基于AFC数据的突发事件下城市轨道交通乘客路径决策研究

为了更好地刻画突发事件下城市轨道交通乘客路径决策行为,提出一种基于AFC数据的乘客感知路径决策分析方法。通过突发场景问卷调查数据,构建突发事件下乘客等待时间阶梯函数。依据突发事件下城市轨道交通乘客出行特点,建立突发事件下路径效用函数。考虑乘客出行行为受期望到达时间约束影响,构建乘客感知的路径决策模型,计算各路径选择概率。算例实验结果表明,模型计算结果与真实值相对误差不超过15%。将突发事件下与正常情况下的进出站客流、换乘量和断面客流量进行对比分析,掌握突发事件下路网客流分布规律。

永磁磁浮空轨系统的研究与设计

绿色、智能、安全是未来交通运输发展的主旋律。磁悬浮技术具有适应范围广、智能化程度高等优点,是下一代城市轨道交通技术的研究热点。提出一种新型智能永磁磁浮轨道交通系统,由稀土永磁悬浮模块、直线永磁同步电机驱动模块、智能定位与走行控制模块、地面供电模块、无线数据传输与运行控制模块、轨道支撑与基础等六大部分组成;通过软件仿真与实车测试等方式验证车辆负载与驱动牵引能力。结果表明,该系统具有较好的可行性与合理性,同时具备生态、智能、安全、经济等特点。广泛适用于景区、沿江、环湖、特色小镇、交通接驳,以及环境优美、地形起伏的中小型丘陵城市发展公共交通兼城市景观建设。

基于COMSOL的永磁电磁混合悬浮实验设计与分析

为改善永磁磁浮技术及装置性能验证过程中存在的危险系数高、费用昂贵、现场测试条件差等问题,基于系统仿真软件模拟优势,应用相似理论的模型实验方法,探究了电磁场与永磁场的主动控制策略,设计了一套完整的磁悬浮实验系统。以工程电磁场理论及非线性有限元算法为基础,利用COMSOL Multiphysics模型开发器对永磁电磁系统的磁力场作用规律及控制策略进行了设计与分析,验证了两种悬浮结构的多模态模型下的控制算法的可行性,并为初步研制并联式混合悬浮系统设计及算法实现提供了模拟样机,为提高学生理论分析及应用设计能力提供了更为直观、系统的实验平台。

ADRC参数自整定的永磁磁浮列车速度鲁棒控制

永磁磁悬浮(Permanent Magnet Maglev,PMM)是继电磁悬浮和电动悬浮之后提出的一种磁悬浮轨道交通新制式,相对传统轮轨和磁悬浮轨道交通,具有低碳节能、建设成本低、工期短,选线灵活、占地少等优势,为我国构建绿色、智慧城市交通网络提供了一种理想方案。精确平稳的速度跟踪控制是PMM列车全自动驾驶运行过程安全高效的重要保障。在复杂静磁场力和多变环境因素干扰下,传统的列车速度控制方法难以实现PMM列车的精确平稳速度控制。为解决PMM列车在复杂干扰下智能驾驶过程的精确平稳速度跟踪控制问题,提出一种基于参数自整定ADRC的PMM列车速度跟踪鲁棒控制方法。首先建立PMM列车的纵向动力学模型,描述PMM列车运行控制过程的非线性迟滞特性。然后设计一种基于BP神经网络控制参数估计的自抗扰控制器(BP-ADRC),实现列车速度控制过程中ADRC扩张状态观测器的参数自适应调整。最后在Simulink仿真环境中进行PMM列车速度跟踪控制仿真实验,实验得出BP-ADRC控制器的速度跟踪精度比传统的BP-PID和ADRC控制器分别提高20.96%和16.66%,速度跟踪平稳性分别提高19.78%和16.69%。实验结果表明,相比传统的列车速度控制方法,BP-ADRC控制器在提升PMM列车速度跟踪控制精确度和鲁棒性方面具有显著优势,证明了该方法的有效性和可行性。

