一種用于調(diào)節(jié)電磁吸力懸浮系統(tǒng)電磁鐵穩(wěn)態(tài)電流及紋波的控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于調(diào)節(jié)電磁吸力懸浮系統(tǒng)電磁鐵穩(wěn)態(tài)電流及紋波的控制方法。對(duì)傳統(tǒng)的電磁吸力懸浮控制系統(tǒng)電流實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)中懸浮斬波電路的上下兩個(gè)橋臂進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制，在保證電流穩(wěn)態(tài)值跟隨給定穩(wěn)態(tài)值的同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)紋波值也按照需要在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。在控制中首先根據(jù)電流給定值和反饋值計(jì)算控制需要的上下橋臂總的開(kāi)通時(shí)間，然后根據(jù)給定的紋波要求計(jì)算出上下橋臂同時(shí)開(kāi)通的時(shí)間，在同一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，根據(jù)上下開(kāi)關(guān)管總開(kāi)通時(shí)間和同時(shí)開(kāi)通時(shí)間，按照等脈寬、同開(kāi)通時(shí)刻或者同關(guān)斷時(shí)刻等方法分別確定上下開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)刻，從而實(shí)現(xiàn)懸浮電磁鐵穩(wěn)態(tài)輸出電流下的紋波大小的控制。
【專利說(shuō)明】—種用于調(diào)節(jié)電磁吸力懸浮系統(tǒng)電磁鐵穩(wěn)態(tài)電流及紋波的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及中低速磁浮列車電磁吸力懸浮系統(tǒng)的懸浮斬波器電流及紋波的控制方案。
【背景技術(shù)】
[0002]在磁懸浮列車等電磁吸力懸浮系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱懸浮系統(tǒng))中，往往通過(guò)檢測(cè)懸浮氣隙的大小來(lái)計(jì)算需要的電磁鐵電流，需要的電磁鐵電流通過(guò)功率放大單元實(shí)現(xiàn)，放大的電磁鐵電流提供保證懸浮系統(tǒng)穩(wěn)定的電磁力。其中，電磁鐵電流的實(shí)現(xiàn)在小功率的情況下采用線性放大電源，電磁鐵電流輸出中不含有紋波。而在大功率環(huán)節(jié)采用開(kāi)關(guān)電路實(shí)現(xiàn)，由于開(kāi)關(guān)電路工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，電磁鐵不斷的處于充電和放電狀態(tài)。實(shí)際的電磁鐵電流在穩(wěn)態(tài)時(shí)，除了期望的穩(wěn)態(tài)電流還參雜有充放電過(guò)程中引起的紋波電流。
[0003]當(dāng)懸浮系統(tǒng)處于某些靜態(tài)的情況下，電流紋波可以視為系統(tǒng)的一種擾動(dòng)。在目前的電流控制中，并不對(duì)紋波進(jìn)行控制和檢測(cè)，其在穩(wěn)態(tài)電流下的紋波，有時(shí)具有很強(qiáng)的規(guī)律性，如比較固定的頻率或者周期性，有時(shí)具有比較大的隨機(jī)性，但其頻帶分布也相對(duì)比較集中。紋波擾動(dòng)逐步累積能量，尤其是當(dāng)紋波的頻帶與系統(tǒng)某些部分頻率接近或者存在某些關(guān)系時(shí)，可能會(huì)激起懸浮系統(tǒng)中某些部分產(chǎn)生振動(dòng)，進(jìn)而引起系統(tǒng)共振。如在某些情況下，軌道系統(tǒng)剛度比較小時(shí)，紋波產(chǎn)生的擾動(dòng)力與軌道系統(tǒng)共同作用，可能會(huì)產(chǎn)生車軌共振的嚴(yán)重問(wèn)題。
