[发明专利]一种永磁电磁混合悬浮系统的容错控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁悬浮列车领域，特别是一种适用于永磁电磁混合悬浮系统加速度计故障情况下的故障检测及容错控制方法。

背景技术

基于状态反馈的永磁电磁混合悬浮控制将电磁铁悬浮间隙、电磁铁运动速度以及通过电磁铁线圈的电流作为反馈量，电磁铁间隙值由间隙传感器获得，电磁铁线圈的电流由机箱内的电流互感器获得，而电磁铁的运动速度是无法直接由传感器测量得到的。电磁铁运动速度可以通过对电磁铁间隙信号进行微分来获取，也可以通过对加速度信号进行积分得到，两种方法构成了信号获取方式的冗余性。在列车正常运行情况下，由于受电磁干扰的影响间隙信号中会夹杂着噪声信号，对间隙信号进行微分会放大间隙信号中的噪声，降低间隙微分信号的信噪比，因此选择将加速度信号的积分进行反馈。

与一般控制系统类似，磁浮列车悬浮系统的传感器也是相对较容易发生故障的部件。传感器故障会导致悬浮系统失稳，从而造成安全事故。因此研究悬浮系统的传感器故障诊断和容错问题，对提高磁浮列车系统的安全可靠性具有十分重要的意义。悬浮系统采用的反馈信号分别由间隙传感器、加速度计和电流互感器提供。电流互感器安装在机箱内部，运行条件较好，在实际使用中故障率较低。为了解决过接缝问题，间隙传感器采用了三模冗余配置，单个间隙传感器故障不会导致间隙信号异常。但是由于加速度计需要测量悬浮电磁铁的振动信号，因此直接安装在电磁铁上，其运行环境恶劣，比较容易发生故障。因此针对加速度计故障设计容错控制方法问题具有一定的工程意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种故障诊断准确迅速、切换过程平稳、传感器故障后系统动态特性能依旧良好的加速度计容错控制算法。

本发明采用的技术方案是：

一种永磁电磁混合悬浮系统的容错控制方法，所述永磁电磁混合悬浮系统包括加速度计、间隙传感器、电流传感器、控制器，间隙传感器与控制器通讯连接以反馈电磁铁悬浮间隙，电流传感器与控制器通讯连接以反馈电磁铁线圈电流，所述永磁电磁混合悬浮系统还包括基于边界特性的两点式跟踪微分器、加速度积分器、基于贝耶斯估计的加速度计故障诊断单元以及基于切换策略的信号选择单元；该容错控制方法包括以下步骤：所述两点式跟踪微分器与间隙传感器连接以实时获取间隙微分信号，加速度积分器与加速度计连接以实时获取加速度积分信号；故障诊断单元根据所述间隙微分信号与加速度积分信号的差值，经过贝耶斯决策理论得到故障诊断信号；信号选择单元根据故障诊断信号的值，在跟踪微分器与加速度积分器之间切换输出电磁铁运动速度给控制器。

本发明的有益效果：

1、充分考虑了永磁电磁混合悬浮系统信号的冗余性，以间隙微分信号作为标准来判断加速度计是否发生故障，故障诊断结果可信度高。

2、所采用的新型跟踪微分器形式简单，便于硬件实现，计算量少，实时性高。

3、所采用的新型跟踪微分器能够较准确地得到间隙信号的微分信号，且对于信号中的噪声放大效果不明显，这样保证了信号切换后系统的动态效果良好。

4、采用贝耶斯决策理论获取决策量和阈值，故障检测的可靠性得到了提高，同时不影响故障检测的快速性。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

图1是加速度计容错控制系统结构图；

图2是基于边界特性的两点式跟踪微分器对输入状态的划分；

图3是最速系统综合函数计算流程。

具体实施方式

本发明旨在保护应用在永磁电磁混合悬浮系统的容错控制方法，如图1所示，该永磁电磁混合悬浮系统包括加速度计、间隙传感器、电流传感器、控制器，间隙传感器与控制器通讯连接以反馈电磁铁悬浮间隙，电流传感器与控制器通讯连接以反馈电磁铁线圈电流，所述永磁电磁混合悬浮系统还包括基于边界特性的两点式跟踪微分器、加速度积分器、基于贝耶斯估计的加速度计故障诊断单元以及基于切换策略的信号选择单元；

该容错控制方法包括以下步骤：所述两点式跟踪微分器与间隙传感器连接以实时获取间隙微分信号，加速度积分器与加速度计连接以实时获取加速度积分信号；故障诊断单元根据所述间隙微分信号与加速度积分信号的差值，经过贝耶斯决策理论得到故障诊断信号；信号选择单元根据故障诊断信号的值，在跟踪微分器与加速度积分器之间切换输出电磁铁运动速度给控制器。以下为本发明的具体三大架构机器算法：

(一)加速度计故障的容错控制系统结构