基于模糊扩展卡尔曼的直线感应电机无速度传感器控制

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作者 丰富 胡海林 +2 位作者 葛琼璇 杨杰 程浪 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1168-1179,共12页

直线感应电机(linear induction motor,LIM)可实现无接触、无摩擦的直线运动,具有爬坡强、横断面小、低噪音等优势,在中低速磁悬浮与城市轨道交通中被广泛应用。其中,基于观测器的电机无速度传感器矢量控制方法,是解决速度传感器成本高... 直线感应电机(linear induction motor,LIM)可实现无接触、无摩擦的直线运动,具有爬坡强、横断面小、低噪音等优势,在中低速磁悬浮与城市轨道交通中被广泛应用。其中,基于观测器的电机无速度传感器矢量控制方法,是解决速度传感器成本高、可靠性低、维护难等问题的有效途径。针对LIM速度辨识受系统内外扰动影响导致观测精度下降问题,提出基于模糊扩张卡尔曼滤波(Fuzzy Extended Kalman Filter,FEKF)的速度观测方法,提高观测器鲁棒性。首先在αβ坐标系下建立考虑动态边端效应的LIM数学模型,利用LIM的实时电流和电压作为输入信号,以电流、磁链和速度作为状态变量,推导出基于扩展卡尔曼滤波(extended kalman filter,EKF)观测器电机状态空间方程的离散模型,利用EKF对LIM的速度和磁链进行在线观测,并用于实现LIM的矢量控制。其次,为提高EKF的噪声协方差矩阵Q对LIM系统内外扰动的鲁棒性,引入模糊控制方法对矩阵Q进行自适应调整,实现速度与磁链的估计精度。具体通过计算系统理论残差与实际残差的偏离程度得到噪声调节因子,实时调整噪声协方差矩阵Q,并在下一周期更新模糊扩展卡尔曼的反馈增益矩阵,提高对速度与磁链的估计精度。之后对系统的能观性与FEKF的收敛性进行分析,探明矩阵Q中各参数的边界及整定规律。最后通过仿真和硬件在环实验验证所提FEKF优化算法的有效性,结果表明FEKF能有效提高对LIM速度辨识准确性,实现LIM无速度传感器矢量控制。 展开更多

关键词 直线感应电机 无速度传感器 模糊扩展卡尔曼滤波 边端效应 系统噪声

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基于改进互联型全阶观测器的直线感应电机在线参数辨识

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作者 丰富 胡海林 +1 位作者 钟德鸣 杨杰 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期776-785,共10页

由于直线感应电机特殊结构和动态边端效应等影响,其励磁电感和次级损耗电阻的变化机理和规律复杂,为提高观测器对励磁电感和次级损耗电阻的辨识精度和性能,提出一种基于改进互联型全阶观测器的直线感应电机双参数在线辨识方法.首先,根... 由于直线感应电机特殊结构和动态边端效应等影响,其励磁电感和次级损耗电阻的变化机理和规律复杂,为提高观测器对励磁电感和次级损耗电阻的辨识精度和性能,提出一种基于改进互联型全阶观测器的直线感应电机双参数在线辨识方法.首先,根据考虑动态边端效应的直线感应电机T型等效电路,建立双参数变化的电机状态空间方程,并分析参数变化及耦合特性对电机极点影响;其次,为减小参数耦合对辨识精度的影响,建立双参数互联的低耦合辨识模型,完成互联型全阶自适应观测器设计,采用Popov超稳定性理论推导励磁电感和次级电阻在线辨识的自适应律,实现双参数在线辨识;然后,为提高观测器的稳定性和收敛速度,结合新型极点配置法完成反馈增益矩阵的推导与设计;最后,搭建仿真模型和硬件在环辨识模型进行实验验证.结果表明:新型全阶自适应观测器在启动加速阶段时励磁电感和损耗电阻辨识误差在0.01%左右;在负载动态时损耗电阻辨识误差在0.03%左右. 展开更多

关键词 直线感应电机 全阶观测器 参数辨识 极点配置

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中国高速磁浮交通的发展机遇与挑战

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作者 林国斌 刘万明 +1 位作者 徐俊起 孙友刚 《前瞻科技》 2023年第4期7-18,共12页

