基于多点信息融合的高速磁浮列车导向控制方法及系统与流程

1.本发明涉及导向控制技术领域，具体是一种基于多点信息融合的高速磁浮列车导向控制方法及系统。


背景技术：

2.磁悬浮列车是一种现代高科技轨道交通工具，通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向，再利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行。由于具有噪声低、振动小、对环境污染小的优势，并且可以满足大城市点对点之间的运输需求，高速磁浮列车已经逐渐受到人们的重视，并且在技术带动和国际竞争中具有战略意义。
3.在高速磁浮列车的导向控制中，搭接结构高速磁浮列车的是其特有的系统，常规的状态反馈控制方法只满足某一平衡点下的性能，由于搭接结构的原因，当系统远离平衡点时，系统性能变差。而且常规的状态反馈控制方法在控制过程中并没有考虑相邻导向控制点的的电流均衡，有可能导致某一点的电流过大，而另外一点的电流过小的问题，不利于控制器和电磁铁的工作。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种基于多点信息融合的高速磁浮列车导向控制方法及系统，在对各导向控制点的导向控制过程中，能够有效地保证本点与相对点之间导向间隙的一致性，同时保证本点与相邻点之间的电流均衡，提升导向控制系统的全局稳定性。
5.为实现上述目的，本发明提供一种基于多点信息融合的高速磁浮列车导向控制方法，包括如下步骤：
6.步骤1，获取本点、相对点、相邻点的实时测量信息；
7.步骤2，建立包括本点、相对点、相邻点在内三个导向控制点信息融合的导向控制律模型；
8.步骤3，基于实时测量信息与导向控制律模型得到各导向控制点的实时导向控制量。
9.在另一个实施例中，步骤1中，所述本点、相对点、相邻点的实时测量信息包括：本点的导向间隙与间隙电流，相对点的导向间隙与间隙电流，相邻点的导向间隙与间隙电流。
10.在另一个实施例中，步骤1中，所述导向控制律模型为：
[0011][0012]
式中，u为本点的实时导向控制量，x1为本点的导向间隙，x2为相对点的导向间隙，x3为相邻点的导向间隙，i1为本点的间隙电流，i3为相邻点的间隙电流，表示本点间隙与相对点间隙之差的导数，∫(x
1-x2)，表示本点间隙与相对点间隙之差的积分，∫(i
3-i1)表示相对点与本点间隙电流之差的积分，k
p
、kd、kc分别表示间隙反馈系数、间隙微分反
馈系数和电流反馈系数。
[0013]
在另一个实施例中，在所述导向控制律模型中，所述间隙反馈系数k
p
、间隙微分反馈系数kd和电流反馈系数kc的调试过程为：
[0014]
步骤2.1，减小电磁铁中的电流响应时间，在电磁铁中通入周期为1秒的方波电流，然后将电流反馈添加到导向控制律模型中；
[0015]
步骤2.2，令间隙反馈系数、间隙微分反馈系数均为0，调节电流反馈系数使得电磁铁的电流上升时间为9-11毫秒，确定此时的电流反馈系数kc；
[0016]
步骤2.3，令间隙微分反馈系数为0、电流反馈系数为步骤2.2中确定的kc，调节间隙反馈系数使得电磁铁出现上下振动状态，确定此时的间隙反馈系数k
p
；
[0017]
步骤2.4，令电流反馈系数为步骤2.2中确定的kc、电流反馈系数为步骤2.3中确定的k
p
，调节间隙微分反馈系数使得电磁铁稳定的悬浮在空中，确定此时的间隙微分反馈系数kd。
[0018]
在另一个实施例中，步骤2.2中，所述调节电流反馈系数使得电磁铁的电流上升时间为9-11毫秒，具体为：
[0019]
调节电流反馈系数使得电磁铁的电流上升时间为10毫秒。
[0020]
为实现上述目的，本发明还提供一种基于多点信息融合的高速磁浮列车导向控制系统，该系统采用上述导向控制方法对高速磁浮列车进行导向控制，所述导向控制系统包括：
[0021]
信息获取单元，用于获取本点、相对点、相邻点的实时测量信息；
[0022]
控制处理单元，与所述信息获取单元相连，用于根据本点、相对点、相邻点的实时测量信息得到各导向控制点的实时导向控制量；
[0023]