[0004]在這種情況下如果根據(jù)懸浮系統(tǒng)的需要，對(duì)紋波進(jìn)行調(diào)節(jié)，破壞紋波擾動(dòng)存在的規(guī)律性；或者在懸浮控制系統(tǒng)中，對(duì)紋波進(jìn)行反饋控制，使紋波產(chǎn)生的系統(tǒng)擾動(dòng)在懸浮系統(tǒng)中是閉環(huán)的；或者對(duì)單點(diǎn)懸浮系統(tǒng)的紋波進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，使多點(diǎn)之間的擾動(dòng)相互抵消，這樣都可以有效的避免紋波對(duì)系統(tǒng)造成的不良影響。這些方法都需要懸浮斬波器，不僅對(duì)穩(wěn)態(tài)電流進(jìn)行控制，還需要對(duì)紋波電流進(jìn)行調(diào)節(jié)；也就是說(shuō)在采用開(kāi)關(guān)電路產(chǎn)生電磁鐵電流的懸浮控制系統(tǒng)中，不僅對(duì)懸浮穩(wěn)態(tài)電流進(jìn)行控制，也對(duì)紋波電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，以避免紋波產(chǎn)生的擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。那么，懸浮系統(tǒng)對(duì)于電流環(huán)節(jié)的控制量不僅有穩(wěn)態(tài)電流的要求還有紋波電流的要求，即電流控制環(huán)節(jié)不僅要對(duì)穩(wěn)態(tài)電流進(jìn)行控制，也要對(duì)紋波電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0005]在實(shí)際中，大功率電流環(huán)采用的開(kāi)關(guān)電路為懸浮斬波電路，其基本結(jié)構(gòu)與H型斬波電路結(jié)構(gòu)相似，它有兩個(gè)橋臂，由于懸浮系統(tǒng)中電磁鐵電流單向流動(dòng)，所以每一個(gè)橋臂采用一個(gè)開(kāi)關(guān)管與一個(gè)二極管串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，而不采用兩個(gè)開(kāi)關(guān)管串聯(lián)的結(jié)構(gòu)。每個(gè)橋臂兩端連接輸入電壓，開(kāi)關(guān)管與二極管連接處稱為輸出端，連接電磁鐵。在兩個(gè)橋臂中一個(gè)橋臂開(kāi)關(guān)管在上二極管在下，稱為上橋臂；另一個(gè)橋臂開(kāi)關(guān)管在下二極管在上，稱為下橋臂。
[0006]懸浮斬波電路具有三種工作狀態(tài):當(dāng)兩個(gè)開(kāi)關(guān)管全部開(kāi)通，即兩個(gè)橋臂全部開(kāi)通時(shí)，電磁鐵處于正電平狀態(tài)，其承受正向輸入電壓，電流處于最大上升率階段，電流增加；當(dāng)只有一個(gè)開(kāi)關(guān)管開(kāi)通，即只有一個(gè)橋臂開(kāi)通時(shí)，電磁鐵處于零電平狀態(tài)，電流處于自然續(xù)流狀態(tài)，電路減??；當(dāng)兩個(gè)開(kāi)關(guān)管全部關(guān)斷，也就是沒(méi)有橋臂開(kāi)通時(shí)，電磁鐵處于負(fù)電平狀態(tài)，其承受負(fù)向輸入電壓，電流處于最大下降率階段，電流減小。
[0007]對(duì)懸浮斬波電路工作原理進(jìn)行分析。假設(shè)Tl和T3開(kāi)關(guān)周期為T，占空比分別為Cl1和d2 ；Ui為輸入電壓，i。為輸出電流，10為輸出穩(wěn)態(tài)電流分量，△ i為輸出紋波分量，電流電磁鐵電感為L(zhǎng)，電阻為R。
[0008]通過(guò)如下表1，我們可以看到在每一開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，可能存在正、零和負(fù)三種電平。
[0009]表1斬波器工作狀態(tài)(其中I代表開(kāi)通，O代表關(guān)斷)
[0010]
【權(quán)利要求】
