一种磁浮列车无位置传感器补偿速度曲线跟踪系统

本发明涉及高速磁浮列车测速定位与速度跟踪控制领域，尤其是涉及一种磁浮列车无位置传感器补偿速度曲线跟踪系统。

背景技术：

1、高速磁浮列车上的定位系统由绝对位置传感器、相对位置传感器和定位模块构成，定位测速系统定位模块处理绝对和相对位置传感器的数据，将定位信息通过mrcu车载无线电系统传给drcu地面(分区)无线电通信系统，然后传输给牵引控制系统mcu与ocs，分别用于电机控制与速度曲线跟踪。列车驱动系统低速(小于92.88km/s)时采用定位测速系统，高速时采用无位置传感器测速控制，长定子极距0.258m，测速信息更新时间20ms，两个极距内可以通过算法补偿可实现角速度测量，20ms列车走过2个极距速度为92.88km/h，该速度为电机磁场定向测速反馈方式选择切换的临界值，但实际列车运行曲线跟踪控制的速度反馈来源于定位测速系统，若定位测速系统故障时，运行曲线无法完成闭环跟踪控制。

2、如何实现定位测速系统故障时磁浮列车运行曲线的闭环跟踪控制，成为需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种磁浮列车无位置传感器补偿速度曲线跟踪系统。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、根据本发明的一个方面，提供了一种磁浮列车无位置传感器补偿速度曲线跟踪系统，该系统包括列车速度跟踪控制器、测速定位子系统、无位置传感器测速子系统以及速度与位置反馈选择模块；

4、所述无位置传感器测速子系统用于计算列车磁极相角速度和运行速度，然后发送给速度与位置反馈选择模块；

5、所述速度与位置反馈选择模块用于同时接收测速定位子系统和无位置传感器测速子系统反馈的速度位置信息，当测速定位子系统出现故障时，选择无位置传感器测速子系统反馈的速度位置信息，发给列车速度跟踪控制器；

6、所述列车速度跟踪控制器用于根据反馈的速度位置信息实现误差控制，调整列车加速度输出，实现给定磁浮列车的速度曲线跟踪。

7、优选地，所述的速度与位置反馈选择模块包括绝对定位故障检测单元和相对定位故障检测单元；

8、所述的绝对定位故障检测单元通过对绝对位置码序校验，判断是否发生漏码，从而判断信号收发电路和定位标志板是否损坏；

9、所述的相对定位故障检测单元通过对磁极相角、方向信息和速度信息校正，判断绝对位置检测谐振线圈和信号发生电路是否故障。

10、更加优选地，所述的速度与位置反馈选择模块采用高速磁浮速度反馈切换选择策略，在对绝对定位故障检测与相对定位故障检测分析的基础上，在线切换选择测速信息来源，作为实时速度反馈信号传送至列车速度跟踪控制器。

