一種基於辨識的無氣隙傳感器電磁吸力懸浮控制方法
2023-06-08 18:41:11 1
專利名稱：一種基於辨識的無氣隙傳感器電磁吸力懸浮控制方法
技術領域：
本發明涉及一種無氣隙傳感器的電磁吸力懸浮控制的方法，尤其涉及一種用於磁浮車的懸浮控制與系統辨識。
背景技術：
電磁吸力懸浮系統是不穩定的系統，通常需要氣隙反饋控制實現系統穩定。對電磁吸力懸浮來說，由於電磁力與氣隙值成近似平方反比關係，電磁鐵電流不變時，氣隙小電磁力增大，會進一步減小氣隙，氣隙大電磁力減小，會進一步增加氣隙，所以系統不會穩定。 如果需要實現物體的穩定懸浮，就需要對電磁鐵電流進行調節，比如當氣隙變小時，減小電磁鐵電流，使得電磁力減小，物體可以下落至原位；當氣隙變大時，增加電磁鐵電流，使得電磁力增大，物體可以上升至原位。顯然，需要對氣隙值進行反饋來控制電流，理論分析顯示如果需要系統穩定還需要採用氣隙值的微分量進行反饋。所以目前的電磁吸力懸浮控制系統均採用氣隙傳感器檢測氣隙值並且通過該氣隙值進行電磁鐵電流的控制。這種方法的缺點是系統的安全可靠以及穩定很大程度上依賴於氣隙傳感器的檢測值。對磁浮列車來說，氣隙傳感器通常裝在懸浮電磁鐵上，通過氣隙傳感器檢測軌道上檢測面間的距離來反映電磁鐵與軌道懸浮面的距離(即懸浮間隙)。這就意味著要保證氣隙傳感器的安裝精度、傳感器的檢測精度與穩定性以及氣隙傳感器檢測面與懸浮面的加工精度，也就是對軌道的要求比較高，需要保證懸浮面與檢測面各自的精度以及兩者的相對精度。
發明內容
鑑於現有技術的以上不足，本發明的目的通過對懸浮系統自身的辨識得到用於控制的懸浮氣隙值，而不需要使用氣隙傳感器。本發明的目的是通過如下的方法實現的。一種基於辨識的無氣隙傳感器電磁吸力懸浮控制方法，用於控制電磁鐵與懸浮物間的氣隙厚度；在由電磁鐵、懸浮物、氣隙辨識單元和懸浮控制單元構造的電磁吸力懸浮控制系統中，通過如下的方法對氣隙厚度進行閉環控制向電磁鐵輸入閉環控制所需要的控制電壓，通過輸出電流信號對系統電感進行辨識；然後根據所得系統電感與懸浮氣隙間的一一對應關係測得系統的氣隙值；然後根據氣隙值對系統進行閉環控制，調節電磁鐵電流調節電磁力使得懸浮物在所選定的氣隙長度附近穩定懸浮。採用本發明的方法，避免了對採用更容易引入前述軌道、設備安裝及製造誤差等多種外部誤差的氣隙傳感器的依賴。從電磁學上看，電磁鐵和懸浮物(或軌道)構成電感、 電阻系統，其中電阻和電磁鐵本身以及溫度等有關，電感主要取決與電磁鐵材料、匝數等自身參數和電磁鐵與懸浮物的距離等。當電磁鐵和懸浮物確定之後，系統的電感量主要取決於兩者之間的距離，距離越近電感量越大，反之，距離越遠電感量越小，懸浮距離與電感量之間的關係通過理論分析或者試驗是可以確定的。理論上講，電感量與懸浮距離成反比關係。在實際中兩者具有一一對應關係，也就是說通過系統的電感值可以得到系統的懸浮間隙值。對懸浮系統來說通常採用斬波器，系統輸入電壓，在懸浮電磁鐵上得到電磁鐵電流，懸浮電磁鐵是電感、電阻組成的一階系統，通過電壓和電流可以實時辨識出系統當前的電感、電阻。通過實時辨識得到的電感可以得到系統的間隙值，通過該辨識值對系統進行閉環反饋控制，控制系統穩定。本發明方法適用於通常的電磁吸力懸浮控制系統，通過辨識得到的間隙值可以真實的反映懸浮電磁鐵與軌道的間隙值，並且不需要氣隙傳感器，系統簡化的同時對軌道的要求也大大降低，也不會由於傳感器的測量不準確導致系統控制不穩定，可以比較好的解決磁浮列車過軌縫等問題，具有可靠性高、成本低，安全可靠等優點。
圖1是傳統氣隙傳感器的安裝與檢測關係圖。圖2是傳統的採用氣隙傳感器的電磁吸力懸浮控制系統框圖。圖3是基於辨識的無氣隙傳感器電磁吸力懸浮控制系統框圖。
具體實施例方式顯然，本發明方法在現有技術外圍條件下具有多種具體實現的方式。圖3表達了其中一種
具體實施例方式按照閉環控制輸出對電磁鐵施加控制電壓， 檢測電磁鐵系統輸入電壓與輸出電流，通過在線辨識算法計算得到當前電磁鐵系統的電阻和電感參數；根據電感，查找事先通過實驗做好的電感-氣隙對照表得到當前的氣隙值；使用該氣隙值進行閉環控制保證懸浮物可以在預先選定的氣隙長度附近穩定懸浮。本發明可以用任何電磁吸力懸浮系統，不採用氣隙傳感器，簡化系統，降低對軌道的要求，也可以增加加速度傳感器，用於觀測氣隙微分(速度)。
權利要求
1.一種基於辨識的無氣隙傳感器電磁吸力懸浮控制方法，用於控制電磁鐵與懸浮物間的氣隙長度；在由電磁鐵、懸浮物、氣隙辨識單元和懸浮控制單元構造的電磁吸力懸浮控制系統中，通過如下的方法對氣隙長度進行閉環控制向電磁鐵輸入閉環控制所需要的控制電壓，根據電磁鐵輸出電流信號對系統電感進行辨識；然後根據所得系統電感與懸浮氣隙間的一一對應關係測得系統的氣隙值；然後根據氣隙值對系統進行閉環控制，調節電磁鐵電流調節電磁力使得懸浮物在所選定的氣隙長度附近穩定懸浮。
2.根據權利要求1所述之一種基於辨識的無氣隙傳感器電磁吸力懸浮控制方法，其特徵在於(A)系統不需要使用以氣隙檢測單元；(B)系統通過電磁鐵的輸入電壓和輸出電流進行氣隙值的辨識。
全文摘要
本發明公開了一種基於辨識的無氣隙傳感器電磁吸力懸浮控制方法，這種方法根據電磁鐵的輸入控制電壓和輸出電流辨識出電磁鐵電感，通過電感得到懸浮氣隙值，使用此氣隙值進行閉環控制。該方法適用於電磁吸力懸浮控制，由於不採用氣隙傳感器，可以大大簡化系統，降低磁浮列車系統軌道精度要求，也不會由於傳感器的測量不準確導致系統控制不穩定，可以比較好的解決磁浮列車過軌縫等問題，具有可靠性高、成本低，安全可靠等優點。
文檔編號B60L13/04GK102358205SQ20111020937
公開日2012年2月22日 申請日期2011年7月26日 優先權日2011年7月26日
發明者劉國清, 張崑崙, 王瀅, 王莉, 董金文, 蔣啟龍, 郭小舟, 郭育華, 靖永志 申請人:西南交通大學