装置设计时,应合理选择弹簧参数、制动倍率、摩擦因数、闸瓦/闸片磨耗量等参数,尽量降低空气压力、闸瓦/闸片磨耗量对制动效率的影响;在进行制动系统设计时,应注意结合基础制动装置本身特性,合理设定各制动级位下的制动压力,尽量减小空气压力和闸瓦/闸片磨耗量对制动效率的影响。

中低速磁浮列车发展现状与高技能人才需求分析

系统梳理了国内外中低速磁浮列车发展现状,着重分析了国家层面对中低速磁浮交通的规划目标,详细阐述了中低速磁浮列车的技术特征。基于中低速磁浮列车的发展现状和技术特征分析了高技术技能人才需求,得出如下结论:线路新增带来磁浮行业人才需求激增;检修任务繁重致使磁浮从业人员需求加大;多学科技术特征需要复合型高技能人才。研究结论可为中低速磁浮列车技术高职专科专业课程改革和建设提供参考。

中低速磁浮列车的运行品质及运行平稳性研究

以位于临港新城的上海中低速磁浮试验线为研究对象,对中低速磁浮列车的运行品质和运行平稳性进行分析研究。分析了中低速磁浮列车第1节车厢中5个测点各个方向振动加速度的最大幅值,并计算出在不同速度下各测点各方向的加速度振动频谱和平稳性指标,以及同一速度(60 km/h)下的平稳性指标时程变化曲线。研究表明:该中低速磁浮列车的横向振动加速度最大幅值和垂向振动加速度最大幅值分别为0.30 m/s2和0.86 m/s2,列车的横向平稳性指标和垂向平稳性指标最大值分别为1.15和1.30。依据GB/T 5599—2019标准中关于轮轨列车运行品质和运行平稳性的评定方法,测试的中低速磁浮列车的运行品质及运行平稳性等级均为“优”。

中低速磁浮列车悬浮性能测试系统研究

目的:当前,根据悬浮控制器上传的数据开展的中低速磁浮列车悬浮系统性能评估实时性不够,为了达到中低速磁浮列车的悬浮性能评估的实时性,开展中低速磁浮列车性能测试系统的研制工作。方法:研制工作分为硬件研制和软件设计两部分进行。硬件部分采用高速A/D(模拟/数字)转换芯片采集多路传感器数据,并通过FPGA(现场可编程门阵列)灵活配置采样频率采集数据,采用卡尔曼滤波方法对采样数据进行滤波处理,同时内嵌一个Wi-fi模块,将FPGA采集处理的数据高速打包上发到软件部分,以满足实时性要求。软件部分采用Labview平台开发,软件平台实时接收Wi-Fi模块上传的传感数据,并将这些数据标定与滤波,计算出各类原始传感数据,最终在界面中显示各悬浮性能指标曲线。结果及结论:试验测试结果表明,研制的中低速磁浮列车测试系统能实时地对悬浮系统性能开展评估,满足中低速磁浮系统的需求。

中低速磁浮列车车外噪声特性及声源贡献测试分析

通过现场测试,对磁浮列车的车外噪声进行了测量。对比分析了磁浮列车外部噪声与地铁列车车外噪声的特性差异。基于声线追踪法,建立了磁浮列车的车外噪声仿真模型,并与试验结果进行了对比验证。基于该仿真模型分析了磁浮列车的车外噪声贡献。研究结果表明,当列车运行速度为60 km/h时,磁浮列车的车外噪声比地铁列车低5 dB(A)左右,其车外噪声贡献主要来自于受电靴/供电轨系统,显著贡献分布在200~5000 Hz频带。

中低速磁浮列车受流器滑板磨耗性能试验前后表面形貌变化分析

为了研究中低速磁浮列车运用过程中受流器滑板磨耗情况,利用靴轨关系试验台,开展滑板磨耗性能试验。采用仪器观察磨耗性能试验前后滑板试样外观、金相组织。结果表明:磨耗性能试验前滑板试样表面可见Cu颗粒,并有少量Cu富集,一些Cu颗粒中含Pb。在靴轨关系试验台运行速度分别为80 km/h和160 km/h条件下,试验后的滑板试样表面滑痕方向与滑板试样长度方向基本一致。试验台以80 km/h速度运行1×104 km后,滑板试样表面可见Cu颗粒;试验台以160 km/h速度运行1×104 km后,滑板试样表面几乎未见Cu颗粒。试验台以80 km/h或160 km/h运行1×104 km后,滑板试样表面“蚀坑”部位的Cu含量较高。另外,滑板试样表面“亮带”部位较周边区域的Cu含量高,这与载流条件和一定运行速度下滑板试样与接触轨试样摩擦时发生的金属转移有关。

