無(wú)氣隙傳感器懸浮控制器研究

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1、國(guó)內(nèi)圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：U237密級(jí)：公開(kāi)國(guó)際圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：621.3西南交通大學(xué)研究生學(xué)位論文無(wú)氣隙傳感器懸浮控制器研究年級(jí)：二○一五級(jí)姓名：戴玉申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：工學(xué)碩士專(zhuān)業(yè)：電氣工程指導(dǎo)老師：郭育華副教授二○一八年五月ClassifiedIndex:U237U.D.C:621.3SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisRESEARCHONSUSPENSIONCONTROLLERWITHOUTAIRGAPSENSORGrade：2015Candidate：Da

2、iYuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofAcademicSpecialty：ElectricalEngineeringSupervisor：Associate-ProfessorGuoYuhuaMay.2018西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第I頁(yè)摘要中低速磁浮列車(chē)具有爬坡能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)彎半徑小、噪音小、安全舒適、建造維修成本低等優(yōu)勢(shì)，我國(guó)城市軌道交通建設(shè)正在興起一股磁浮熱潮。懸浮控制器是磁浮列車(chē)的核心技術(shù)之一，懸浮系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定依賴(lài)于氣隙傳感器的可靠性。目前普遍采用三個(gè)氣

3、隙傳感器冗余設(shè)計(jì)以提高懸浮的可靠性和解決過(guò)軌道接縫的問(wèn)題，因此也帶來(lái)成本高的問(wèn)題。本文研究無(wú)氣隙傳感器的懸浮控制器，探索采用電磁鐵電感量檢測(cè)來(lái)間接辨識(shí)懸浮氣隙的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低成本和高可靠性。論文主要開(kāi)展如下研究：?jiǎn)坞姶盆F的控制研究。建立了單電磁鐵懸浮系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型；采用氣隙外環(huán)電流內(nèi)環(huán)的控制方案設(shè)計(jì)懸浮控制器，分析懸浮斬波器工作原理，設(shè)計(jì)了電流環(huán)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)電流指令的快速跟隨；分別基于平衡點(diǎn)線性化和精確線性化方法設(shè)計(jì)氣隙環(huán)，仿真證明精確線性化方法具有對(duì)外界擾動(dòng)力不敏感的優(yōu)點(diǎn)。氣隙辨識(shí)方案研究。

4、提出了通過(guò)檢測(cè)電感電流變化率估算電磁鐵電感量，從而間接得到氣隙的研究思路。利用有限元分析了電感量和氣隙關(guān)系曲線；基于Simulink仿真，分析了氣隙辨識(shí)和橫向偏移工況時(shí)的系統(tǒng)響應(yīng)，證明了氣隙辨識(shí)方案的可行性；結(jié)合中低速磁浮列車(chē)電磁鐵的實(shí)際參數(shù)，討論電感辨識(shí)的具體實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)減法去基值和高倍數(shù)放大電路提取電流脈動(dòng)以估算電感量，解決了電流微小脈動(dòng)的提取難題。懸浮控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)了以ARM+FPGA為核心的懸浮控制器，包括信號(hào)調(diào)理、數(shù)字濾波、懸浮控制、氣隙辨識(shí)等模塊；在同濟(jì)大學(xué)中低速磁浮基地懸浮轉(zhuǎn)向

5、架上，開(kāi)展單電磁鐵懸浮測(cè)試，進(jìn)行了懸浮控制和氣隙辨識(shí)實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了單電磁鐵懸浮系統(tǒng)的穩(wěn)定懸浮及電感量和氣隙辨識(shí)，辨識(shí)精度在±5%以?xún)?nèi)，測(cè)得了氣隙和電感量關(guān)系曲線。通過(guò)本論文的研究，無(wú)氣隙傳感器的懸浮控制器能夠較精確辨識(shí)出懸浮氣隙，用于懸浮控制，有望實(shí)現(xiàn)工程化。關(guān)鍵詞中低速磁浮；懸浮控制；電磁鐵參數(shù)辨識(shí)；FPGA；數(shù)字控制西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第II頁(yè)AbstractThemedium-lowspeedmaglevtrainplaysanimportantroleinurbanrailtrans

6、itwiththeadvantagesofstrongclimbingability,smallturningradius,smallnoise,safetyandcomfort,lowcostofconstructionandmaintenance,etc.Thesuspensioncontrollerisoneofthecoretechnologiesofmaglevtrain.Thereliabilityandstabilityofsuspensionsystemdependonthereli

7、abilityoftheairgapsensor.Atpresent,threeairgapsensorsareusedtogethertoimprovethereliabilityoflevitationandtheproblemofpassingrailjoints,whichalsobringsabouthighcost.Thispaperstudiesthesuspensioncontrollerwithoutairgapsensorandexplorestheindirectidentif

8、icationtechnologyofairgapthroughelectromagnetinductancedetectiontoachievelowcostandhighreliability.Thefollowingstudiesarecarriedout:Firstly,controlstrategyofsingleelectromagnetsuspensionsystemisstudied,whosemathematicalmodelisestablishe