控制输出单元，与所述控制处理单元相连，用于根据各导向控制点的实时导向控制量对各导向控制点的导向控制器进行控制。
[0024]
为实现上述目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储用于电子数据交换的计算机程序，其中，所述计算机程序使得计算机执行如上述导向控制方法中所描述的部分或全部步骤。
[0025]
本发明提供的一种基于多点信息融合的高速磁浮列车导向控制方法及系统，采用非线性控制的思想，以平衡点为基础，当悬浮间隙增大时，在常规状态反馈控制控制方法的基础上，使得控制量的增大速度更快；而当悬浮间隙减小时，使得控制量的减小速度更快；在对各导向控制点的导向控制过程中，能够有效地保证本点与相对点之间导向间隙的一致性，同时保证本点与相邻点之间的电流均衡，提升导向控制系统的全局稳定性。
附图说明
[0026]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0027]
图1为本发明实施例中本点、相邻点、相对点上导向控制器的位置关系示意图；
[0028]
图2为本发明实施例中导向控制方法的流程示意图；
[0029]
图3为本发明实施例中导向控制律模型中参数的调试流程图；
[0030]
图4为本发明实施例中导向控制系统的框架示意图。
[0031]
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0032]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033]
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0034]
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0035]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0036]
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
[0037]
实施例1
[0038]
高速磁浮列车的搭接结构是其特有的系统，由于搭接结构的原因，在高速磁浮列车的导向系统中，若是采用常规的状态反馈控制方法只满足某一平衡点下的性能，而不考虑相邻导向控制点的的电流均衡，有可能导致某一点的电流过大，而另外一点的电流过小的问题，不利于控制器和电磁铁的工作。因此，为保证导向间隙的一致性，相邻导向点中的电流均衡以及导向控制系统的全局稳定性，本实施例提出了一种基于本点、对点、相邻点三个悬浮导向控制点信息融合的高速磁浮列车导向控制方法，三个导向控制器的相对关系如图1所示。其中，导向控制器1表示本点，导向控制器2表示相对点，导向控制器3表示相邻点。
[0039]
本实施例中的基于多点信息融合的高速磁浮列车导向控制方法，采用非线性控制的思想，以平衡点为基础，当悬浮间隙增大时，在常规状态反馈控制控制方法的基础上，使得控制量的增大速度更快；而当悬浮间隙减小时，使得控制量的减小速度更快。参考图2，该导向控制方法具体如下步骤：
[0040]
步骤1，获取本点、相对点、相邻点在内三个导向控制点的实时测量信息，具体包括：本点的导向间隙与间隙电流，相对点的导向间隙与间隙电流，相邻点的导向间隙与间隙电流；
[0041]
步骤2，建立包括本点、相对点、相邻点在内三个导向控制点信息融合的导向控制律模型，其中，导向控制律模型为：
[0042][0043]
式中，u为本点的实时导向控制量，x1为本点的导向间隙，x2为相对点的导向间隙，x3为相邻点的导向间隙，i1为本点的间隙电流，i3为相邻点的间隙电流，表示本点间隙与相对点间隙之差的导数，∫(x
1-x2)，表示本点间隙与相对点间隙之差的积分，∫(i
3-i1)表示相对点与本点间隙电流之差的积分，k
p
、kd、kc分别表示间隙反馈系数、间隙微分反馈系数和电流反馈系数；
[0044]
步骤3，基于实时测量信息与导向控制律模型得到各导向控制点的实时导向控制量。
[0045]
参考图3，本实施例中，在导向控制律模型中，间隙反馈系数k
p
、间隙微分反馈系数kd和电流反馈系数kc的调试过程为：
