中低速磁浮列车制动过程的时滞补偿预测控制

中低速磁悬浮列车制动过程中具有非线性强、时滞大、时滞特性难处理等特性,传统列车制动控制方法难以实现对磁浮列车制动过程的精准速度控制。为解决中低速磁悬浮列车制动过程的时滞问题,提高制动控制精度,提出一种中低速磁浮列车制动过程的时滞补偿预测控制方法。首先,根据中低速磁悬浮列车实际运行数据,利用带有遗忘因子的递推最小二乘法辨识列车模型参数,建立列车自回归模型。然后,根据得到的受控自回归积分滑动平均模型和Smith预估器构建带时滞补偿的广义预测控制器并分析其控制律更新过程,实现对中低速磁悬浮列车制动过程的纯滞后补偿,降低列车制动过程中时滞特性的影响。最后,基于某磁浮线现场数据,以中低速磁悬浮列车制动过程为被控对象进行实验仿真,并比较时滞补偿广义预测控制方法与传统广义预测控制方法对于中低速磁悬浮列车制动过程速度跟踪控制的效果。仿真结果表明:所设计的时滞补偿广义预测控制器能够以更高的精度实现对中低速磁悬浮列车制动过程的速度跟踪,且与传统广义预测控制方法相比,系统跟踪误差更小并具有更好的控制性能。所提出的时滞补偿广义预测控制算法不仅解决了中低速磁悬浮列车制动过程的时滞问题,而且有效提高了列车制动控制的精度,验证了该方法的有效性。

构架式磁浮车辆悬浮冗余性能分析

为了提高中低速磁浮列车的运行安全性和可靠性,某公司设计了一种速度160 km/h、具有整体式悬浮框的构架式磁浮车辆。文章以该整体式悬浮框结构的构架式磁浮车辆为研究对象,研究其悬浮冗余有效性。基于Simpack多体动力学软件建立了车辆的动力学模型,分析构架式磁浮车辆在单点悬浮电磁铁失效时的动力学特性;对比了不同速度、不同位置电磁铁失效对车辆平稳性的影响;研究了不同的线圈串接方式下构架式磁浮车辆在电磁铁单点失效时的振动响应。结果显示,在电磁铁单点失效条件下,车辆各项指标均发生突变;不同失效速度下车体横向平稳性指标变化不大且均在优秀范围,而垂向平稳性指标随着失效速度的增加而增大,但在速度为100 km/h时仍保持优秀水平;不同位置的电磁铁失效对车辆平稳性影响差异不大;在采用一位线圈和三位线圈串接的减振措施后,构架式磁浮车辆的空簧垂向位移和悬浮模块振动加速度明显变小,减小了电磁铁的倾覆作用。

中低速磁浮列车噪声研究与分析

[目的]在实际运行过程中,中低速磁浮列车产生的噪声是影响其列车服务质量的关键,因此有必要对中低速磁浮列车进行噪声分析。[方法]介绍了中低速磁浮列车噪声试验方案;以某中低速磁浮车辆为例,对列车典型运行工况下的列车磁浮噪声、悬浮架振动和直线电机电流进行分析,并提出相应的降噪措施。[结果及结论]9#电机测点处声压的噪声频率主要集中在低频段50 Hz以下,1000 Hz及其倍频处的噪声尤为明显。悬浮架垂向振动加速度主要集中于0~1.5 g(g为重力加速度),制动段垂向加速度明显高于加速段垂向加速度。悬浮架的垂向振动加速度高频振动成分主要集中在1000 Hz及其倍频处。1000 Hz的谐波电流会引起谐波电磁激振力,使车底机械结构发生电磁激振,进而引起磁浮列车车底的高频噪声。调整开关频率和加装滤波器等降噪措施能有效降低中低速磁浮列车的运行噪声。

中低速磁浮列车电磁线性涡流制动装置控制效能研究

[目的]线性涡流制动装置是磁浮列车的关键技术之一,但该技术目前仍不够成熟。对涡流制动技术进行研究,具有非常重要的理论意义和应用价值。[方法]建立了中低速磁浮列车线性涡流制动装置的模型,推导得到总涡流制动力F的计算式。为验证所设计涡流制动装置的减速效能,研制了涡流制动实物装置,并进行了台架试验。建立了电磁涡流制动力矩控制系统模型,分别基于开环控制算法、PID(比例-积分-微分)控制算法及模糊控制算法,得到这三种控制算法的中低速磁浮列车制动力特征曲线,进而对中低速磁浮列车的电磁涡流制动效能进行了深入分析。[结果及结论]对比仿真结果和试验实测结果,列车制动力的变化趋势几乎一致,由此可认为所推导的数学模型可信度较高。开环控制算法存在明显的超调,模糊控制算法较PID控制算法表现更佳。

