基于磁通反馈的悬浮控制方法研究及实现

发布时间：2018-02-10 08:15

本文关键词： 中低速磁悬浮列车悬浮控制磁通反馈磁通传感器车轨耦合耦合振动　出处：《国防科学技术大学》2014年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：悬浮控制是EMS型中低速磁浮列车的核心技术。目前,具有自主知识产权的EMS型中低速磁浮列车的悬浮控制技术的稳定性等基本问题已经解决,悬浮控制技术研究的重点转向改善悬浮控制系统性能,提高工程应用的稳定性和可靠性。传统的基于电流反馈的悬浮控制方法,参数稳定范围小、超调量大、系统带宽可调范围窄,在系统稳定性能、跟踪性能和抗干扰性能等方面有待进一步改进和提高。采用电流反馈控制方法的系统带宽较宽,容易受到高频信号的干扰,抗干扰能力较弱,车轨耦合振动时有发生。为了克服传统电流反馈控制方法的不足,考虑到悬浮力是关于磁通密度的单变量函数,不存在与其他变量之间的耦合。因此将磁通密度信号引入控制系统,对改善悬浮控制的性能会有很大的优势。本文围绕磁通反馈在悬浮控制系统中的应用展开研究,采用理论分析与实验验证相结合的方法,全文主要研究内容及创新点总结如下:[1]在单点悬浮系统建模过程中,以磁通信号作为状态变量,建立了基于磁通反馈的EMS型单点悬浮控制系统模型。以此模型为基础,分析对比了磁通反馈控制方法与传统电流反馈控制方法的优劣。得出了磁通反馈控制具有参数稳定范围大、超调小、抗干扰能力强等优点的结论。[2]讨论了磁通信号的获得方式。在众多的磁通测量方法中,结合磁悬浮工程要求,采用电磁感应积分方式获得磁通信号。针对磁通信号延迟,分析了悬浮系统发生HOPF分岔的必要条件。为了提供更加超前的阻尼信号,提出了间隙-磁通双环PIDB控制算法。[3]研究了磁通反馈控制方法对模块悬浮系统双点耦合和电磁铁-轨道耦合等动力学特性的影响。简化了模块悬浮双点之间的几何关系,定义了悬浮耦合度的概念,定量分析了模块悬浮系统双点之间的耦合程度,并设计了基于磁通反馈的模块解耦控制器。仿真和实验结果表明采用磁通反馈解耦控制算法可以有效地抑制模块悬浮双点之间的耦合,提高了悬浮模块整体的稳定性和鲁棒性。[4]建立了基于磁通反馈的车轨耦合系统模型,给出了车轨耦合系统稳定性条件。分析得到了车轨耦合悬浮系统HOPF分岔存在的必要条件,为磁悬浮车辆车轨耦合控制系统参数设计提供了科学的依据,从而提高了悬浮控制系统抑制车轨耦合共振的能力。[5]建立了基于磁通反馈的PEMS控制系统模型。讨论了永磁体厚度及磁通反馈增益对控制系统的影响,改进了EMS系统的PIDB控制结构使之适用于混合悬浮控制系统,提出了定磁通PIDB控制算法。进一步设计了零功耗控制器,悬浮平衡点可以根据零功耗平衡点自适应调整,在一定范围内实现了混合悬浮系统零功耗运行的目标。最后通过实验验证了磁通反馈控制方法有助于提高混合悬浮系统的可控性和稳定性。本文研究工作以工程应用为背景,经过了唐山中低速磁浮实验线大量实验的验证,证明了理论结果的正确性与工程应用的可行性,从而为悬浮控制系统的设计与工程化应用提供了一定的参考价值。
[Abstract]:In order to overcome the shortcomings of the traditional current feedback control method , this paper studies the influence of the magnetic flux feedback control method on the stability and reliability of the suspension control system . In this paper , the influence of the thickness of the permanent magnet and the feedback gain on the control system is discussed . The influence of the thickness of the permanent magnet and the feedback gain of the magnetic flux on the control system is discussed .

【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U266.4;TP273

【参考文献】