考虑机械阻尼结构的永磁悬浮系统动态特性研究

针对永磁悬浮结构的刚性解耦与振动抑制问题,以单自由度永磁悬浮系统为对象,研究弹簧阻尼结构对永磁悬浮系统的动态特性调节机理。将阻尼悬挂的动力学特性引入永磁斥力型悬浮模型中,分析表明弹簧阻尼悬挂并不能直接改善永磁悬浮结构的零阻尼特性。引入并联式混合悬浮结构,构建弹簧阻尼影响下的电磁永磁混合模型,并在电流/间隙双环反馈控制下,改善永磁悬浮结构的动、静态特性,结果表明:弹簧阻尼结构加剧了被控系统模型的复杂程度,但合理的弹簧有利于车辆减振与控制解耦,为进一步考量中小型悬浮架的机械解耦、车辆减振等设计,提供了理论基础和参考依据。

电磁悬浮系统的改进线性自抗扰控制方法

单点电磁悬浮系统是常导电磁磁浮列车悬浮系统的关键控制单元。针对单点电磁悬浮系统因强干扰影响导致控制性能下降的问题,提出了一种改进型线性自抗扰控制(LADRC)方法。首先,基于电磁悬浮结构及原理建立了单点悬浮系统线性化模型,并对系统稳定性进行了分析。其次,基于自抗扰控制方法设计位置外环控制器以及基于PI调节器的电流内环控制器,对线性扩张状态观测器进行改进,设计两级级联的线性扩张状态观测器提高扰动估计精确度及速度,进而提高LADRC中扩张状态观测器对系统扰动的估计能力,并在频域上分析了改进型LADRC扰动估计性能和抑制能力的优越性。最后,搭建实验环境,对改进线性自抗扰控制方法的有效性进行验证。实验结果表明,所提的改进型LADRC不仅具有良好的位置跟踪性能,同时相比传统LADRC具有更强的抗扰动能力。

单点混合磁悬浮系统的自抗扰控制仿真研究

电磁永磁混合悬浮技术比常导磁悬浮技术具有显著的节能优势。然而,由于永磁材料存在非线性特性,且实际工程应用中时常面临扰动突变与磁场变化等现象,因而提高了混合悬浮系统的抗扰动能力与控制精度要求。以单点磁-电混合悬浮球为研究对象,依据单自由度的简化结构,构建混合悬浮球的动力学模型并分析混合悬浮系统处于欠稳定状态。针对混合悬浮球系统的非线性、悬浮精度要求高与悬浮参数摄动等特点,设计基于Levant微分器的自抗扰控制算法,将Levant微分器安排在过渡过程可实现兼顾响应的快速性与滤波能力的同时简化控制器结构,一定程度上降低了调参难度。分析并验证基于Levant微分器的自抗扰控制算法在稳定性、冗余性、适应性和鲁棒性方面的优越性。仿真结果表明:相比于PID算法,基于Levant微分器的自抗扰控制算法可实现在超调量较小的情况下具备较快的响应速度、较强的抗扰动能力、适应性以及鲁棒性,由此为未来实现“永磁材料为基础,电磁控制为手段”的工程实践提供理论基础,进一步促进将自抗扰控制算法实践于混合悬浮技术的工程化应用中。

基于LESO的改进滑模磁悬浮控制算法

针对磁悬浮系统具有的非线性、时滞性、强扰动等特性,提出一种基于线性扩张状态观测器的改进滑模控制方法。首先,建立电磁悬浮系统的数学模型,通过分析模型的动力学特性,将数学模型线性化;其次,为了改善一般滑模变结构控制的抖振问题,采用改进的滑模控制方法,通过引入边界可变幂fal函数代替Sign符号函数且关联滑模增益和超平面函数,抑制系统抖振引起的不稳定性;最后,引进LESO观测器主要将系统总扰动量反馈补偿给滑模控制器,既可以缓解滑模控制器对模型的依赖程度,又能进一步提高系统抗干扰性和鲁棒性。仿真结果表明:相比于传统算法,基于LESO的改进滑模控制减小超调、较快响应速度、大幅度增强系统抗干扰性能和鲁棒性,对于克服中低速电磁悬浮列车在不同工况和复杂环境下运行的工程实现难题具有理论指导意义。