高速磁浮是当前速度最高的陆地交通系统,具有安全、便捷、高效、绿色等优点,在长距离客货运输中具有独特优势。作为与高速轮轨并跑的现代轨道交通新技术,高速磁浮交通技术将在中国交通强国战略中扮演重要角色。文章简述了中国发展高速... 高速磁浮是当前速度最高的陆地交通系统,具有安全、便捷、高效、绿色等优点,在长距离客货运输中具有独特优势。作为与高速轮轨并跑的现代轨道交通新技术,高速磁浮交通技术将在中国交通强国战略中扮演重要角色。文章简述了中国发展高速磁浮交通技术的战略意义、国内外高速磁浮交通技术的发展概况和中国高速磁浮交通系统的技术制式形成过程,阐明了常导高速磁浮交通系统的特点以及环境影响与能耗,论述了当前中国高速磁浮交通发展的机遇与挑战,提出了中国高速磁浮交通系统的发展建议。 展开更多

关键词 高速磁浮交通 悬浮控制 环境影响 能耗分析

原文传递

磁浮技术铁路行业重点实验室

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作者 无 《铁道技术标准（中英文）》 2022年第10期40-41,共2页

磁浮技术铁路行业重点实验室(简称实验室)依托同济大学,与中车青岛四方机车车辆股份有限公司、上海磁浮交通发展有限公司、中车株洲电力机车研究所有限公司3家单位共建,是全国铁路行业首批7个行业重点实验室之一,于2020年12月通过国家... 磁浮技术铁路行业重点实验室(简称实验室)依托同济大学,与中车青岛四方机车车辆股份有限公司、上海磁浮交通发展有限公司、中车株洲电力机车研究所有限公司3家单位共建,是全国铁路行业首批7个行业重点实验室之一,于2020年12月通过国家铁路局铁路行业科技创新基地的认定。 展开更多

关键词 行业科技创新 机车车辆 磁浮技术 磁浮交通 国家铁路局 铁路 同济大学 株洲电力机车研究所

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计及悬浮系统影响的高速磁浮直线同步电机建模方法

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作者 康劲松 丁浩 +1 位作者 倪菲 汪凤翔 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期729-736,共8页

为提高高速磁浮直线同步电机模型精度,基于电磁铁模块磁共能重构,提出一种计及悬浮系统影响的分布参数建模方法.首先,建立高速磁浮列车电磁铁模块的有限元模型,利用有限元数值分析获取电磁铁模块在不同工况下的磁共能数据,通过对磁共能... 为提高高速磁浮直线同步电机模型精度,基于电磁铁模块磁共能重构,提出一种计及悬浮系统影响的分布参数建模方法.首先,建立高速磁浮列车电磁铁模块的有限元模型,利用有限元数值分析获取电磁铁模块在不同工况下的磁共能数据,通过对磁共能进行傅里叶级数展开及多项式拟合构建磁共能的解析模型;其次,根据磁共能解析模型推导电磁铁模块的磁链、电压和推力方程;然后,根据列车编组数量和电磁铁模块数量分别建立左右两侧直线同步电机的数学模型,并通过运动学方程计算高速磁浮列车位置和速度;最后,通过硬件在环仿真系统进行实验验证.试验结果表明:本文所提建模方法与传统建模方法相比,推力波动幅值增加超过6.8%;并且所提方法可以准确表征悬浮系统对牵引控制的影响,当励磁电流谐波幅值增加0.5、1.0、2.0 A时,推力波动幅值分别最大增加54.3%、26.2%、83.7%;当励磁电流谐波频率为5、10、20 Hz时,推力的谐波频率最大达到5.14%,21.75%和14.17%. 展开更多

关键词 磁悬浮 直线电机 牵引控制 悬浮系统 建模方法

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考虑边端效应及参数变化的直线感应电机MRAS速度观测方法

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作者 胡海林 陈维金 +2 位作者 虞诗焱 丰富 汪涛 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1591-1601,共11页