基于气隙调整的中低速磁浮列车直线感应电机效率提升

文章从中低速磁浮列车整车系统层面出发,在保证列车安全和稳定的情况下,提出基于电机气隙主动调整的提升直线感应电机效率或降低其功耗和温升的方法;根据列车不同的实际工况提出3种优化策略,并利用ANSYS Maxwell电磁仿真软件,对3种优化策略下电机在全速度域内的牵引特性进行仿真分析;最后通过与列车在原控制方式下的性能进行对比分析,证明优化策略的可行性。

低速磁浮列车悬浮系统动力学建模及非线性控制

以国家磁浮交通工程技术研究中心的低速磁浮列车为研究对象,探讨了外界扰动、非线性和时变性条件下悬浮控制系统的设计问题.首先建立悬浮系统非线性数学模型,并搭建悬浮系统仿真平台.然后设计线性PD(proportion differentiation)控制律,仿真表明其性能依赖参数的选取,对扰动敏感,鲁棒性弱.为提高悬浮控制器的鲁棒性,由可变边界层和指数趋近律出发,导出改进型的滑模控制律.用Lyapunov法证明其稳定性.仿真结果表明该控制律动态性能好,控制精度高,鲁棒性强,且能有效抑制系统颤振.最后通过整车试验证明所提出的改进型滑模控制律的有效性.

EMS型低速磁浮列车U型电磁铁设计方法研究

针对EMS型低速磁浮列车的U型电磁铁,研究其气隙磁密及结构参数的设计方法。气隙磁密应选为铁芯材料的磁导率下降到其最大值的90%时所对应的磁密。结构参数包括极长、极高、窗宽、窗高和轭厚,极长影响牵引效率及过弯能力,极宽影响承载能力和导向刚度,窗宽和窗高影响重量,但随轨宽而定,轭厚按磁轭与磁极的磁密相等的原则来选取。

低速磁浮列车防侧滚吊杆运动学研究

针对磁浮列车位于弯道时防侧滚吊杆运动学问题,以单转向架为研究对象,基于D-H变换建立转向架正向运动学方程。结合轨道弯道线型的特征参数,分析磁浮列车通过弯道时悬浮模块的相对位姿关系,通过求解运动学模型的逆解,计算当车辆通过弯道时防侧滚吊杆的运动情况。考虑磁浮列车在实际运行过程中间隙波动的问题,分析防侧滚吊杆满足解耦要求的运动学条件,最终为防侧滚吊杆的结构设计与改进提出建议,对低速磁浮列车防侧滚吊杆的分析和设计具有参考价值。

低速磁浮列车磁悬浮系统仿真平台设计与控制

低速磁浮列车采用电磁型(EMS)悬浮控制系统。由于系统的本质非线性和开环不稳定,使控制系统的设计成为磁浮交通的关键技术。文中首先建立了磁悬浮系统非线性动力学模型,并搭建了磁悬浮系统仿真平台,该平台可用于控制策略的设计与验证。然后利用线性化模型,设计了带有加速度反馈的PD控制律。通过仿真平台中非线性模型的仿真结果,优化了控制器结构和参数。最后通过整车试验验证了所设计的控制系统的有效性。

新型悬浮架结构中低速磁浮列车提速运行稳定性研究

以新型空气弹簧中置式悬浮架结构中低速磁浮列车为研究对象,建立了考虑悬浮控制系统的车辆动力学模型。对列车在直线段快速运行时的动力学特性进行了分析研究,目的在于研究中低速磁浮车辆提速运行情况下的安全性和稳定性。研究结果表明:新型磁浮列车以最高160 km/h速度直向运行时,车辆垂向平稳性仍属优秀级,但横向平稳性指标大于2.5。有必要对二系横向悬挂参数进行优化。将新型磁浮车辆的空气弹簧横向刚度减小到150 kN/m以后,所有行车速度工况下车辆的垂向和横向平稳性指标均小于2.5,车辆运行平稳性指标属优秀级。