[0046]
步骤2.1，减小电磁铁中的电流响应时间，在电磁铁中通入周期为1秒的方波电流，然后将电流反馈添加到导向控制律模型中；
[0047]
步骤2.2，令间隙反馈系数、间隙微分反馈系数均为0，此时的导向控制律模型为：
[0048][0049]
在上述导向控制律模型中调节电流反馈系数使得电磁铁的电流上升时间为9-11毫秒，确定此时的电流反馈系数kc，从而确定-kci1；
[0050]
步骤2.3，令间隙微分反馈系数为0、电流反馈系数为步骤2.2中确定的kc，此时的导向控制律模型为：
[0051][0052]
在上述导向控制律模型中调节间隙反馈系数使得电磁铁出现上下振动状态，确定此时的间隙反馈系数k
p
，从而确定k
p
(x
1-x2)-kci1；
[0053]
步骤2.4，令电流反馈系数为步骤2.2中确定的kc、电流反馈系数为步骤2.3中确定的k
p
，此时的导向控制律模型为：
[0054][0055]
调节间隙微分反馈系数使得电磁铁稳定的悬浮在空中，确定此时的间隙微分反馈系数kd，从而确定
[0056]
在步骤2.2中，调节电流反馈系数使得电磁铁的电流上升时间为9-11毫秒，具体为：调节电流反馈系数使得电磁铁的电流上升时间为10毫秒。
[0057]
本实施例提供的一种基于多点信息融合的高速磁浮列车导向控制方法，采用非线性控制的思想，以平衡点为基础，当悬浮间隙增大时，在常规状态反馈控制控制方法的基础上，使得控制量的增大速度更快；而当悬浮间隙减小时，使得控制量的减小速度更快；在对各导向控制点的导向控制过程中，能够有效地保证本点与相对点之间导向间隙的一致性，同时保证本点与相邻点之间的电流均衡，提升导向控制系统的全局稳定性。
[0058]
实施例2
[0059]
参考图4，本实施例公开了一种基于多点信息融合的高速磁浮列车导向控制系统，该导向控制系统采用实施例1中的导向控制方法对高速磁浮列车进行导向控制。具体地，该导向控制系统包括信息获取单元、控制处理单元、控制输出单元。其中，信息获取单元为设在电磁铁上的传感器，用于获取本点、相对点、相邻点的实时测量信息，具体是本点的导向间隙与间隙电流，相对点的导向间隙与间隙电流，相邻点的导向间隙与间隙电流。控制处理单元与所述信息获取单元相连，用于根据本点、相对点、相邻点的实时测量信息得到各导向控制点的实时导向控制量；控制输出单元，与所述控制处理单元相连，用于根据各导向控制点的实时导向控制量对各导向控制点的导向控制器进行控制。
[0060]
本实施例中，控制处理单元根据本点、相对点、相邻点的实时测量信息得到各导向控制点的实时导向控制量为：
[0061][0062]
式中，u为本点的实时导向控制量，x1为本点的导向间隙，x2为相对点的导向间隙，x3为相邻点的导向间隙，i1为本点的间隙电流，i3为相邻点的间隙电流，表示本点间隙与相对点间隙之差的导数，∫(x
1-x2)，表示本点间隙与相对点间隙之差的积分，∫(i
3-i1)表示相对点与本点间隙电流之差的积分，k
p
、kd、kc分别表示间隙反馈系数、间隙微分反馈系数和电流反馈系数。
[0063]
在具体实施过程中，间隙反馈系数、间隙微分反馈系数和电流反馈系数的调试过程为：
[0064]
首先调试电流反馈系数kc，减小电磁铁中的电流响应时间，在电磁铁中通入周期为1秒的方波电流，然后将电流反馈添加到导向控制律模型中，令间隙反馈系数、间隙微分反馈系数均为0，调节电流反馈系数使得电磁铁的电流上升时间为10毫秒左右，确定此时的电流反馈系数kc，从而确定-kci1；其次调节电流反馈系数kc，在上一步的基础上，令间隙微分反馈系数继续为0，调节间隙反馈系数使得电磁铁出现上下振动状态，确定此时的间隙反馈系数k
p
，从而确定k
p
(x
1-x2)-kci1；最后调节间隙微分反馈系数kd，在上一步的基础上，调节间隙微分反馈系数使得电磁铁稳定的悬浮在空中，确定此时的间隙微分反馈系数kd，从而确定
[0065]
在上述导向控制系统的控制下，在能保证全局稳定性的同时，还能有效地确保相邻点电磁铁的电流均衡，相邻点导向间隙的一致。
[0066]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。