以轨道交通直线感应电机(Linear Induction Motor,LIM)牵引驱动系统速度观测器为研究对象,针对边端效应及电机参数变化导致辨识结果实时性、鲁棒性不足的问题,提出一种基于二阶超螺旋滑模的改进模型参考自适应系统(Model Reference Adap... 以轨道交通直线感应电机(Linear Induction Motor,LIM)牵引驱动系统速度观测器为研究对象,针对边端效应及电机参数变化导致辨识结果实时性、鲁棒性不足的问题,提出一种基于二阶超螺旋滑模的改进模型参考自适应系统(Model Reference Adaptive System,MRAS)速度观测方法。首先,以计及动态边端效应的初次级电压电流磁链方程为核心,设计直线感应电机标准MRAS速度观测器,降低边端效应对速度辨识性能的影响。然后,进一步分析初级集肤效应和初次级横向错位对标准MRAS速度观测器辨识性能的影响。在此基础上,基于二阶超螺旋算法对MRAS参考模型进行改进,利用主滑模面和辅助滑模面对次级磁链观测的干扰项进行补偿,同时抑制由于滑模算法引入的系统抖振,提高了速度观测器的鲁棒性和动态性能。最后,搭建仿真和硬件在环实验环境进行算法验证。实验结果表明:励磁互感及其他电机参数随边端效应修正因子变化,标准MRAS观测器在突加负载、引入测量误差和电机参数突变的工况下,速度辨识误差明显;改进的MRAS观测器能够实现直线感应电机速度的快速、准确辨识,基于该速度观测器的矢量控制策略,在突加负载、引入测量误差和电机参数突变的工况下,控制性能满足设计要求。研究结果能为轨道交通直线感应电机无速度传感器牵引驱动系统的研究提供一定借鉴。 展开更多

关键词 直线感应电机 无速度传感器 模型参考自适应系统 边端效应 二阶超螺旋滑模算法

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基于误差交叉耦合的多电磁铁悬浮系统滑模协同控制 被引量：3

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作者 孙友刚 徐俊起 +3 位作者 贺祯宇 李丰荥 陈琛 林国斌 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第3期558-565,共8页

针对磁浮列车传统的单点悬浮控制方法没有考虑多电磁铁间的协调同步问题,将多电磁铁的跟踪误差交叉耦合来设计高精度的协同控制方法,在减少了多点悬浮系统的跟踪误差和同步误差的同时,提高了系统抗干扰能力.首先,通过动力学分析了考虑... 针对磁浮列车传统的单点悬浮控制方法没有考虑多电磁铁间的协调同步问题,将多电磁铁的跟踪误差交叉耦合来设计高精度的协同控制方法,在减少了多点悬浮系统的跟踪误差和同步误差的同时,提高了系统抗干扰能力.首先,通过动力学分析了考虑未知扰动的4个电磁铁(2个控制模块)悬浮系统的动力学特征;其次,针对系统中的未知扰动,引入干扰观测器来估计扰动并进行扰动补偿;然后,考虑到相邻电磁铁控制模块之间存在耦合动力学特性,设计一种误差交叉耦合的滑模协同控制器;最后,在不作任何线性化处理的前提下,证明了闭环系统的渐近稳定性.研究结果表明:通过多电磁铁的悬浮架实验证明所提方法可以考虑补偿电磁铁模块之间的协调关系,抑制扰动的影响,减小间隙跟踪误差达40%,显著减少了电磁铁之间的耦合扰动作用. 展开更多

关键词 磁浮列车 多点悬浮系统 滑模协同控制 干扰观测器 误差交叉耦合

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激光无线电能传输系统对准环节设计

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作者 康劲松 周艳萍 +2 位作者 孙梁榕 孔凡伟 吕艳亭 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2023年第7期89-99,共11页