11、更加优选地，所述的测速定位子系统包括绝对定位测速单元和相对定位测速单元；

12、所述的绝对定位测速单元发送绝对定位数据给绝对定位故障检测单元；

13、所述的相对定位测速单元发送相对定位数据给绝对定位故障检测单元；

14、所述的绝对定位测速单元通过检测定位标志板编码获得绝对位置信息；

15、所述的相对定位测速单元用于计算列车行驶方向、速度、齿槽计数和磁极相角信息。

16、更加优选地，所述的高速磁浮速度反馈切换选择策略包括以下步骤：

17、步骤s11，相对定位数据校对；

18、步骤s12，绝对定位数据校对；

19、步骤s13，无位置传感器测速数据校对；

20、步骤s14，将速度位置信息发送到速度与位置反馈选择模块，用于实现速度跟踪闭环控制。

21、更加优选地，所述的相对定位数据校对的过程包括以下步骤：

22、步骤s101，从相对定位测速单元接收相对定位数据；

23、步骤s102，相对定位故障检测单元判断相对定位磁极相角信息是否丢失，若为是，则执行步骤s105；否则，执行步骤s103；

24、步骤s103，相对定位故障检测单元判断相对定位方向信息是否丢失，若为是，则执行步骤s105；否则，执行步骤s104；

25、步骤s104，相对定位故障检测单元判断相对定位速度信息是否丢失，若为是，则执行步骤s105；否则，结束；

26、步骤s105，检测相对位置谐振线圈和信号发生电路是否故障；

27、步骤s106，记录相对位置数据丢失次数，相对位置数据丢失次数递增一；

28、步骤s107，判断相对位置数据丢失次数是否超过阈值，若为是，则结束；否则返回步骤s101。

29、更加优选地，所述的绝对定位数据校对的过程包括以下步骤：

30、步骤s201，从绝对定位测速单元接收绝对定位数据；

31、步骤s202，绝对定位故障检测单元判断绝对定位位置信息是否丢失，若为是，则执行步骤s203；否则，结束；

32、步骤s203，记录绝对定位漏码故障；

33、步骤s204，记录收发电路故障或定位标志板损坏；

34、步骤s205，记录绝对定位数据丢失次数；

35、步骤s206，判断绝对定位数据丢失次数是否大于阈值，若为否，则返回步骤s201；否则，结束。

36、更加优选地，所述的无位置传感器测速数据校对的过程包括以下步骤：

37、步骤s301，从无位置传感器测速子系统接收无位置传感器测速数据；

38、步骤s302，参考标准磁极相角波形，判断无位置传感器测速数据中磁极相角信息是否准确，若为是，则执行步骤s303；否则返回步骤s301；

39、步骤s303，将角速度转换为车速度；

40、步骤s304，将车速度经积分后转换为位置信息；

41、步骤s305，判断步骤s304的位置信息是否准确，若为否，则进行绝对定位绝对位置校准，然后返回步骤s304；否则，结束。

42、更加优选地，所述无位置传感器测速子系统包括扩展状态观测单元；

43、所述的无位置传感器测速子系统采用一种考虑阻力变化的扩展状态观测器无位置传感器速度检测算法计算磁浮列车运行速度和磁极相角速度，

44、其中所述的计算磁浮列车运行速度具体为：

45、a1)将列车运行速度给定值经过角速度变换，转换为列车电机磁场“定向控制角速度给定值”，“定向控制角速度给定值”与“观测角速度”做差得到角速度误差；

46、b1)角速度误差经速度调节器传递函数输出给定标准电流，然后给定标准电流与反馈电流做差，经电流调节器传递函数输出标准控制电压；

47、c1)标准控制电压输入列车运动模型，接收负载扰动并输出磁浮列车运行速度；

48、所述的计算磁极相角速度，具体为：

49、a2)所述的扩展状态观测单元接收实际角速度，将实际角速度与观测角速度做差得到误差；

50、b2)误差输入至列车观测运动模型，再经过pi控制器，输出负载阻力观测值；

51、c2)负载阻力观测值与电磁推力观测值相减后，经过角加速度变换计算，再积分运算得到观测角速度。

52、更加优选地，所述的列车速度跟踪控制器采用2dof-pid预测速度跟踪控制算法实现误差控制，调整列车加速度输出，实现给定磁浮列车的速度曲线跟踪；

53、所述的2dof-pid预测速度跟踪控制算法在预测控制的基础上，对pid控制算法优化，结合前馈路径和反馈路径实现两个自由度控制结构；前馈自由度根据系统模型和目标输出来预测控制器的输出；反馈自由度通过计算预测误差，利用系统的动态特性来确定控制器的反馈增益；预测误差是目标输出与系统模型输出之间的差异，通过不断调整前馈增益和反馈增益，2dof-pid预测控制算法实现系统的精确控制和动态响应。

54、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

55、1)本发明的高速磁浮速度反馈切换选择策略，当测速定位子系统出现故障时，采用无位置传感器测速定位安全后备，实现速度与位置信息稳定检测反馈，完善了高速磁浮列车测速定位“故障导向安全”的设计理念。

56、2)本发明的2dof-pid预测速度跟踪控制算法通过预测偏差计算和量自由度参数调整，实现了列车对预定速度曲线的精确跟踪，适用于不同类型的磁浮列车和不同的运行环境，具有广泛的适用性。

57、3)本发明的考虑阻力变化的扩展状态观测器无位置传感器速度检测算法，结合扩张状态观测器和状态估计方法理论，实现列车负载变化、磁极相角和位置信息的在线观测，缩短车地传输延迟，提高了磁浮列车测速的鲁棒性和可靠性。