中低速磁浮诱发交通枢纽换乘中心振动响应研究

针对中低速磁浮诱发机场综合交通枢纽换乘中心(GTC)振动问题,建立磁浮列车-轨道梁耦合振动模型和轨道梁-GTC-土体有限元模型,采用两步法对车致GTC振动响应特征、传播规律和振级进行分析.磁浮列车采用多体动力学建模,轨道梁采用有限元法建模,两者之间通过线性化磁轨关系形成耦合振动模型,并通过与现场实测结果对比验证了模型的正确性.基于所建立的耦合振动模型,获取H型钢轨枕与承轨台之间的扣件力时程并将其施加在轨道梁-GTC-土体模型上,通过瞬态分析得到了GTC典型观测点的动力响应.结果表明:磁浮列车诱发振动沿高度方向传播时,结构柱和楼板的振动响应均随高度的增加先减小后增大,沿水平方向传播时,振动响应随距离的增大而快速衰减;GTC振动响应存在明显的倍频现象,即扣件力主频倍频处振动响应的功率谱密度曲线存在明显峰值;当车速为60 km/h时,车辆激励主频与轨道梁一阶竖向自振频率接近,此时观测点的1/3倍频程最大振级大于其他车速;当磁浮列车以60~120 km/h车速通过GTC时,各楼层最大Z振级均未超过规范限值,表明该机场GTC具有良好的整体刚度.

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。

中低速磁悬浮列车制动系统及控制方法

中低速磁悬浮列车是一种新型的城市轨道交通工具,其结构与传统客运轮轨车辆有一定的差异。文章介绍了中低速磁悬浮列车制动系统的基本结构及主要功能,分析了制动系统的特点以及制动控制过程中的影响因素,提出了针对性的制动控制方法,提高了制动系统性能,对列车载客运营具有重要意义。

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.

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。

中低速磁浮列车-简支梁系统耦合振动试验研究

为探讨中低速磁浮列车-简支梁系统的耦合振动特性,以长沙中低速磁浮交通运营线中的一跨25m简支梁为研究对象,开展现场动载试验,对磁浮列车及简支梁的各动力响应值进行测试和分析。研究表明:磁浮列车、简支梁的动力性能良好,均满足规范要求;随着车速的增加,简支梁竖向与横向的各动力响应值均增大,且竖向增速大于横向;简支梁竖向加速度峰值集中在20 Hz以内,横向加速度远小于竖向加速度,且集中在20~80Hz;空气弹簧具有良好的隔振作用,使车体表现为低频振动(竖向1 Hz、横向1.5 Hz),悬浮侧架的加速度明显大于车体,含有较显著的中高频振动(50~100Hz)成分。

中低速磁悬浮列车控制及网络系统

介绍了中低速磁悬浮列车控制及网络系统的设计思路与系统组成,从网络控制系统总线、拓扑、功能等角度对网络控制系统进行了阐述,通过车辆逻辑控制模块、列车线的分析,对中低速磁悬浮列车硬线继电控制系统进行了说明。

长沙中低速磁浮运营线列车-桥梁系统耦合振动试验研究

为探究不同桥梁结构形式对中低速磁浮列车-桥梁系统耦合振动的影响,选取长沙中低速磁浮运营线中的两种典型桥梁:一跨25m简支梁和(25+35+25)m连续梁为研究对象,开展现场动载试验,测试了列车在桥梁上运行时车辆及桥梁的动力响应。首先分析两种桥梁的基频特性并与仿真值进行了对比,随后分析了车辆与桥梁的动力特性及振动加速度频谱分布特征。结果表明:两种桥梁基频的仿真值与实测值较为吻合;在磁浮列车作用下,简支梁及连续梁竖向加速度峰值均集中在20Hz以内,横向加速度峰值分布在20~80Hz,其中简支梁的振动加速度幅值整体大于连续梁。列车通过简支梁时,车体、悬浮侧架的振动频谱峰值分布与通过连续梁时一致,通过简支梁时的振动幅值更大;悬浮侧架竖、横向加速度远大于车体,空气弹簧具有良好的隔振效果。试验研究成果可为磁浮高架桥梁设计、相应规范或标准的制定提供借鉴。

中低速磁浮列车悬浮供电系统设计

介绍了中低速磁浮列车悬浮供电系统的结构及特点。分析了悬浮供电系统主要设备DC/DC变换器和蓄电池组的容量要求,给出了DC/DC变换器和蓄电池组的容量选择及系统设计方案。

