无气隙传感器悬浮控制器研究

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1、国内图书分类号：U237密级：公开国际图书分类号：621.3西南交通大学研究生学位论文无气隙传感器悬浮控制器研究年级：二○一五级姓名：戴玉申请学位级别：工学硕士专业：电气工程指导老师：郭育华副教授二○一八年五月ClassifiedIndex:U237U.D.C:621.3SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisRESEARCHONSUSPENSIONCONTROLLERWITHOUTAIRGAPSENSORGrade：2015Candidate：Da

2、iYuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofAcademicSpecialty：ElectricalEngineeringSupervisor：Associate-ProfessorGuoYuhuaMay.2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要中低速磁浮列车具有爬坡能力强、转弯半径小、噪音小、安全舒适、建造维修成本低等优势，我国城市轨道交通建设正在兴起一股磁浮热潮。悬浮控制器是磁浮列车的核心技术之一，悬浮系统的可靠稳定依赖于气隙传感器的可靠性。目前普遍采用三个气

3、隙传感器冗余设计以提高悬浮的可靠性和解决过轨道接缝的问题，因此也带来成本高的问题。本文研究无气隙传感器的悬浮控制器，探索采用电磁铁电感量检测来间接辨识悬浮气隙的技术，实现低成本和高可靠性。论文主要开展如下研究：单电磁铁的控制研究。建立了单电磁铁悬浮系统动态数学模型；采用气隙外环电流内环的控制方案设计悬浮控制器，分析悬浮斩波器工作原理，设计了电流环补偿网络，能实现对电流指令的快速跟随；分别基于平衡点线性化和精确线性化方法设计气隙环，仿真证明精确线性化方法具有对外界扰动力不敏感的优点。气隙辨识方案研究。

4、提出了通过检测电感电流变化率估算电磁铁电感量，从而间接得到气隙的研究思路。利用有限元分析了电感量和气隙关系曲线；基于Simulink仿真，分析了气隙辨识和横向偏移工况时的系统响应，证明了气隙辨识方案的可行性；结合中低速磁浮列车电磁铁的实际参数，讨论电感辨识的具体实现，设计减法去基值和高倍数放大电路提取电流脉动以估算电感量，解决了电流微小脉动的提取难题。悬浮控制器的设计与实验。设计了以ARM+FPGA为核心的悬浮控制器，包括信号调理、数字滤波、悬浮控制、气隙辨识等模块；在同济大学中低速磁浮基地悬浮转向

5、架上，开展单电磁铁悬浮测试，进行了悬浮控制和气隙辨识实验，实现了单电磁铁悬浮系统的稳定悬浮及电感量和气隙辨识，辨识精度在±5%以内，测得了气隙和电感量关系曲线。通过本论文的研究，无气隙传感器的悬浮控制器能够较精确辨识出悬浮气隙，用于悬浮控制，有望实现工程化。关键词中低速磁浮；悬浮控制；电磁铁参数辨识；FPGA；数字控制西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractThemedium-lowspeedmaglevtrainplaysanimportantroleinurbanrailtrans

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

7、abilityoftheairgapsensor.Atpresent,threeairgapsensorsareusedtogethertoimprovethereliabilityoflevitationandtheproblemofpassingrailjoints,whichalsobringsabouthighcost.Thispaperstudiesthesuspensioncontrollerwithoutairgapsensorandexplorestheindirectidentif

8、icationtechnologyofairgapthroughelectromagnetinductancedetectiontoachievelowcostandhighreliability.Thefollowingstudiesarecarriedout:Firstly,controlstrategyofsingleelectromagnetsuspensionsystemisstudied,whosemathematicalmodelisestablishe