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。

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.

中速磁浮列车雷电试验及仿真研究

[目的]中速磁浮列车在高架线路上运行时,车身有可能遭受雷击。若中速磁浮列车车体采用复合材料,在遭受雷击时有可能受损甚至被击穿,进而使乘客受到雷击伤害。为此,需要在复合材料车体设计时进行防雷设计,而雷电在列车上的附着点是设计的关键。[方法]制作了中速磁浮列车单节车厢的精确缩比模型,阐述了磁浮列车雷电附着点试验的依据、试验件、试验方法及试验结果。采用COMSOL Multiphysics有限元数值仿真软件,将中速磁浮列车雷电附着点的区域分为车头风挡、车身顶部、侧棱、侧棱尖端、设备安装区域以及地面6个部分,并对整车进行了雷电仿真计算。[结果及结论]通过列车缩比模型雷电试验获得了单节车厢较为详细的雷电附着点分布情况,雷电仿真得到列车表面电场分布情况,仿真结果与试验结果相吻合。结合试验及仿真结果,提出了中速磁浮列车的雷电防护设计建议。

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.

中低速磁悬浮列车车内噪声预测与分析

中低速磁悬浮列车的车内噪声对乘客的舒适性有很大影响,而关于中低速磁悬浮车内噪声特性仿真分析较少,有必要开展中低速磁悬浮列车车内噪声预测与分析。首先基于统计能量分析(SEA)对中低速磁悬浮列车进行车内噪声建模;然后,对仿真结果进行功率流分析,得到车内最大噪声出现的位置与显著频段;最后分别针对声源激励和车体隔声进行车内噪声灵敏度分析。结果表明:中低速磁悬浮列车车内最大噪声出现在客室中部和250 Hz~800 Hz频段内,这与车下声源分布有密切关系。地板隔声和受电靴-供电轨系统空气声源激励变化对车内噪声影响最为显著。通过统计能量分析和灵敏度分析对中低速磁悬浮车内噪声进行预测和分析,为我国中低速磁悬浮列车的低噪声设计提供有益参考。

基于ANSYS/LS-DYNA的停放制动滑橇螺栓跌落强度分析

中低速磁浮列车悬浮架各部件间主要通过螺栓进行联接,在列车悬浮失效跌落时,停放制动滑橇与托臂联接处的螺栓受到较大的剪切作用,存在结构安全风险。利用HyperMesh建立了悬浮架有限元模型,考虑了停放制动滑橇位置的螺栓联接及接触关系,基于ANSYS/LS-DYNA仿真了悬浮架不同速度下的跌落过程,计算了各接触对的接触力波动情况,分析了联接螺栓、滑橇键、滑橇安装座及托臂的应力变化及分布规律。结果表明:跌落碰撞瞬间各接触对的接触力达到峰值,然后在小幅波动过程中呈减小趋势;运动状态的悬浮架跌落时,各接触力远大于静悬落车工况,联接螺栓的应力显著增大,滑橇键、滑橇、滑橇安装座的最大等效应力超过了材料的屈服极限,存在结构安全风险,工程中需要注意及时检查。

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”。

中速磁浮列车综合安全状态监测预警与维护支持技术研究与实现

本文针对中速磁浮列车在途状态监测、预警、隐患状态评估和主动运维支持等需求,通过对中速磁浮列车关键部件工况高效主动感知、综合工况与安全状态监测评估、预警预测、适度主动运维和应急处置等关键技术的研究,构建了中速磁浮列车综合安全状态监测预警与维保支持系统方案,研制了中速磁浮列车主动维修、安全维保支持平台和技术装备,实现了对中速磁浮列车的综合运行安全状态全息化的主动监测、综合安全状态的演化趋势预测、故障风险和隐患的评估。充分考虑磁浮列车各关键部件安全性特征和评判依据及关联性,综合使用数据分析、预测、评估等方法,构建了满足中速磁浮列车特点的综合安全状态评估预测方法,为实现综合高效、低成本以及快速中速磁浮系统提供技术支撑。

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。

中速磁浮列车最小运行单元关键技术研究及实现

中速磁浮列车设计制造过程中将两节车进行连挂组成最小运行单元,既可以缩减中速磁浮交通系统调试周期,又有利于整列车的联调联试。文章阐述了列车最小运行单元的车载电网系统、车载网络控制系统及悬浮导向涡流制动系统的设计及功能验证。现场实车静动态调试结果表明,该最小运行单元可稳定悬浮和可靠动车,具有良好效果。

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。

中低速磁浮车辆制动系统选型研究

文章对在中低速磁浮列车上应用的气液转换制动系统和全液压制动系统分别进行了介绍,阐述了两种系统的组成、结构和工作原理,并通过对比分析两种系统的优缺点,提出中低速磁浮列车制动及供风系统的使用建议。

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。