[发明专利]一种基于前馈原理的桥上悬浮控制系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于前馈原理的桥上悬浮控制系统及方法，系统包括反馈控制子系统和前馈控制子系统，反馈控制子系统包括反馈悬浮控制器、磁悬浮斩波器、悬浮电磁铁和悬浮传感器组，前馈控制子系统包括地基干涉雷达模块、桥梁信息模块、变形分析计算机和前馈悬浮控制器，前馈悬浮控制器与反馈悬浮控制器连接；地基干涉雷达模块实时测量桥梁梁体的挠曲线，变形分析计算机通过处理雷达信号计算桥梁变形中不同因素的贡献值，获得保持列车平顺的悬浮控制量，输入前馈悬浮控制器生成控制信号，作为反馈控制子系统中的反馈悬浮控制器的控制信号基准值。与现有技术相比，本发明具有避免控制振荡、测量精度高、满足超高速度磁悬浮列车运行平顺性等优点。

技术领域

本发明涉及磁悬浮列车技术领域，尤其是涉及一种基于前馈原理的桥上悬浮控制系统及方法。

背景技术

目前，各国正在大力研发超高速磁悬浮列车，目标时速1000km/h。磁悬浮列车以非接触的电磁力实现车辆的支撑和导向控制。在磁悬浮列车的轨道建设中多采用钢筋混凝土高架桥梁，由于混凝土的徐变效应、温度效应和地基沉降等因素，梁体形状和梁体刚度均会随时间变化，因此，磁悬浮列车的轨道会相应地形成不平顺变形。

现有磁悬浮列车系统是一种反馈系统，有三个特征频率：控制器特征频率、轨道梁一阶固有频率和车辆二系悬挂频率，列车悬浮调节精度主要依靠控制器特征频率。超高速情况下，列车通过常用跨径简支梁时桥梁变形的激励频率将接近控制器频率，可能引发谐振，因此，单纯的反馈系统易产生控制震荡现象，无法保证列车运行的平顺性，或导致磁悬浮列车与轨道相撞，危及行车安全。

解决这一问题有两种主要手段：1、提高反馈控制器频率，然而，现有的解决手段中，反馈控制器频率受制于悬浮传感器频率、传感器精度以及轨道电路、信号系统的工作频率，故很难有突破；2、改变系统中输入的激励频率，可开发一种桥梁、轨道变形监测系统，并将其用于列车悬浮量控制，使控制系统对桥梁变形的周期性激励输入有预先的准备。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可保证列车运行平顺性的基于前馈原理的桥上悬浮控制系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于前馈原理的桥上悬浮控制系统，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；

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。

优选地，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。