一種懸浮控制參數(shù)適應(yīng)線路調(diào)整的方法

賴重平 劉慶 梁洪 徐中來(lái)

摘 要：磁浮車輛正式上線前必須經(jīng)過(guò)懸浮系統(tǒng)調(diào)試，本文提出一種磁浮列車懸浮控制參數(shù)適應(yīng)不同線路調(diào)整的方法，針對(duì)不同線路段采用不同參數(shù)或模型，簡(jiǎn)單、可靠、適用。通過(guò)情況下因?yàn)榇嬖谲囓夞詈希苛熊嚍榱诉m應(yīng)軌道都必須調(diào)試。一般情況要經(jīng)過(guò)靜載試驗(yàn)，之后經(jīng)過(guò)道岔、曲線段等試驗(yàn)，并按要求以不同速度、不同載荷運(yùn)行，調(diào)試達(dá)到滿足試驗(yàn)要求。只有通過(guò)這些試驗(yàn)，才通保證載客情況下正常運(yùn)營(yíng)。

關(guān)鍵詞：懸浮控制參數(shù);線路;調(diào)整

中圖分類號(hào)：U292.917 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

磁浮列車的軌道采用等間隔支撐細(xì)長(zhǎng)梁作為導(dǎo)軌，導(dǎo)軌的彈性引起車軌耦合[1，2]。針對(duì)各種車軌耦合工況及曲線段，各種論文研究過(guò)很多算法來(lái)提高軌道性能，但具體在工程應(yīng)用中，考慮到經(jīng)濟(jì)性、應(yīng)用性、可靠性，有時(shí)難以取得良好的工程效果。例如將軌道有關(guān)參數(shù)限制高一些，阻尼和剛度滿足某一條件，會(huì)提高軌道造價(jià)，在工程上難以推廣應(yīng)用。而采用各種復(fù)雜懸浮控制算法，因?yàn)榭紤]車軌耦合的懸浮控制系統(tǒng)是五階系統(tǒng)，系統(tǒng)復(fù)雜，現(xiàn)有芯片編程未必能良好實(shí)現(xiàn)，很多算法處于實(shí)驗(yàn)室或理論仿真階段。

1 懸浮試驗(yàn)及判斷標(biāo)準(zhǔn)[3]

懸浮系統(tǒng)試驗(yàn)基本分為靜載試驗(yàn)和動(dòng)載試驗(yàn)等。試驗(yàn)時(shí)，懸浮控制器的控制單元將該點(diǎn)位的間隙、電流等值上傳到上位機(jī)進(jìn)行顯示。上位機(jī)是裝有調(diào)試軟件的電腦，可以將間隙、電流等量進(jìn)行顯示、保存、分析。

1.1 懸浮試驗(yàn)方法

（1）靜載試驗(yàn)。靜載試驗(yàn)應(yīng)在列車最大載荷（AW3）下進(jìn)行，應(yīng)連續(xù)起浮/落下5次。每次當(dāng)全車起浮完成后持續(xù)30 s再下達(dá)落下命令，待懸浮系統(tǒng)完全降落后，間隔30 s再執(zhí)行下次起浮操作。

（2）動(dòng)載試驗(yàn)。動(dòng)載試驗(yàn)宜在平直軌道段進(jìn)行。在AW0、AW2、AW3載荷工況下，列車分別以35 km/h、60 km/h和最高運(yùn)行速度運(yùn)行，觀察上位機(jī)顯示的數(shù)值，記錄每個(gè)懸浮點(diǎn)的間隙、電流等值。

（3）道岔通過(guò)試驗(yàn)。在AW0、AW3載荷工況下，列車以10 km/h速度通過(guò)支線道岔路段，觀察上位機(jī)顯示的數(shù)值，記錄每個(gè)懸浮點(diǎn)的間隙、電流等值。

（4）曲線通過(guò)試驗(yàn)。在AW0、AW3載荷工況下，列車以規(guī)定速度通過(guò)110 m半徑曲線路段，觀察上位機(jī)顯示的數(shù)值，記錄每個(gè)懸浮點(diǎn)的間隙、電流等值。

在AW3載荷工況下，將列車降落在R110 m半徑曲線中央，20 s后列車起浮運(yùn)行，目測(cè)起浮動(dòng)作，觀察上位機(jī)顯示數(shù)值，記錄懸浮控制系統(tǒng)狀態(tài)和起浮穩(wěn)定時(shí)間。

（5）坡道通過(guò)試驗(yàn)。在AW0、AW3載荷工況下，列車以規(guī)定速度通過(guò)70‰坡道路段，觀察上位機(jī)顯示的數(shù)值，記錄每個(gè)懸浮點(diǎn)的間隙、電流等值。

在AW3載荷工況下，將列車降落在70‰坡道上，20 s后列車起浮運(yùn)行，目測(cè)起浮動(dòng)作，觀察上位機(jī)顯示數(shù)值，記錄懸浮控制系統(tǒng)狀態(tài)和起浮穩(wěn)定時(shí)間。

