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一種基于電阻的中低速磁浮列車懸浮電磁鐵電感參數在線檢測方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201410145776.2

申請日:

2014.04.11

公開號:

CN103954845A

公開日:

2014.07.30

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G01R 27/26申請日:20140411|||公開
IPC分類號: G01R27/26 主分類號: G01R27/26
申請人: 西南交通大學
發明人: 董金文; 張昆侖
地址: 610031 四川省成都市二環路北一段111號西南交通大學科技處
優先權:
專利代理機構: 成都信博專利代理有限責任公司 51200 代理人: 張澎
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201410145776.2

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.01.04|||2014.08.27|||2014.07.30

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種基于電阻的中低速磁浮列車懸浮電磁鐵電感在線檢測方法,在電磁鐵電阻值已知時,通過對懸浮電磁鐵在正常工作過程中加入一個占空比為50%先開后關的脈沖寬度調制(PWM)電壓,通過檢測電磁鐵在此PWM電壓起始時刻電流I0和PWM電壓結束時刻電流值I2,利用電磁鐵電阻R和PWM電壓半周期時間Tm,按照公式在線計算得到電磁鐵電感。本發明方法提供了一種在電磁鐵電阻值已知時,在不影響電磁鐵在線使用的情況下,得到電磁鐵電感參數的在線檢測方法,可用于中低速磁浮列車電磁鐵在線狀態檢測、參數辨識與控制。

權利要求書

權利要求書
1.  一種基于電阻的中低速磁浮列車懸浮電磁鐵電感在線檢測方法,在電磁鐵電阻值已知時對電磁鐵電感進行在線檢測,包括以下步驟,(a)在懸浮電磁鐵正常工作過程中加入一個占空比為50%先開后關的脈沖寬度調制PWM電壓作為檢測電壓,檢測電壓前半周期為正電壓,后半周期為負電壓;(b)在加入PWM檢測電壓周期中,檢測電磁鐵在此PWM電壓起始時刻電流I0和PWM電壓結束時刻電流值I2;利用電磁鐵電阻R和PWM電壓半周期時間Tm,按照公式在線計算得到電磁鐵電感并輸送至在線故障診斷及調整后續執行單元。