1.一種用于調(diào)節(jié)電磁吸力懸浮系統(tǒng)電磁鐵穩(wěn)態(tài)電流及紋波的控制方法，在由懸浮斬波電路、實(shí)際電流電壓檢測(cè)單元、穩(wěn)態(tài)電流給定、紋波電流給定、電流控制單元、紋波控制單元和開(kāi)關(guān)分配單元構(gòu)成的電磁吸力懸浮系統(tǒng)電磁鐵穩(wěn)態(tài)電流及紋波調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，電流控制單元計(jì)算上下橋臂總的開(kāi)通時(shí)間；紋波控制單元，計(jì)算上下橋臂同時(shí)開(kāi)通的時(shí)間；開(kāi)關(guān)分配單元，根據(jù)需要的上下橋臂總開(kāi)通時(shí)間與同時(shí)開(kāi)通時(shí)間，對(duì)每個(gè)橋臂的開(kāi)關(guān)脈沖進(jìn)行分配； 所述開(kāi)關(guān)分配單元當(dāng)紋波在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)時(shí)，按照以下任意一種方法對(duì)上下橋臂開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間進(jìn)行分配: (a)等脈寬分配:按照上下橋臂開(kāi)通時(shí)間相等進(jìn)行分配，當(dāng)紋波在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)時(shí)上下橋臂開(kāi)通時(shí)間均等于總開(kāi)通時(shí)間的一半，某一橋臂開(kāi)通時(shí)刻在開(kāi)關(guān)周期零時(shí)刻，另一橋臂開(kāi)通時(shí)刻等于總開(kāi)通時(shí)間的一半減去同時(shí)開(kāi)通時(shí)間； (b)同開(kāi)通時(shí)刻分配:按照上下橋臂同時(shí)開(kāi)通進(jìn)行分配，兩個(gè)橋臂同時(shí)在開(kāi)關(guān)周期零時(shí)刻開(kāi)通，當(dāng)紋波在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)時(shí)，那么一個(gè)橋臂開(kāi)通時(shí)間為同時(shí)開(kāi)通時(shí)間，另一個(gè)橋臂開(kāi)通時(shí)間為總開(kāi)通時(shí)間減去同時(shí)開(kāi)通時(shí)間； (C)同關(guān)斷時(shí)刻分配:按照上下橋臂同時(shí)關(guān)斷進(jìn)行分配，兩個(gè)橋臂同時(shí)在開(kāi)關(guān)周期結(jié)束時(shí)刻關(guān)斷。當(dāng)紋波在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)時(shí)，那么一個(gè)橋臂開(kāi)開(kāi)通時(shí)刻為開(kāi)關(guān)周期減去同時(shí)開(kāi)通時(shí)間，另一個(gè)橋臂開(kāi)通時(shí)刻為開(kāi)關(guān)周期加同時(shí)開(kāi)通時(shí)間減去總開(kāi)通時(shí)間； 以此保證懸浮電磁鐵穩(wěn)態(tài)電流等于電流給定的情況下，在一定范圍內(nèi)按照紋波給定值的大小來(lái)調(diào)節(jié)紋波電流的大小，當(dāng)紋波給定值超出系統(tǒng)調(diào)節(jié)范圍時(shí)，系統(tǒng)優(yōu)先保證穩(wěn)態(tài)電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于調(diào)節(jié)電磁吸力懸浮系統(tǒng)電磁鐵穩(wěn)態(tài)電流紋波的控制方法，其特征在于:所述紋波在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)是指滿足同時(shí)開(kāi)通時(shí)間加開(kāi)關(guān)周期不小于總開(kāi)通時(shí)間，總開(kāi)通時(shí)間不小于二倍同時(shí)開(kāi)通時(shí)間且同時(shí)開(kāi)通時(shí)間不小于零。
【文檔編號(hào)】H02M1/14GK103825440SQ201410010866
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月9日
【發(fā)明者】董金文, 張昆侖, 郭小舟, 王瀅, 劉放, 劉國(guó)清, 靖永志 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)