• ISSN 0258-2724
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高速磁浮列车导向系统的优化控制方法

王志强 郭伟鹏 桑孜良 李博文 龙志强 李晓龙

王志强, 郭伟鹏, 桑孜良, 李博文, 龙志强, 李晓龙. 高速磁浮列车导向系统的优化控制方法[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20230516
引用本文: 王志强, 郭伟鹏, 桑孜良, 李博文, 龙志强, 李晓龙. 高速磁浮列车导向系统的优化控制方法[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20230516
WANG Zhiqiang, GUO Weipeng, SANG Ziliang, LI Bowen, LONG Zhiqiang, LI Xiaolong. Optimized Control Method for Guidance System of High-Speed Maglev Train[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20230516
Citation: WANG Zhiqiang, GUO Weipeng, SANG Ziliang, LI Bowen, LONG Zhiqiang, LI Xiaolong. Optimized Control Method for Guidance System of High-Speed Maglev Train[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20230516

高速磁浮列车导向系统的优化控制方法

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20230516
基金项目: 国家自然科学基金项目(52332011, 52402456);湖南省自然科学基金项目(2022JJ40560)
详细信息
    作者简介:

    王志强(1990—),男,讲师,研究方向为磁浮列车悬浮导向控制,E-mail:wangzhiqiang12@nudt.edu.cn

    通讯作者:

    李晓龙(1979—),男,副研究员,研究方向为磁悬浮技术,E-mail:13787786254@163.com

  • 中图分类号: TP29

Optimized Control Method for Guidance System of High-Speed Maglev Train

  • 摘要:

    为进一步优化和改善高速磁浮列车导向系统的控制性能,以高速磁浮列车导向系统为研究对象,在基于搭接结构导向系统的数学模型基础上进行导向控制器的设计和仿真实验;分析高速磁浮列车在通过弯道时的情况,考虑了2种工作条件(磁浮列车以不同速度通过弯道、磁浮列车受到不同大小的侧向干扰力)建立考虑扰动的导向系统数学模型,采用线性二次型最优控制方法设计导向系统标称控制器,并利用粒子群优化算法对控制器参数进行优化;建立了导向系统的仿真模型,通过仿真平台分析导向系统在2种特定工作条件下的系统响应,并将优化前后算法进行对比. 研究结果表明:1、2、3 kN模拟干扰力情况下,导向间隙波动幅值分别减小9.46%、9.70%、11.82%,相比于优化前的算法,优化后导向系统间隙恢复速度有所提升;优化后的算法在改善列车通过弯道及受到横风干扰时的性能方面均具有一定的提升作用,证明了优化算法的有效性及可靠性.

     

  • 图 1  导向单元受力分析

    Figure 1.  Force analysis of guidance unit

    图 2  导向搭接结构简图

    Figure 2.  Jointed guidance structure

    图 3  不同速度条件下的导向间隙和导向电流

    Figure 3.  Guidance gap and guidance current under different velocity conditions

    图 4  导向搭接结构运行示意

    Figure 4.  Operation of jointed guidance structure

    图 5  导向控制系统结构框图

    Figure 5.  Block diagram of guidance control system structure

    图 6  适应度函数迭代过程曲线

    Figure 6.  Curves of fitness function iteration

    图 7  优化前、后90 km/h右侧间隙对比

    Figure 7.  Comparison of right-side gap before and after optimization at 90 km/h

    图 8  2种优化思路导向系统右侧间隙对比

    Figure 8.  Comparison of right-side gap in guidance system using two optimization approaches

    图 9  优化前后右侧导向间隙变化对比

    Figure 9.  Comparison of changes in right-side guidance gap before and after optimization

    图 10  优化前后系统输入u的变化对比

    Figure 10.  Comparison of changes in system input u before and after optimization

    图 11  考虑涡流影响时不同速度下导向系统右侧间隙、电流的变化

    Figure 11.  Variation in right-side gap and current of guidance system at different velocities considering influence of eddy currents

    图 12  导向系统扰动下响应

    Figure 12.  Response of guidance system under disturbance

    表  1  高速磁浮列车物理参数表

    Table  1.   Physical parameters of high-speed maglev train

    符号 物理意义 数值
    $ {\mu }_{0} $/(N·A−2 真空磁导率 4π×10−7
    $ N $ 线圈绕组匝数 200
    $ A $/m2 电磁铁磁极面积 0.552
    $ R $/Ω 线圈绕组电阻 2.77
    $ {L}_{0} $/H 电磁铁线圈的等效电感 0.1387
    $ {{\textit{z}}}_{0} $/m 平衡点间隙 0.01
    $ {i}_{0} $/A 平衡点的工作电流 10
    $ {m}_{{\mathrm{l}}} $/kg 左侧一组导向电磁铁质量 390
    $ {m}_{{\mathrm{r}}} $/kg 右侧一组导向电磁铁质量 390
    $ {m}_{{\mathrm{d}}} $/kg 一个导向单元的等效质量 550
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    表  2  不同速度下导向力损失情况表

    Table  2.   Loss of guiding force at different velocities

    速度/(km·h−1 导向力/N 降比/%
    0 604.0
    100 429.5 28.89
    200 383.0 36.59
    300 382.0 36.75
    400 381.5 36.84
    500 381.2 36.89
    600 381.2 36.89
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-10-09
  • 修回日期:  2024-05-21
  • 网络出版日期:  2025-06-24

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