激光对准是激光无线电能传输系统中接收端获得稳定能源的前提,激光传能对对准精度、稳定性和实时性提出了较高的要求,因此,提出了一种激光对准系统设计方法,并对感兴趣区域提取以及图像预处理方法进行了优化改进:一方面,通过引入Mobile... 激光对准是激光无线电能传输系统中接收端获得稳定能源的前提,激光传能对对准精度、稳定性和实时性提出了较高的要求,因此,提出了一种激光对准系统设计方法,并对感兴趣区域提取以及图像预处理方法进行了优化改进:一方面,通过引入MobileNet、增加空间注意力机制以及融合语义的方式改进SSD(single shot multi-Box detector)模型,使用改进模型训练并预测感兴趣区域,相较于原始模型,训练速度提升了71.67%,模型大小减小了52.48%,实时检测速度提升了295.30%,检测偏差显著减小;另一方面,对灰度化的权值进行了优化,并利用直方图实现阈值的自适应选取,采用椭圆拟合法及形心法检测光斑与信标中心点,优化图像处理方法能够有效提取光斑,减小光斑定位的误差。实验结果表明,改进的激光对准系统精度稳定在95%以上,能够满足实际应用中精度、速度与稳定性的要求。 展开更多

关键词 激光对准 SSD网络 图像处理 目标检测

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基于BIM的磁浮轨道结构智慧监测系统初步探索

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作者 叶丰 吴祥钰 +1 位作者 曾国锋 陈小鸿 《铁道技术标准（中英文）》 2022年第10期14-20,共7页

磁浮交通系统是未来轨道交通发展的重要方向,对其轨道结构进行实时监测和智能维护是保障系统安全可靠运行的关键。目前对磁浮轨道结构的运维以人工操作为主,不利于智慧磁浮的发展。为促进基础设施的数字化建设,本文将BIM技术与SHM技术... 磁浮交通系统是未来轨道交通发展的重要方向,对其轨道结构进行实时监测和智能维护是保障系统安全可靠运行的关键。目前对磁浮轨道结构的运维以人工操作为主,不利于智慧磁浮的发展。为促进基础设施的数字化建设,本文将BIM技术与SHM技术相融合,初步探索磁浮轨道结构智慧监测系统的总体架构与关键技术;以同济大学嘉定磁浮试验线为依托,研究监测系统实施方案;初步构建三维数字底座并在此基础上尝试动态可视化展示。上述工作是未来智慧磁浮的重要组成部分。 展开更多

关键词 磁浮轨道结构 智慧监测 智能运维 BIM SHM 三维数字底座

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磁浮列车悬浮系统诊断维护技术研究成果及应用

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作者 荣立军 林国斌 +2 位作者 徐俊起 倪菲 胡轲珽 《铁道技术标准（中英文）》 2022年第10期21-26,共6页

悬浮系统是磁浮列车的核心设备系统。需要采取科学有效的诊断维护技术以确保该系统长期稳定可靠经济运行。同济大学悬浮控制团队针对工程实际需求,在悬浮系统设备诊断算法、在线诊断技术、地面维护诊断检测、PCB板卡故障诊断、诊断维护... 悬浮系统是磁浮列车的核心设备系统。需要采取科学有效的诊断维护技术以确保该系统长期稳定可靠经济运行。同济大学悬浮控制团队针对工程实际需求,在悬浮系统设备诊断算法、在线诊断技术、地面维护诊断检测、PCB板卡故障诊断、诊断维护信息系统等方面取得突破,自主研制了悬浮系统在线诊断设备、板卡故障检测系统、诊断维护信息系统等,相关研究成果在上海高速磁浮、长沙中低速磁浮线上实施,成功取得了科研成果的工程转化应用。 展开更多

关键词 磁浮列车 悬浮系统 诊断维护技术 智慧维护管理平台

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中低速磁浮列车悬浮控制技术成果及应用

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作者 徐俊起 林国斌 +3 位作者 荣立军 吉文 孙友刚 陈琛 《铁道技术标准（中英文）》 2022年第10期34-39,共6页

作为目前世界上唯一商用的磁浮交通类型,EMS制式磁浮列车的悬浮控制系统从实验室走向工程应用过程中面临诸多挑战。复杂运行环境、多变运行工况和稳定可靠运行指标对悬浮控制系统的设计提出了更高的要求。同济大学悬浮控制团队针对工程... 作为目前世界上唯一商用的磁浮交通类型,EMS制式磁浮列车的悬浮控制系统从实验室走向工程应用过程中面临诸多挑战。复杂运行环境、多变运行工况和稳定可靠运行指标对悬浮控制系统的设计提出了更高的要求。同济大学悬浮控制团队针对工程实际条件,通过测试和调试,在车轨耦合振动抑制、冗余容错控制、自适应智能控制、横向冲击干扰抑制等方面取得突破,实现了自主研制的悬浮控制系统应用在中国首条中低速磁浮商业运营线——长沙磁浮快线、凤凰磁浮文旅线等工程项目,成功取得了科研成果的工程转化应用。 展开更多