說明書

說明書一種基于電阻的中低速磁浮列車懸浮電磁鐵電感參數在線檢測方法
技術領域
本發明涉及一種中低速磁浮列車懸浮電磁鐵電感參數在線檢測方法。
背景技術
中低速磁浮列車主要采用電磁吸力懸浮,懸浮力由懸浮電磁鐵提供,懸浮電磁鐵通過電流與軌道之間產生電磁吸力,通過控制電磁鐵電流的大小調節電磁力使得系統可以穩定在固定的懸浮氣隙上。
懸浮電磁鐵是懸浮系統主要部件,在實際使用中需要對其狀態進行在線監測,以判斷可能出現的故障以及出現故障時對故障進行分析。懸浮電磁鐵在電學特性上可以等效認為電阻串聯電感,電磁鐵電阻和電感是反映電磁鐵狀態的關鍵參數。
電感參數是電磁鐵的重要狀態參數,也是判斷電磁鐵狀態的主要依據之一。當電磁鐵發生某些故障時,通過電感參數可以對故障狀況進行識別。當電磁鐵開路時,電磁鐵電感會變成無窮大或者極大;當電磁鐵短路時,電磁鐵電感會變小甚至為零;當電磁鐵出現匝間部分短路時,電磁鐵電感會比常態值小;當電磁鐵連接不穩時,電磁鐵電感值會發生不穩定。所以通過對懸浮電磁鐵電感參數的識別可以在線的對懸浮電磁鐵的狀態進行判斷。此外,電磁鐵電感是懸浮系統控制時使用的重要參數,是系統需要識別的重要在線參數。通過對電磁鐵電感參數的識別,可以對系統控制參數進行在線調整優化控制器性能。總之,電磁鐵電感參數在線識別是懸浮系統在線故障診斷、系統參數在線識別以及控制參數在線調整的重要依據。
對懸浮電磁鐵電感參數在線進行檢測,存在一定的困難,這種困難主要在于懸浮系統控制是一種實時控制系統,檢測電壓加入困難。中低速磁浮列車采用電磁吸力懸浮系統,這種懸浮系統是一種本質不穩定系統,系統通過實時調節電磁鐵電流的大小來實現系統穩定懸浮。懸浮系統根據電磁鐵的氣隙值和加速度值實時計算出電磁鐵需要電流(目標電流)大小,電磁鐵電流控制根據電磁鐵目標電流和實際電流產生控制脈沖,控制脈沖控制懸浮斬波電路中開關管的開通和關斷對電磁鐵電流實現調節,使實際電流跟隨目標電流。在中低速磁 浮列車中電磁鐵電流的大小通過懸浮斬波電路實現。由于開關管工作頻率有限,在實際工作時采用固定的開關頻率,其控制信號一般采用脈沖寬度調制信號(PWM)信號,通過調節PWM信號的占空比,調節開關管在開關周期內的導通時間來調節電流。懸浮斬波電路在PWM信號控制下對電磁鐵產生的電壓為PWM電壓。電磁鐵受PWM電壓控制,PWM電壓需要實時按照控制規律改變,使得對電磁鐵施加檢測電壓并檢測相應的電流,存在一定的困難。
發明內容
鑒于現有技術的以上不足,本發明的目的是提供一種基于電阻的中低速磁浮列車懸浮電磁鐵電阻參數在線檢測方法,用于中低速磁浮列車懸浮電磁鐵的在線監測以及參數辨識和控制,并使之具有監測迅速準確,對系統擾動小的特點。
本發明的目的是通過如下的手段實現的。
一種基于電阻的中低速磁浮列車懸浮電磁鐵電感在線檢測方法,在電磁鐵電阻值已知時對電磁鐵電感進行在線檢測,包括以下步驟,(a)在懸浮電磁鐵正常工作過程中加入一個占空比為50%先開后關的脈沖寬度調制PWM電壓作為檢測電壓,檢測電壓前半周期為正電壓,后半周期為負電壓;(b)在加入PWM檢測電壓周期中,檢測電磁鐵在此PWM電壓起始時刻電流I0和PWM電壓結束時刻電流值I2;利用電磁鐵電阻R和PWM電壓半周期時間Tm,按照公式在線計算得到電磁鐵電感并輸送至在線故障診斷及調整后續執行單元。
本發明通過在電磁鐵正常工作時對電磁鐵電壓插入一個占空比為50%的PWM電壓,通過檢測電磁鐵在PWM電壓下的充放電過程中,電磁鐵在初始時刻和結束時刻的電流變化量,結合電磁鐵電流、電阻和開通時間,計算電磁鐵電感的一種方法,這種方法可以在電磁鐵工作時在線對電磁鐵電感參數進行檢測。這種方法的特點在于在懸浮電磁鐵正常工作中加入50%占空比的PWM電壓作為檢測電壓,電磁鐵在檢測周期內受到的伏秒總值接近為零,檢測電壓基本不對系統產生擾動,同時利用充放電時間電流變化量對電磁鐵電感進行計算。 本發明方法可以應用于中低速磁浮列車電磁鐵在線狀態檢測、參數辨識與控制等。
在中低速磁浮列車中,懸浮電磁鐵電流、電壓比較高,通常采用懸浮斬波電路對電磁鐵電流進行控制。懸浮斬波電路在工作在開關狀態,在工作中,當開關管開通時,輸入電源通過開關管對懸浮電磁鐵進行充電,懸浮電磁鐵電流增加;當開關管關斷時,懸浮電磁鐵通過二極管向輸入電源放電,懸浮電磁鐵電流減小。通過不停的調節,開關管的開通和關斷,從而實現電流的調節。
根據電路原理,假設輸入電壓為Ui,電磁鐵電感和電阻L,R,電磁鐵輸出電流為io,定義時間常數為τ=L/R。
當開關管T1、T3導通時,根據電路有求解可以得到,電流其中I0為初始時刻電流,開通時刻為時間零點。對電流方程按照泰勒級數展開,忽略高次項,可以得到電感電流在開關管開通時間內電流值為該表達式可以認為是電感在Ui-IoR電壓下充電,對電磁鐵來說,單開關周期內紋波電流遠小于恒定值,可認為單開關周期內電流為I0。
開關管T1、T3關斷時,負載向電源放電,電磁鐵兩端為反向電源電壓,電磁鐵放電,電流減小,根據電路有求解可得其中I1為關斷初始時刻電流,關斷時刻為時間零點。對電流方程進行展開,忽略高次項,可以得到電感電流在開關管關斷時間內,電流值為該表達式可以認為是電感在Ui+I1R電壓下放電。
當對電磁鐵施加占空比50%先開后關的PWM檢測電壓時,假設開通時間為TM。在開關管關斷初始時刻,電流在關斷周期內電流值為io(t)=Io+Ui-IoRLTM+-Ui-IoR-Ui-IoRLTonRLt.]]>PWM檢測電壓結束時,電流值為考慮到,正常工作時恒定電流遠遠大于紋波電流,即Io>>Ui-IoRL,]]>那么I2=Io-2IoRLTM.]]>
根據上面的公式,可以得到,當PWM檢測電壓結束時刻電磁鐵電流與PWM檢測電壓開始時刻電流值相比,電流下降量其中R,TM為系統已知量,Io為系統可測量,那么通過測量I0、I2,可以得到系統電感值L=2IoRIo-I2TM.]]>
通過上述分析,可以看到,在中低速磁浮列車懸浮電磁鐵電感在線檢測中,可以通過在懸浮電磁鐵正常工作過程中施加占空比為50%先開后關的PWM控制電壓,通過檢測電流充放電過程中初始時刻和結束時刻電流I0、I2,按照公式即可計算系統電感值。
該在線檢測方法,通過對懸浮電磁鐵施加擾動小的占空比為50%的PWM控制電壓對電磁鐵進行充放電,通過檢測電流充放電過程中電流變化值,利用電磁鐵電阻和充電時間計算系統電感值。這種方法首先是對懸浮電磁鐵進行在線檢測,其次是采用了占空比為50%先開后關的PWM控制電壓,最后是通過檢測電壓中電流的變化值對電磁鐵電感進行計算。這種方法適用于中低速磁浮列車懸浮電磁鐵的在線監測以及參數辨識和控制等,具有監測迅速準確,對系統擾動小等特點。
附圖說明
圖1是懸浮斬波電路圖(圖1a)及其工作波形圖(圖1b)。
圖2是電阻參數檢測時充放電時間和檢測時間的原理圖。
圖3是實施方式中的系統原理圖。
具體實施方式
在懸浮系統正常工作時,按照時間間隔1s,數字電路控制裝置對懸浮電磁鐵給出占空比為50%的PWM檢測電壓。
在PWM脈沖輸出初始時刻,數字電路控制裝置采用AD檢測電路對系統初始電流檢測值進行采樣,同時開始電流值I0。在檢測電壓工作結束時,采用AD采樣芯片對電磁鐵電流進行采樣,記錄電流值I2。
根據電磁鐵電阻值R和PWM檢測電壓半周期時間TM,根據公式計算電磁鐵電感。

關 鍵 詞:
一種 基于 電阻 低速 列車 懸浮 電磁鐵 電感 參數 在線 檢測 方法
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