一種用于調節電磁吸力懸浮系統電磁鐵穩態電流及紋波的控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于調節電磁吸力懸浮系統電磁鐵穩態電流及紋波的控制方法。對傳統的電磁吸力懸浮控制系統電流實現環節中懸浮斬波電路的上下兩個橋臂進行開關控制，在保證電流穩態值跟隨給定穩態值的同時可以實現紋波值也按照需要在一定范圍內進行調節。在控制中首先根據電流給定值和反饋值計算控制需要的上下橋臂總的開通時間，然后根據給定的紋波要求計算出上下橋臂同時開通的時間，在同一個開關周期內，根據上下開關管總開通時間和同時開通時間，按照等脈寬、同開通時刻或者同關斷時刻等方法分別確定上下開關管的開通和關斷時刻，從而實現懸浮電磁鐵穩態輸出電流下的紋波大小的控制。
【專利說明】—種用于調節電磁吸力懸浮系統電磁鐵穩態電流及紋波的控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及中低速磁浮列車電磁吸力懸浮系統的懸浮斬波器電流及紋波的控制方案。
【背景技術】
[0002]在磁懸浮列車等電磁吸力懸浮系統(以下簡稱懸浮系統)中，往往通過檢測懸浮氣隙的大小來計算需要的電磁鐵電流，需要的電磁鐵電流通過功率放大單元實現，放大的電磁鐵電流提供保證懸浮系統穩定的電磁力。其中，電磁鐵電流的實現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。而在大功率環節采用開關電路實現，由于開關電路工作在開關狀態，電磁鐵不斷的處于充電和放電狀態。實際的電磁鐵電流在穩態時，除了期望的穩態電流還參雜有充放電過程中引起的紋波電流。
[0003]當懸浮系統處于某些靜態的情況下，電流紋波可以視為系統的一種擾動。在目前的電流控制中，并不對紋波進行控制和檢測，其在穩態電流下的紋波，有時具有很強的規律性，如比較固定的頻率或者周期性，有時具有比較大的隨機性，但其頻帶分布也相對比較集中。紋波擾動逐步累積能量，尤其是當紋波的頻帶與系統某些部分頻率接近或者存在某些關系時，可能會激起懸浮系統中某些部分產生振動，進而引起系統共振。如在某些情況下，軌道系統剛度比較小時，紋波產生的擾動力與軌道系統共同作用，可能會產生車軌共振的嚴重問題。
[0004]在這種情況下如果根據懸浮系統的需要，對紋波進行調節，破壞紋波擾動存在的規律性；或者在懸浮控制系統中，對紋波進行反饋控制，使紋波產生的系統擾動在懸浮系統中是閉環的；或者對單點懸浮系統的紋波進行調節控制，使多點之間的擾動相互抵消，這樣都可以有效的避免紋波對系統造成的不良影響。這些方法都需要懸浮斬波器，不僅對穩態電流進行控制，還需要對紋波電流進行調節；也就是說在采用開關電路產生電磁鐵電流的懸浮控制系統中，不僅對懸浮穩態電流進行控制，也對紋波電流進行調節，以避免紋波產生的擾動對系統產生影響。那么，懸浮系統對于電流環節的控制量不僅有穩態電流的要求還有紋波電流的要求，即電流控制環節不僅要對穩態電流進行控制，也要對紋波電流進行調節。
[0005]在實際中，大功率電流環采用的開關電路為懸浮斬波電路，其基本結構與H型斬波電路結構相似，它有兩個橋臂，由于懸浮系統中電磁鐵電流單向流動，所以每一個橋臂采用一個開關管與一個二極管串聯的結構，而不采用兩個開關管串聯的結構。每個橋臂兩端連接輸入電壓，開關管與二極管連接處稱為輸出端，連接電磁鐵。在兩個橋臂中一個橋臂開關管在上二極管在下，稱為上橋臂；另一個橋臂開關管在下二極管在上，稱為下橋臂。
[0006]懸浮斬波電路具有三種工作狀態:當兩個開關管全部開通，即兩個橋臂全部開通時，電磁鐵處于正電平狀態，其承受正向輸入電壓，電流處于最大上升率階段，電流增加；當只有一個開關管開通，即只有一個橋臂開通時，電磁鐵處于零電平狀態，電流處于自然續流狀態，電路減小；當兩個開關管全部關斷，也就是沒有橋臂開通時，電磁鐵處于負電平狀態，其承受負向輸入電壓，電流處于最大下降率階段，電流減小。
[0007]對懸浮斬波電路工作原理進行分析。假設Tl和T3開關周期為T，占空比分別為Cl1和d2 ；Ui為輸入電壓，i。為輸出電流，10為輸出穩態電流分量，△ i為輸出紋波分量，電流電磁鐵電感為L，電阻為R。
[0008]通過如下表1，我們可以看到在每一開關周期內，可能存在正、零和負三種電平。
[0009]表1斬波器工作狀態(其中I代表開通，O代表關斷)
[0010]
【權利要求】
1.一種用于調節電磁吸力懸浮系統電磁鐵穩態電流及紋波的控制方法，在由懸浮斬波電路、實際電流電壓檢測單元、穩態電流給定、紋波電流給定、電流控制單元、紋波控制單元和開關分配單元構成的電磁吸力懸浮系統電磁鐵穩態電流及紋波調節系統中，電流控制單元計算上下橋臂總的開通時間；紋波控制單元，計算上下橋臂同時開通的時間；開關分配單元，根據需要的上下橋臂總開通時間與同時開通時間，對每個橋臂的開關脈沖進行分配； 所述開關分配單元當紋波在調節范圍內時，按照以下任意一種方法對上下橋臂開通和關斷時間進行分配: (a)等脈寬分配:按照上下橋臂開通時間相等進行分配，當紋波在調節范圍內時上下橋臂開通時間均等于總開通時間的一半，某一橋臂開通時刻在開關周期零時刻，另一橋臂開通時刻等于總開通時間的一半減去同時開通時間； (b)同開通時刻分配:按照上下橋臂同時開通進行分配，兩個橋臂同時在開關周期零時刻開通，當紋波在調節范圍內時，那么一個橋臂開通時間為同時開通時間，另一個橋臂開通時間為總開通時間減去同時開通時間； (C)同關斷時刻分配:按照上下橋臂同時關斷進行分配，兩個橋臂同時在開關周期結束時刻關斷。當紋波在調節范圍內時，那么一個橋臂開開通時刻為開關周期減去同時開通時間，另一個橋臂開通時刻為開關周期加同時開通時間減去總開通時間； 以此保證懸浮電磁鐵穩態電流等于電流給定的情況下，在一定范圍內按照紋波給定值的大小來調節紋波電流的大小，當紋波給定值超出系統調節范圍時，系統優先保證穩態電流。
2.根據權利要求1所述的一種用于調節電磁吸力懸浮系統電磁鐵穩態電流紋波的控制方法，其特征在于:所述紋波在調節范圍內是指滿足同時開通時間加開關周期不小于總開通時間，總開通時間不小于二倍同時開通時間且同時開通時間不小于零。
【文檔編號】H02M1/14GK103825440SQ201410010866
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年1月9日 優先權日:2014年1月9日
【發明者】董金文, 張昆侖, 郭小舟, 王瀅, 劉放, 劉國清, 靖永志 申請人:西南交通大學