管道物流系统测速定位数据融合矫正算法研究

地下物流运输体系被视为新一代智慧城市物流配送系统的重要载体,管廊内的货运车辆测速定位方法是该体系的关键技术之一。针对一类永磁悬浮管道物流系统的测速定位难题,设计了一种多普勒雷达与惯性传感器相结合的测速方法;另外,针对多普勒雷达测速数据失常问题,设计一种采用麻雀算法(SSA)和优化极限学习机(ELM)的组合分类模型(SSA-ELM),使用该模型对失常数据进行分类,并对失常数据采用对应的惯性传感器数据进行补偿与矫正。结果表明,SSA-ELM组合分类模型对多普勒雷达测速失常数据的分类正确率达99.69%,且通过补偿后速度积分得到的位移误差降至2.6%,有效提高管廊内车辆测速定位精度,为管道物流系统的安全运行提供可靠保障。

磁悬浮锥形电机悬浮力建模与分析

针对传统的磁悬浮开关磁阻电机(Bearingless Switched Reluctance Motor,BSRM)只能实现转子的两自由度悬浮的问题,设计了一种锥形无轴承开关磁阻电机(Conical Bearingless Switched Reluctance Motor,CBSRM),使其能够实现电机转子在五自由度上的主动悬浮控制。对该电机机理、工作方式作了详细的研究,剖析出电机悬浮力的等效磁路并精确推导了其数学模型。利用ANSYS软件对该电机进行建模及仿真,分析了该电机的电磁特性,包括悬浮特性、转矩特性,以及他们之间相互的耦合。仿真结果表明该电机结构符合机理,能够实现电机五个自由度的主动悬浮控制,并在电机本体上减小了转矩与悬浮力之间的耦合。

基于PSO-BP-PID单点混合悬浮球控制算法研究

磁悬浮列车是下一代地面绿色交通工具的必然选择,而传统电磁悬浮结构存在悬浮能耗大和发热严重等问题,研究如何有效降低电磁悬浮的能耗问题则显得尤为重要。在传统电磁悬浮结构中引入永磁体能够有效降低列车悬浮功耗,但永磁材料的非线性特性加剧了车辆控制系统的复杂程度,提高了对悬浮控制器精度的要求。以单点混合磁悬浮球作为研究对象,在完善单点混合悬浮球数学模型的基础上,研究基于粒子群优化(PSO)的BP-PID控制算法。以传统单点电磁悬浮球模型为参考,对混合悬浮球系统进行理论模型分析,并简化得出其动力学被控对象。依据该系统的非线性和时滞性特征,设计基于粒子群优化算法的BP-PID控制策略。在仿真环境下,与常见控制算法进行动静态特性对比与分析。研究结果表明:PSO算法有效弥补了BP-PID自身的收敛速度慢、对网络初始权值依赖强及易陷入局部极值的缺陷,PSO-BP-PID控制算法不仅能够提高响应速度、减少超调量,而且在动态性能中也能快速准确跟踪信号,并具备良好的抗扰性和鲁棒性优势。对于磁悬浮技术的学术研究和工程应用具有较好的参考意义,也为磁悬浮技术的工程化推广应用提供了较好的基础算法支撑作用。

基于机器视觉的多旋翼无人机追踪方法研究

为了解决现阶段视频中物体检测方法对目标较小的多旋翼无人机识别能力差、检测不准确等问题,提出一种基于神经网络多层级特征识别及跟踪无人机的方法。该方法包含前向跨阶段连接和反向特征构建两部分:前向跨阶段连接将神经网络每一阶段的输出层输入到其余阶段的输入层,反向特征构建部分是把上采样得到特征图与前向传播得到的特征图进行相加进而得到新的不同比例的特征图。该方法有效的利用深层特征和浅层特征的信息,同时也产生不同比例的特征图。实验结果表明,提出的方法实现了视频中实时检测无人机的同时能够有效的检测出目标较小的无人机,并且在收集的固定多旋翼无人机数据集上达到了97.1%的准确率。

基于精细无线电地图重构的无人机定位研究

针对现有的忽略无线电地图的分段传播结构的问题,提出了一种基于精细无线电地图的测量多个天线的信号强度来定位无人机(UAV)的新方法。基于路径损耗和阴影衰落模型,通过分段和接收信号强度模型来重建精细结构的无线电地图。采用最大似然法解决多个参数估计问题,最后通过迭代聚类重建无线电地图。实验结果表明:物理小区标识(PCI)的准确度和RMSE值分别为96.92%和0.2760,参考信号接收功率(RSRP)的准确度和RMSE值分别为95.81%和1.8634。评估指标的结果表明:与KNN和SVR相比,所提方法使用10000个训练样本达到了更优的重建误差效果。

