高速磁浮列车悬浮搭接结构的冗余控制问题研究

【摘要】：本文以解决高速磁浮列车搭接结构单个悬浮点失效情况下的冗余控制问题为研究目的,主要研究内容包括以下几方面:第一,悬浮系统的模型建立。本文介绍了高速磁浮列车中特有的悬浮搭接结构,分析了其结构特点,建立了能够较为准确反映系统特性的搭接结构数学模型,为悬浮控制算法的研究准备了条件。第二,搭接结构抗干扰悬浮算法的研究。搭接结构中单个悬浮点失效对相邻悬浮点是一个很大的冲击。从发生故障到检测出故障之间总是存在着时间延迟。在这个时间段之内,系统控制参数来不及作出调整。为保证故障发生后相邻悬浮点不发散,提高悬浮系统的抗干扰能力尤为必要。本文分析了电流反馈和位置反馈在悬浮控制中的作用,提出了非线性串级控制算法,对常规的线性串级控制算法进行改进;然后探讨了加速度信号在抗干扰控制中的应用,提出了加速度信号的处理方法;进而针对悬浮控制系统中的斩波器饱和环节进行了分析,得到了车载电网电压与列车抗干扰能力之间的关系;最后提出一种电流环的设计方法,在常规电流负反馈的基础之上增加了电流隔直正反馈,利用最优化理论进行了控制参数设计,提高了电流响应速度。第三,悬浮搭接结构的冗余控制器设计。利用抗干扰悬浮算法的研究成果,引入电流隔直正反馈、加速度隔直负反馈进行了主控制器和容错控制器的设计。设计过程中首先对系统进行降阶,随后利用线性二次最优设计方法完成参数设计。仿真结果表明在搭接结构中一个悬浮点完全失效的情况下,所设计的控制器能够实现搭接结构稳定悬浮并有较强抗干扰能力,提高了列车的安全性和可靠性。本文的结论对磁浮列车抗干扰悬浮控制以及搭接结构的冗余控制问题具有一定的参考意义,有关结论还有待工程试验进一步验证。
【关键词】：高速磁浮列车 搭接结构 抗干扰 冗余控制
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U266.4;TP273