[发明专利]一种基于前馈原理的桥上悬浮控制系统及方法

权利要求书

1.一种基于前馈原理的桥上悬浮控制系统，其特征在于，该系统包括：

反馈控制子系统：

磁悬浮斩波器，用于控制悬浮电磁铁上的电压与电流；

反馈悬浮控制器，与磁悬浮斩波器单向连接，用于根据控制律获取控制量并输出至磁悬浮斩波器；

悬浮电磁铁，与磁悬浮斩波器单向连接，用于通过电磁力实现列车悬浮；

悬浮传感器，与反馈悬浮控制器单向连接，用于测量各悬浮电磁铁之间的间隙，跟踪运动状态的电磁铁，并反馈给反馈悬浮控制器；

前馈控制子系统：

前馈悬浮控制器，与反馈控制子系统中的反馈悬浮控制器相互连接，用于共同对列车悬浮量进行控制；

变形分析计算机，与前馈悬浮控制器双向连接，用于采集和处理来自其他各个模块及设备的桥梁变形因素数据，获取桥梁变形曲线、不同因素对变形数据的贡献值，并计算桥梁变形导致的悬浮间隙控制量，计算的结果发送至前馈悬浮控制器；所述的前馈悬浮控制器根据获得的悬浮间隙控制量生成控制信号，发送至所述反馈控制子系统中的反馈悬浮控制器，并从其中读取当前列车的行驶速度，发送至变形分析计算机；

地基干涉雷达模块，与变形分析计算机单向连接，用于持续测量桥梁梁体的高精度廓形；

桥梁信息模块，与变形分析计算机双向连接，用于储存桥梁的结构形式、跨度、经纬度、各部位历史廓形、历史天气，及变形分析计算机提供的分析数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于前馈原理的桥上悬浮控制系统，其特征在于，所述的桥梁变形因素数据包括桥梁结构形式、桥梁跨度、桥梁施工质量、温度的影响、混凝土徐变效应、墩台不均匀沉降、风荷载、列车自重冲击荷载。

3.根据权利要求2所述的一种基于前馈原理的桥上悬浮控制系统，其特征在于，每个桥梁变形因素数据造成的桥梁变形曲线根据桥梁结构形式和跨度，由理论公式或数值模拟获取。

4.一种应用如权利要求1-3任一项所述的基于前馈原理的桥上悬浮控制系统的基于前馈原理的桥上悬浮控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1：列车处于静止悬浮状态时，通过反馈控制子系统按轨道结构允许的悬浮量保持稳定悬浮；列车提速运行后，前馈控制子系统介入，与反馈控制子系统共同对列车悬浮进行控制；

S2：地基干涉雷达模块持续、高频率地获取桥梁梁体的高精度廓形，将数据发送至变形分析计算机；

S3：变形分析计算机采集桥梁信息模块的信息，建立桥梁变形因素对变形的影响曲线，对于整个线路上的不同桥梁，其固定信息储存在桥梁信息模块中，并由变形分析计算机持续跟踪理论模型中参数的变化，并进一步储存在桥梁信息模块中；

S4：变形分析计算机采集和处理来自地基干涉雷达模块的数据，计算桥梁变形曲线，计算桥梁变形因素对变形数据的贡献值；

S5：变形分析计算机采集前馈悬浮控制器和反馈悬浮控制器的数据，计算桥梁变形导致的悬浮间隙控制量后，发送计算结果至前馈悬浮控制器；

S6：前馈悬浮控制器与反馈悬浮控制器共同工作，以前馈悬浮控制器提供的信号为基准值，其余输入扰动作为反馈系统的扰动，按现有反馈系统的设计方法，进行反馈调节，进一步保证列车平稳运行；

S7：前馈悬浮控制器、反馈悬浮控制器操作磁悬浮斩波器，控制悬浮电磁铁的电流与电压，改变列车的悬浮状态，悬浮传感器侦测列车的悬浮状态，并向反馈悬浮控制器提供反馈；

S8：控制循环完成，相关信息储存至桥梁信息模块，供下一列车的悬浮控制预测。

5.根据权利要求4所述的一种基于前馈原理的桥上悬浮控制方法，其特征在于，所述的步骤S2的具体内容为：

地基干涉雷达本体获取桥梁底面的干涉图，并由前馈控制子系统中的信号处理器转换为离散点云数据，沿不同方向投影获得梁体的二维变形曲线，发送至变形分析计算机；或将干涉图直接发送至变形分析计算机进行数据处理。