稀土永磁悬浮阵列的电磁导向结构设计

永磁阵列悬浮结构(Magnetic Array Suspension,简称MAS)与管道物流系统相结合,为新型物流运输系统带来了新的机遇,但永磁悬浮结构在实现垂向零功率自稳定悬浮的同时,存在着横向侧偏力的挑战。本文以MAS悬浮结构为研究对象,探索一种能够实现横向可控的电磁阻尼系统结构。首先,在ANSYS有限元仿真环境下探究MAS悬浮机理,分析垂向悬浮力同悬浮间隙的变化关系,及横向侧偏力随横向间隙变化的规律;其次,针对悬浮结构特点,提出了斥力型和吸力型两种电磁导向方案,并研究分析了两种方案下磁场分布特点及磁密走势;最后,在三维模型的基础上,分析并总结了电磁激励、横向间隙与侧偏力的力学关系。仿真结果表明,斥力型方案下,导向力与横向间隙呈近似线性关系,但受MAS永磁体影响,需要初始电流用于抵消永磁吸力;吸力型方案中,导向力与横向间隙呈非线性关系且不受永磁体影响。综合而言,在相同条件下,吸力型方案更加可行,磁能利用率更高,为研究永磁悬浮系统的性能提升和工程应用提供了一种可行的结构设计方案。

基于改进粒子群算法的列车速度跟踪自抗扰控制器设计

列车速度控制具有典型的非线性、大时滞、多目标和多约束特点,精准控制的难度很大。针对列车运行速度跟踪控制问题,设计了一种基于改进粒子群算法的自抗扰控制器。首先,参照现有研究基础,总结梳理列车模型和目标速度曲线;其次,基于自抗扰算法开展车速跟踪控制器设计,并针对自抗扰控制器参数多、整定难的制约问题,采用改进粒子群算法进行参数寻优。仿真结果表明:相比传统算法,自抗扰控制算法表现出抗扰能力强、跟踪精度高、响应速度快等优势。该方法对于其他速度跟踪乃至大部分运动控制,具有一定的学术参考意义和实际应用价值。

高频(5G)信号下对称传输线间距和长度优化分析

复杂的拓扑电路系统设计采用大量对称传输线结构,在保障传输性能的条件下传输线的合理布局至关重要。针对高频(5G)信号下对称传输线的传输性能和信号完整性问题,使用HFSS软件建立八层电路板和对称传输线的三维物理模型结构,并结合多导体传输线理论和电磁兼容原理对传输线的数学模型和物理模型进行分析,然后对仿真结果的全局频率均匀采样,计算频点的合格率。仿真结果表明,最佳线间距是三倍线宽,此时信号传输性能分别比一倍与二倍线间距提高了35.59%和12.49%;传输线越短,频点的合格率越高。模型分析和实测验证了仿真结果的正确性。

永磁磁浮列车虚拟编组运行速度鲁棒控制方法

永磁磁浮是一种磁浮轨道交通新制式,可有效缓解城市交通拥堵。列车虚拟编组是提高轨道交通运营效率的重要前沿技术之一,研究永磁磁浮列车虚拟编组的速度鲁棒控制,对提高城市轨道交通运营安全和效率有重要意义。针对永磁磁浮列车虚拟编组模式下状态切换和自适应巡航过程中速度易受干扰、控制不稳定问题,对动态编组、自适应巡航、动态解编三个阶段进行分析,并采用分段控制策略,对列车虚拟编组三阶段进行状态切换;分析虚拟编组永磁磁浮列车组之间的数学关系,建立数学模型,采用模型预测控制算法对自适应巡航阶段速度进行协同控制,并在Matlab仿真环境下进行模拟。通过仿真验证了本文所提建模和控制方法的有效性,且模型预测控制方法鲁棒性能优于传统的PID控制算法,采用模型预测控制算法超调量减少了4.9%;同时,采用分段控制方法实现了虚拟编组三阶段状态平稳切换。实验结果表明相比传统的列车速度控制方法,本文方法在提升磁浮列车速度跟踪控制精确度和鲁棒性方面具有显著优势,证明了本文提出建模和控制方法的有效性和可行性。