1.2 判斷標(biāo)準(zhǔn)

懸浮控制系統(tǒng)運(yùn)行正常，無(wú)故障顯示;所有懸浮間隙變化值均在允許范圍（靜態(tài)間隙8.5±0.2 mm，動(dòng)態(tài)間隙8.5±4 mm）;列車起浮正常（起浮穩(wěn)定時(shí)間8 s），且列車浮起后能前后運(yùn)動(dòng)。

2 本文實(shí)現(xiàn)方法

根據(jù)磁浮列車實(shí)際工程調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，本論文提出一種可靠、適用的方法。將線路分為平直道、庫(kù)房、道岔、坡道、彎道、橋梁共六段，如圖1所示。平直道是基本的，懸浮控制模型也是基于平直道建立的，所以設(shè)計(jì)、調(diào)試時(shí)從平直道開(kāi)始。庫(kù)房及道岔主要由于軌道梁剛度、阻尼不同，所要采用不同參數(shù)。坡道可分為圓曲線段、坡道段、圓曲線段，在這三個(gè)段系統(tǒng)模型是不一樣的。彎道，因?yàn)檫^(guò)彎時(shí)電磁鐵磁極與軌道相吸磁路的正對(duì)面積變小，吸力減小，為了穩(wěn)定懸浮需要調(diào)整參數(shù)輸出更大電流。橋梁，軌道固有頻率與懸浮控制系統(tǒng)頻率如果接近易引起共振。因跨度、材料不同，軌道頻率不一。軌道在不同固有頻率下的動(dòng)力學(xué)模型不一樣。

針對(duì)各段分別采用不同參數(shù)或模型進(jìn)行控制。利用車載測(cè)速、定位裝置獲得當(dāng)前磁浮車所在線路的位置，此信號(hào)傳到列車控制TCMS單元，再由TCMS單元通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)傳到所有懸浮控制器，如圖2所示。

首先進(jìn)行分段調(diào)試，在上述各個(gè)段情況下分別調(diào)參數(shù)或針對(duì)曲線段建不同模型進(jìn)行調(diào)試。通過(guò)上位機(jī)在線監(jiān)測(cè)懸浮狀態(tài)，觀察間隙波動(dòng)、車軌振動(dòng)情況等。使間隙波動(dòng)小、車軌無(wú)共振、動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)間短、超調(diào)量小。分段調(diào)試好后進(jìn)行全線路調(diào)試，由車上安裝的懸浮監(jiān)控模塊等監(jiān)測(cè)手段對(duì)懸浮狀態(tài)及故障進(jìn)行監(jiān)控，如果出現(xiàn)掉點(diǎn)、共振等情況認(rèn)為不正常，重新調(diào)整故障段的參數(shù)。調(diào)試流程如圖3所示。

磁浮車懸浮控制系統(tǒng)調(diào)試好后投入正常運(yùn)行。控制器根據(jù)當(dāng)前磁浮車所在線路位置調(diào)用針對(duì)不同線路段不同模型及參數(shù)對(duì)應(yīng)的程序段進(jìn)行控制，如圖4所示。因?yàn)槌绦蚨晤A(yù)先存儲(chǔ)在芯片內(nèi)部?jī)?chǔ)存器，現(xiàn)有運(yùn)算芯片計(jì)算速度非常快，不會(huì)因切換引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。

同時(shí)考慮到隨著時(shí)間推移，軌道及車輛發(fā)生沉降或變形，會(huì)引起新的不穩(wěn)定（掉點(diǎn)或車軌共振），所以磁浮車裝了懸浮監(jiān)控模塊，持續(xù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。一旦發(fā)生懸浮故障會(huì)將故障信息存儲(chǔ)在懸浮監(jiān)控模塊內(nèi)，磁浮車停運(yùn)后可下載數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。針對(duì)多次出現(xiàn)的故障，找出故障發(fā)生的線路位置并分析原因，重新調(diào)試該線路段程序段參數(shù)。

3 結(jié)語(yǔ)

磁浮列車的懸浮控制系統(tǒng)調(diào)試非常重要，本文提出將線路分為平直道、庫(kù)房、道岔、坡道、彎道、橋梁，分段調(diào)試通過(guò)，再全線調(diào)試。要反復(fù)多次直到滿足要求。并且空載和加載時(shí)、不同速度時(shí)穩(wěn)定情況都可能不同，在這些不同工況下，反復(fù)應(yīng)用本文方法，反復(fù)調(diào)試直到把系統(tǒng)調(diào)試到穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉恒坤，常文森，施曉紅.磁懸浮系統(tǒng)車軌耦合振動(dòng)研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2006，23（09）：256-258+267.

[2]鮑佳，張昆侖.單磁鐵電磁懸浮系統(tǒng)研究[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2003，11（11）：863-865+869.

[3]CJ/T 458-2014，中低速磁浮交通車輛懸浮控制系統(tǒng)技術(shù)條件[S].