磁浮列车悬浮系统的反步控制方法及实验研究

电磁铁的悬浮控制技术是磁浮列车最关键的核心技术之一.但是悬浮系统受到本质非线性和开环不稳定的影响,其控制器的设计一直存在难点和挑战.针对磁浮列车系统的稳定悬浮控制问题,设计了基于反步(Backstepping)法的非线性控制器.首先建立单点悬浮系统的非线性动力学模型,然后利用反步法将系统分成2个子系统并分别对每个子系统提出Lyapunov候选函数.在第一个子系统中设计虚拟控制量,并代入二级子系统的Lyapunov函数中获取出整个系统的控制器,接着利用Lyapunov理论验证系统的稳定性.同时,通过仿真证明:所提出的控制方法不仅具有更好的动态和稳态表现,而且能很好的抑制干扰对悬浮系统的影响.最后通过实验验证了该方法的有效性和可行性,在磁浮列车的悬浮系统方面具有良好应用前景.     

高速磁浮列车悬浮间隙仿真预测

基于长短时记忆（LSTM）神经网络提出了一种可用于高速磁浮列车的电磁铁悬浮间隙预测方法。考虑高速磁浮列车运行过程中受到的气动荷载，建立了列车仿真模型并计算列车的动态响应；通过PyCharm建立LSTM神经网络，并以高速磁浮列车仿真模型计算结果为样本集，构建了高速磁浮列车电磁铁悬浮间隙预测模型。最后，通过对预测模型计算结果和评价指标进行评判，验证了所提出的电磁铁间隙预测算法的准确性。     

低速磁浮列车悬浮系统动力学建模及非线性控制研究

以国家磁浮交通工程技术研究中心的低速磁浮列车为研究对象,探讨了外界扰动、非线性和时变性条件下悬浮控制系统的设计问题.首先建立悬浮系统非线性数学模型,并搭建悬浮系统仿真平台.然后设计线性PD（proportion differentiation）控制律,仿真表明其性能依赖参数的选取,对扰动敏感,鲁棒性弱.为提高悬浮控制器的鲁棒性,由可变边界层和指数趋近律出发,导出改进型的滑模控制律.用Lyapunov法证明其稳定性.仿真结果表明该控制律动态性能好,控制精度高,鲁棒性强,且能有效抑制系统颤振.最后通过整车试验证明所提出的改进型滑模控制律的有效性.     

基于预先补偿和全状态反馈控制的车-轨耦合振动抑制

以高速磁浮列车为研究对象,探讨了弹性轨道下的车-轨耦合振动问题。建立了能反映实际问题的车-轨耦合最小悬浮单元模型,并进行了开环系统稳定性和耦合振动机理分析。以弥补比例-积分-微分（PID）控制器有效信息利用不足为出发点,设计了基于预先补偿的全状态反馈控制器。通过仿真分析了反馈增益矩阵对系统跟踪性能和振动抑制能力的影响,提出了适当降低对悬浮间隙的要求换取振动抑制能力提升的思路。进一步分析了反馈系数对悬浮系统性能的影响规律,基于此得到了优化的预先补偿和全状态反馈控制框架。最后,通过实验验证了基于预先补偿的全状态反馈控制对抑制车-轨弹性耦合振动的有效性。     

磁悬浮列车悬浮控制器设计

本文旨在实现磁悬浮列车的悬浮控制。首先,根据单电磁铁模型、反馈控制算法等理论研究,对悬浮控制进行了可行性分析。通过建立单电磁铁悬浮模型,分析得出了磁悬浮系统的传递函数,并选取PID算法作为核心的反馈控制算法。其次,围绕数字化悬浮控制的工程实现展开探讨。提出了数字悬浮控制器的软硬件设计方案。该数字悬浮控制器采用两片DSP处理芯片,并整合了若干外围模块,可完成信号的采集、控制算法的执行和控制信号的发生,具备较强的控制性能。     

电磁悬浮型高速磁浮车-岔垂向动力响应

从车辆构造特点出发,建立电磁悬浮（EMS）型高速磁浮车辆悬浮架、悬浮电磁铁链式结构动力学模型,并引入基于状态观测器的悬浮控制算法。结合反映道岔结构特征及动力特性的有限元模型,建立车-岔系统动力响应分析模型。仿真结果表明,所提出精细化模型的数值模拟结果与实测数据较为接近。在此基础上,开展了单节和多节编组列车在静悬以及低速和高速通过道岔等多种工况下的仿真试验,分析了不同影响因素下高速磁浮车-岔系统振动特征。仿真和实测结果表明,明确车-岔-悬浮控制之间的参数匹配关系是揭示车-岔相互作用机理的前提和关键。     

磁浮列车悬浮系统的二次型最优控制

针对多变量、非线性的单磁铁悬浮系统，建立其线性化数学模型，讨论了系统的能控性、能观性和稳定性问题。采用线性二次型最优控制策略LQR方法对磁浮列车悬浮系统进行控制系统设计。MATLAB仿真研究了 二次最优控制中加权矩阵Q和R的问题。通过改变Q和R的数值，得到不同的仿真图形，并根据仿真图形进行控制性能比较。仿真结果表明磁浮间隙在二次最优控制下能回到额定值，获得了良好的控制性能。     

基于前馈-反馈的磁悬浮列车悬浮系统控制结构

磁悬浮列车控制系统性能直接影响到磁浮列车的稳定性、安全性,由于电磁铁模型本身的不稳定性和非线性,悬浮系统必须选择合适的控制方式才能使其稳定工作.为消除扰动对磁悬浮列车悬浮系统的影响,在线性近似模型基础上提出一种前馈-反馈复合控制结构,利用PI控制器消除稳态误差,利用前馈控制抵消扰动对系统的影响.采用MATLAB对系统进...     

低速磁浮列车悬浮系统动力学建模及非线性控制

以国家磁浮交通工程技术研究中心的低速磁浮列车为研究对象,探讨了外界扰动、非线性和时变性条件下悬浮控制系统的设计问题.首先建立悬浮系统非线性数学模型,并搭建悬浮系统仿真平台.然后设计线性PD(proportion differentiation)控制律,仿真表明其性能依赖参数的选取,对扰动敏感,鲁棒性弱.为提高悬浮控制器的鲁棒性,由可变边界层和指数趋近律出发,导出改进型的滑模控制律.用Lyapunov法证明其稳定性.仿真结果表明该控制律动态性能好,控制精度高,鲁棒性强,且能有效抑制系统颤振.最后通过整车试验证明所提出的改进型滑模控制律的有效性.     

基于磁流变原理的复合天棚控制算法的改进与优化

一种高效的控制算法是提升半主动减振控制系统性能的关键指标之一。该文在结合限阻尼系数模块、天棚控制算法及地棚控制算法的基础上，依据已有的磁流变减震器，设计并优化了复合天棚控制算法。通过建立垂直方向二自由度运动模型，基于Matlab Simulink平台对不同压缩行程、复原行程二维阻尼系数赋值仿真实验，得到最优阻尼系数区间，从而搭建复合天棚控制算法的限阻尼系数模块；进而对控制算法进行赋值迭代仿真，实现对复合天棚半主动控制算法阻尼系数的优化。基于时域路面激励的仿真结果表明，改进的复合天棚控制算法不仅克服了传统天棚控制无法有效抑制非簧载质量振动的缺点，且相比被动控制策略有效减少了加速度均方根值、相对动载荷均方根值及动挠度均方根值，可提升滑跑过程舒适性与操纵稳定性。