[发明专利]磁浮列车静浮平衡控制参数整定方法、系统、设备及介质

说明书

本发明公开了一种磁浮列车静浮平衡控制参数整定方法、系统、设备及介质，首先根据磁浮列车多体动力学模型得到足够多自由度的动力学方程，再通过力学计算得到悬浮电磁铁单个磁极的悬浮电磁力，然后抽离出典型的单磁极悬浮控制模型进行PID反馈控制参数整定，再分别建立端部悬浮架、中间悬浮架的单个悬浮电磁铁模块的多点悬浮控制模型，进行多点磁浮PID反馈控制参数整定，最后在整列车开展静浮平衡PID控制参数整定；通过从单个到多个、由简单到复杂逐层分级地进行PID控制参数整定，大大降低了整列车静浮平衡所有悬浮控制器PID控制参数整定的复杂度，减少了静浮调车的时间。

技术领域

本发明属于磁浮列车控制技术领域，尤其涉及一种电磁悬浮型(EMS型)磁浮列车静浮平衡控制参数整定方法、系统、计算机设备及存储介质。

背景技术

磁浮列车系统是一个复杂机电系统，磁浮列车依靠主动控制的电磁铁产生的电磁力悬浮和导向，依靠直线电机牵引驱动。EMS型电磁悬浮列车以约8～10mm的间隙悬浮于轨道，安装在电磁铁上的传感器实时测量悬浮间隙和电磁铁加速度，并通过实时主动控制线圈电流使悬浮间隙保持在额定值。由于电磁悬浮型列车，系统本身是不稳定的，为了达到悬浮的稳定性，必须采用反馈控制对电压/电流进行控制，保证悬浮间隙始终保持在额定值。

磁浮列车启动运行时，首先要进行磁浮列车的静浮平衡，依靠滑撬支撑静止停放在落车梁上的悬浮列车在电磁吸力的作用下逐渐悬浮至额定高度。落车静浮调试是磁浮列车整车调试的重要步骤，只有静浮调试平衡之后才能保证后续运行的稳定性，而且悬浮控制参数的整定也主要是在静浮平衡阶段完成，可以说静浮平衡是磁浮列车平稳安全运行的关键。

静浮平衡过程需要对全列车所有悬浮控制器的参数进行整定，往往涉及几十个悬浮控制器，目前主要依据工程经验，在额定电流附近依据悬浮间隙反馈来动态调节控制参数，对整列车悬浮控制参数进行整定时主要存在以下困难：

(1)参数众多，一个标准悬浮电磁铁包含2个控制器，端部电磁铁包含3个控制器，上海高速磁浮列车一节车厢下部有4个悬浮架，单侧有7个悬浮电磁铁，左右两侧共有14个悬浮电磁铁、32个悬浮控制器，这导致悬浮控制参数众多，参数整定操作复杂；

(2)磁浮列车的动力学行为复杂，受控制器控制的电磁铁的运动存在复杂的耦合关系，要对全列车所有控制器进行参数整定往往非常困难和耗时；

(3)特别对于长定子磁浮列车，由于不同磁浮列车悬浮架还通过悬浮电磁铁搭接增加安全冗余，列车端部悬浮架还对悬浮电磁铁进行了加长，这些结构的改变使得磁浮列车下部悬浮架的受力进行了重分配，各悬浮架的荷载分担不再是简单的力学平均，磁浮列车多体系统是一个超静定的力学体系，这给悬浮控制器参数整定增加了更多的困难。

另外，对磁浮列车进行动力学仿真计算时，也面临列车动力学模型的静浮平衡，也不可避免地遇到全列车控制参数整定的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁浮列车静浮平衡控制参数整定方法、系统、设备及介质，以解决现有技术中整定参数众多、列车动力学行为复杂等造成静浮平衡阶段悬浮控制参数整定复杂，静浮调车时间长，调试效率低的问题。

本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种磁浮列车静浮平衡控制参数整定方法，包括以下步骤：

基于磁浮列车的实体结构，构建磁浮列车多体动力学模型；

对所述磁浮列车多体动力学模型进行力学分析，得到所述磁浮列车多体动力学模型中每个刚体的垂向动力学方程和点头动力学方程；

对所有垂向动力学方程和点头动力学方程进行分析整理，得到由垂向动力学方程和点头动力学方程中所有垂向一系力、垂向二系力以及悬浮电磁力的系数所构成的系数矩阵L，以及由垂向动力学方程和点头动力学方程中所有常数项所构成的一维列向量b；