关键词 磁浮列车 悬浮控制 车轨耦合振动 自适应智能控制

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磁浮列车作用下道岔的动力响应分析

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作者 朱志伟 曾国锋 韩紫平 《铁道技术标准（中英文）》 2022年第10期7-13,共7页

为研究道岔结构系统在列车作用下的动力响应和系统振动机理,首先要深入分析道岔结构的动力特性。本文以同济大学嘉定校区高速磁浮试验线道岔为对象开展动力测试研究,分析道岔在不同工况下的动力响应,并将由实测数据分析得到的自振频率... 为研究道岔结构系统在列车作用下的动力响应和系统振动机理,首先要深入分析道岔结构的动力特性。本文以同济大学嘉定校区高速磁浮试验线道岔为对象开展动力测试研究,分析道岔在不同工况下的动力响应,并将由实测数据分析得到的自振频率与有限元模型仿真计算得到的自振频率进行对比。研究结果表明:高速磁浮道岔功能区的振动水平明显高于主梁,竖向的振动水平明显高于横向;实测得到的道岔横向、竖向一阶自振频率分别在6.0 Hz和13.2 Hz左右,与仿真计算的自振频率一致;在进行车-岔系统动力分析时,有必要考虑功能区局部效应的影响。 展开更多

关键词 磁浮道岔 测试 振动响应 自振频率

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上海磁浮20 kV/6 Mvar国产化动态无功补偿装置的研制

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作者 翟鸣 仇志凌 +1 位作者 吕卿 李娜 《铁道技术标准（中英文）》 2022年第10期27-33,共7页

本文解决上海磁浮示范运营线原有进口动态无功补偿装置主功率模块故障率高的问题,实现采用国产化动态无功补偿装置替代四套进口装置的目标。通过对原有设备失效的深入分析,按照实现功能、优化可靠性和稳定性、探索智能运维等阶段目标,... 本文解决上海磁浮示范运营线原有进口动态无功补偿装置主功率模块故障率高的问题,实现采用国产化动态无功补偿装置替代四套进口装置的目标。通过对原有设备失效的深入分析,按照实现功能、优化可靠性和稳定性、探索智能运维等阶段目标,结合功能测试和验证手段,逐步开展研究和推进。采用冗余运行功能,提高设备可用度、稳定性和可维护性;采用CAN+485双总线的主从控制架构实现无功指令的实时下发,实现动态闭环控制;采用长寿命智能功率模块,提高可靠性,实现上海磁浮示范运营线20 kV/6 Mvar动态无功补偿装置国产化升级替代的研究目标。 展开更多

关键词 高速磁浮 无功补偿设备 冗余 智能功率模块

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高速磁浮直线同步电机推力波动抑制方法研究

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作者 康劲松 丁浩 《铁道技术标准（中英文）》 2022年第10期1-6,共6页

高速磁浮直线同步电机推力波动是制约高速磁浮列车安全性的瓶颈之一,推力波动的抑制是提升磁浮列车安全可靠性与平稳舒适性的关键技术。本文对比常导高速磁浮与超导高速磁浮技术,介绍推力波动抑制的关键问题,概述悬浮间隙波动抑制控制... 高速磁浮直线同步电机推力波动是制约高速磁浮列车安全性的瓶颈之一,推力波动的抑制是提升磁浮列车安全可靠性与平稳舒适性的关键技术。本文对比常导高速磁浮与超导高速磁浮技术,介绍推力波动抑制的关键问题,概述悬浮间隙波动抑制控制方法、长定子直线同步电机精确建模以及推力波动抑制方向. 展开更多

关键词 高速磁浮列车 直线同步电机 牵引控制 推力波动抑制 精确建模 谐波电流

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