低速磁浮列车单悬浮架机电控制建模及动力学特性研究

建立包含4个独立的悬浮闭环控制的低速磁浮列车单悬浮架动力学模型,仿真分析悬浮架的耦合效应。结果表明,悬浮架在低频段具有较好的解耦性能,但在稍高的某频段内则具有显著的耦合作用。耦合作用是由于悬浮架的几种共振模式引起的,其频段和耦合幅值与控制参数和结构参数有关。

低速磁浮列车转向机构动力学建模研究

研究目的:利用实体软件,基于多体系统动力学理论及其虚拟仿真ADAMS软件,建立低速磁浮列车转向机构动力学实体分析模型和多体动力学仿真计算模型,准确仿真计算和分析低速磁浮列车多种典型运行工况动态响应特性,为磁浮车辆转向机构结构参数化设计与优化分析提供可靠的程式化理论计算方法。研究结论:(1)在典型工况下,通过与传统解析分析方法计算结果印证,建立高精确性和可靠性的城市低速磁悬浮车辆转向机构87自由度计算模型,所建模型可以仿真在特殊要求工况下传统计算方法不能准确计算的磁浮车辆转向机构动态响应特性;(2)在所建模型中,首次提出并创建了沿磁悬浮轨道前进又能准确反映磁浮轨道不平顺的无质量5个虚拟移动平台;(3)针对低速磁浮列车中分段非线性空气弹簧特性、非接触磁悬浮力元和磁浮轨道曲线位置约束等建模难点,在模型中完成了相应问题的特征描述和公式表达;(4)相比传统解析分析方法,本文建立的程式化仿真模型更适合于多自由度磁浮列车转向机构参数优化设计,对同类型低速磁浮列车动力学仿真平台建立具有一定参考价值。

中低速磁浮列车运行控制系统的方案及其实现

以国防科技大学中低速磁浮列车试验线为应用背景,介绍了中低速磁浮列车运行控制系统的基本功能需求, 主要包括驾驶功能、保护功能和监视功能。在功能需求设计的基础上,阐述了其运行控制系统的多总线原理实现结构和各节点的基本构成方案,最后给出有关试验结果。在磁浮列车试验线上。基于文中所述的运行控制系统的总体设计,建立了相应的硬件系统,开发了相应的控制软件,并进行了车载试验。

锂离子电池在中低速磁浮列车上的应用

通过对铅酸电池、镍镉电池、锂离子电池的对比分析,提出了采用新型磷酸铁锂锂离子电池作为中低速磁浮列车悬浮系统电池的方案,并通过了相关测试及试验验证。

中低速磁浮列车悬浮传感器信号传输

分析了中低速磁浮列车悬浮传感器信号传输的衰减、延时以及易受干扰等问题,并提出了解决方案。建立了信号传输系统的简化模型,并按照阻抗匹配原则确定了主要器件参数,防止信号长线缆传输时出现衰减畸变;分析了悬浮系统动态响应允许的传感器信号最大延时,设计并实施了基于振动台的对比测试;针对信号传输电磁环境特点,设计了滤波电路以及屏蔽和接地方案,通过了射频辐射感应抗扰度和脉冲群抗扰度测试。结果表明,悬浮系统动态特性不受信号串行通信延时的影响,所提出的解决方案能实现准确、及时、可靠的信号传输。

中低速磁浮列车悬浮诊断系统数字信号处理器在线升级方法

针对中低速磁浮列车悬浮诊断系统DSP(数字信号处理器)程序升级操作繁琐的问题,设计了一种基于既有诊断网络CAN(控制器局域网)总线的DSP程序在线升级方案。在DSP程序升级时,升级终端将升级指令和升级程序的文件发送到CAN总线。DSP识别到升级指令后转至升级工作模式,接收新程序文件并将其烧写到闪存中,从而实现在线升级。测试结果表明,该方法能安全、高效地对单个或批量的DSP完成程序在线升级。