[发明专利]一种中低速磁浮列车轨缝信号处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及中低速磁浮列车悬浮控制信号处理技术。

背景技术

中低速磁浮列车采用电磁吸力悬浮系统，电磁吸力悬浮系统是一种本质不稳定的悬浮系统，它必须通过反馈控制以实现系统的稳定。在反馈控制中，系统首先对悬浮气隙进行采样，也就是首先检测悬浮电磁铁与轨道之间的距离（称为气隙值），根据气隙值通过一定的控制算法，计算维持这个气隙所需要的电磁铁电流的大小；最后通过悬浮斩波电路对电磁铁电流进行控制，使电磁铁电流等于需要的电磁铁电流大小。

在中低速磁浮列车系统中，轨道采用低碳钢等导磁材料制成，沿线路铺设在轨道梁的轨枕上。轨道采用轧制工艺制成，目前一般单根轨道长度在8～12米之间。考虑到轨道和梁热胀冷缩以及线路铺设等原因，轨道与轨道之间需要留出一定的缝隙，称之为轨缝。

中低速磁浮列车的悬浮系统对悬浮气隙值进行检测主要是通过电涡流传感器（称为气隙传感器），检测轨道下表面与传感器探头之间的距离。当气隙传感器探头正对轨道接缝处时，相当于传感器检测的等效面积变小或者轨道检测面处于远处，所以此时传感器的检测输出为最大气隙或较大气隙。因此，当悬浮电磁铁通过轨道接缝时，气隙传感器在通过轨道接缝的过程中，其检测值会出现先变大后变小，如图1所示。如果使直接使用含有轨缝信号的传感器检测值，必然会造成悬浮系统性能变差甚至引起系统失稳。

在目前的实际使用中，解决悬浮系统过轨缝的办法通常是使用多个气隙传感器探头，利用气隙传感器在轨缝处检测面变小，检测信号值变大的原理，对传感器检测值取小，通过多个传感器探头的切换，来避免轨缝信号通过悬浮气隙检测值对悬浮系统造成影响。实际使用的切换过程比较简单，假设沿着悬浮电磁铁运行方向依次有传感器1和传感器2，两个传感器远离轨道接缝处时检测值一致。当电磁铁运行时，传感器1和2依次通过轨道接缝，当1通过轨道接缝的时候，其气隙检测值从正常值逐渐变大然后逐渐变小回到正常值，在这个过程中通过取小，将不在轨道接缝处的传感器2的信号取出。当传感器1通过轨道接缝后，其检测值恢复正常，传感器2接着通过轨道接缝，其气隙检测值也会逐渐变大然后变小，在这个过程中也通过取小，将有效的传感器1信号取出。如果沿着运行方向依次有三个传感器，那么按照类似的办法，通过取小或者取中的方法，仍然可以将有效信号检出。显然这种方法利用了传感器通过轨道接缝处，信号检测值变大的特点，通过去除大值（或者说取小或者取中)的简单方法，来实现悬浮系统过轨缝的问题。

这种方法虽然简单易行，但在实际中仍然存在着一些问题，主要在两个方面。首先，如果两个或者三个传感器在正常轨道处检测值基本一致，那么在不过轨缝时这几个传感器信号也会频繁切换。传感器之间频繁切换会将由于传感器自身特性（如灵敏度、零点位置等）不一致产生的误差或者其他误差引入到系统中，对系统产生扰动。其次，如果传感器之间由于安装或者其他原因存在固定的误差值，比如由于传感器安装倾斜或者传感器零点不一致造成传感器1的检测值比2大或者小某一固定值，那么此时不存在普通轨道时的切换扰动问题，但在轨缝处切换的过程中，这个固定值至少要在检测信号中产生两次等效阶跃信号，这显然也会对系统的稳定造成影响。

通过分析，实际中应尽可能少的对传感器进行切换，避免切换造成的扰动等问题，使用单个不含轨缝信号的传感器是相对理想的。目前使用的去除大值的方法，优点是简单，但这种方法实际忽略了传感器信号中的某些有效信息，传感器在通过轨缝时实际产生了一些有效信息，去除大值的方法并未对这些信息进行充分的利用。

气隙传感器在通过某一轨道接缝的过程中所产生的信号是固定的，这个信号可以认为是正常气隙信号中叠加一个轨缝信号，轨缝信号特征与气隙值和轨缝自身特征（如宽度等）、通过速度等有关，与传感器特性无关。不同气隙传感器的轨缝信号特性可以认为是一致的，那么不同的传感器在同一气隙下，通过固定的轨道接缝，所产生的信号具有一致性。根据这种一致性，将先通过轨缝的传感器信号中的轨缝信号部分提取出来，然后按提取信号的特征对后通过轨缝的传感器信号进行处理，消除其中的轨缝信号，那么我们就可以得到一个不含轨缝信号的单个传感器信号。

发明内容

基于现有技术的不足和以上的认识，本发明提出了一种新的中低速磁浮列车轨缝信号的处理方法，以克服现有技术的以上不足。