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。

不同桥跨对中低速磁浮列车-简支梁系统竖向耦合振动影响机理研究

为研究不同桥跨对中低速磁浮列车-简支梁系统竖向振动特性的影响,建立中低速磁浮列车-简支梁系统竖向耦合振动模型。以25 m、30 m、35 m三种典型跨径的混凝土简支梁为研究对象,对中低速磁浮列车-桥梁系统竖向振动特性进行分析。结果表明:建立的耦合振动数值模型可靠;随着简支梁跨径增加,桥梁竖向动挠度增加,而竖向加速度减小;车体和悬浮架的竖向动位移和加速度均随着简支梁跨径的增加而减小,悬浮架竖向加速度的优势频段集中在0~30 Hz和50~80 Hz,车体整体表现为低频振动(0~15 Hz);悬浮间隙和悬浮力的波动范围随着简支梁跨径增加而减小;不同跨径会改变桥梁竖向加速度的频谱分布特性;磁浮线路可根据需要,在满足静力安全服役的前提下,灵活选择简支梁跨径,最大程度节约工程造价。

轻合金助“飞”磁浮列车

磁(悬)浮列车在离轨面8 mm〜10 mm的空间沿着轨道向前“飞”,目前中低速(约100 km/h)、中速(不大于160 km/h)、高速(约500 km/h)磁浮列车车辆都是用铝合金材料制造的。日本计划2027年投入运营的01型磁浮列车车辆则准备用阻燃镁合金制造。较详细地阐述了中国磁浮铁路的建设历程、现状、发展趋势与轻合金材料在磁浮车辆中的应用,制造车辆用的铝材中国都能制造。2019年中国有挤压力不小于45 M N的大挤压机142台,占世界总台数215台的66%。

中低速磁浮列车U形电磁铁的电磁力特性分析

由于中低速磁浮列车车体携带较重的初级线圈,影响了列车载客能力和牵引动力,为了提高中低速磁浮车的运载能力,必须提高U形磁铁的悬浮和导向能力。以国内已经开通运营的2条中低速磁浮试验线中U形电磁铁基本结构参数为例,建立U形电磁铁的3D有限元仿真,根据电磁力仿真结果,分析得到影响电磁力特性的主要结构参数为铁芯长度、磁极宽度、线圈厚度和励磁电流等,根据仿真计算结果,总结上述参数对电磁力特性的基本规律。根据主要结构参数的作用规律,更新了原来参数设计值,仿真结果验证了上述规律的正确性和新参数值的合理性。

基于中点弦测法的中低速磁浮轨道不平顺检测

针对中低速磁浮F轨轨道不平顺检测问题,提出基于机器视觉测量技术的中点弦测方法。由一组激光摄像式传感器检测轨道轮廓,进行图像处理、特征点提取以及世界坐标系转换后,计算得到轨道不平顺正矢值,通过“以小推大”、差值方法得到不同弦长的不平顺值,并为长沙磁浮快线研制了MTDS-1型车载非接触式中低速磁浮F轨轨道动态检测装置。选取株洲电力机车有限公司的磁浮交通系统中心试验线为试验地点,测试结果表明:在20 km/h和25 km/h的速度下测得的4 m弦和10 m弦轨道不平顺满足精度要求,验证了轨道不平顺检测数据的一致性,该检测方法能实现中低速磁浮轨道不平顺的准确测量,检测结果不受列车运行速度变化的影响。

基于周期自适应学习的中低速磁悬浮列车运行控制方法

为了提高中低速磁悬浮列车的运行控制性能,利用列车往返运行的周期性,提出一种基于周期自适应学习的运行控制方法。该周期自适应补偿控制器由4部分组成:PD模块、速度前馈模块、周期自适应线路附加阻力补偿模块以及涡流阻力与空气阻力补偿模块。在线路参数未知的条件下,周期自适应补偿模块通过学习上一周期内的信息,估计线路附加阻力中的未知参数,消除线路附加阻力对列车运行过程的影响。利用某磁悬浮试验线数据进行仿真研究,结果表明,提出的周期自适应运行控制方法可以有效提高中低速磁浮列车的运行控制性能。

中低速磁浮列车中置式悬浮架的耦合姿态分析

研究中低速磁浮列车中置式悬浮架防侧滚和解耦能力,分析落车、悬浮两种状态下的防侧滚梁受力状态,并对单悬浮架进行落车状态防侧滚试验。基于几何及运动关系分析悬浮架理论耦合姿态,讨论悬浮架受到垂向激扰时的运动规律,以及防侧滚梁组件的结构参数与耦合姿态之间的关系。研究结果表明:中置式防侧滚梁方案能够满足悬浮架防侧滚要求,同时还具备较好的垂向运动解耦能力,一侧悬浮模块受到垂向激扰时对另一侧影响较小,有利于悬浮稳定性;较长的片梁有利于悬浮模块之间的垂向运动解耦,同时能减小吊杆的摆动角度;吊杆长度对悬浮模块之间的垂向运动解耦影响不明显,对其摆动角度与摆动幅度具有相反的影响规律,建议吊杆长度取0.15~0.20 m。