高温超导磁悬浮列车仿真系统及方法与流程

本技术主要涉及仿真，更具体地说是涉及一种高温超导磁悬浮列车仿真系统及方法。

背景技术：

1、高温超导磁悬浮列车作为一种将高温超导技术和磁悬浮技术相结合的新型交通工具，其利用了高温超导材料的零电阻特性，可以通入大电流、产生强磁场，再通过车载超导磁体与地面线圈磁场的相互作用，实现靠磁力支撑、导向、驱动的无接触运输方式。

2、在高温超导磁悬浮列车的研究过程中，通常需要对其相应性能进行仿真验证，以确定研究结果以及改进方向等。对此，通常是建设等比例缩放或等尺寸的全实物仿真模型实现，费时费力，成本较高，其无法验证一些极端工况，降低了高温超导磁悬浮列车性能可靠性。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本技术提供了以下技术方案：

2、本技术第一方面提供了一种高温超导磁悬浮列车仿真系统，所述高温超导磁悬浮列车仿真系统包括：针对高温超导磁悬浮列车构建的车辆系统仿真装置和牵引运控装置，连接所述牵引运控装置的超导电动静悬试验台，以及分别连接所述车辆系统仿真装置和所述超导电动静悬试验台的超导磁体真件，其中：

3、所述牵引运控装置依据针对所述高温超导磁悬浮列车的线路信息和运行控制信息，向所述超导电动静悬试验台传输给定速度对应的牵引电流；

4、所述超导电动静悬试验台依据所述牵引电流以及车辆属性信息，获得所述超导磁体真件的仿真数据，以及所述车辆系统仿真装置在所述仿真数据下的车辆运行状态，以依据所述车辆运行状态继续执行下一次仿真；所述仿真数据包括悬浮间隙和导向间隙。

5、在一种可能的实现中，所述高温超导磁悬浮列车仿真系统还包括：连接所述牵引运控装置和所述车辆系统仿真装置的线圈仿真装置，其中：

6、所述线圈仿真装置依据来自所述牵引运控装置的所述牵引电流以及超导磁体属性参数，向所述车辆系统仿真装置传输相应的悬浮力、导向力、磁阻力以及作用力；所述作用力为牵引力或制动力；

7、所述车辆系统仿真装置，还用于依据所述悬浮力、所述导向力、所述磁阻力、所述作用力、所述线路信息以及所述车辆属性信息，获得对应的仿真数据和车辆运行状态，以依据所述车辆运行状态继续执行下一次仿真。

8、在一种可能的实现中，所述车辆系统仿真装置包括车辆动力学模块，以及分别连接所述车辆动力学模块的线路仿真模块和轨道模块，其中：

9、所述线路仿真模块，用于响应针对高温超导磁悬浮列车的线路输入操作，得到对应的线路信息；

10、所述轨道模块，用于输出针对高温超导磁悬浮列车的不同运行工况下的轨道信息；

11、所述车辆动力学模块，用于依据接收到的所述线路信息、所述轨道信息、所述悬浮力、所述导向力、所述磁阻力、所述作用力和所述车辆属性信息，获得对应的仿真数据和车辆运行状态。

12、在一种可能的实现中， 所述车辆动力学模块包括多个不同类型的车辆动力学模型，所述多个不同类型的车辆动力学模型包括车辆悬浮动力学模型、车辆导向动力学模型和轮轨车辆动力学模型；

13、所述轨道模型包括轨向不平顺模型、轨道高低不平顺模型、轨道梁模型以及气动载荷模型之中的至少一个。

14、在一种可能的实现中，所述牵引运控装置包括相连接的运控系统模块和牵引控制模块，其中：

15、所述运控系统模块依据针对所述高温超导磁悬浮列车的运行控制信息以及线路信息，获得给定速度曲线后输出；

16、所述牵引控制模块依据所述给定速度曲线，输出给定速度对应的牵引电流；

17、其中，所述牵引控制模块包括至少一个直线电机模型和矢量控制模型，由所述矢量控制模型依据所述给定速度曲线，控制所述直线电机模型输出牵引电流。

18、在一种可能的实现中，所述牵引运控装置部署于至少一台仿真机上；其中：

19、所述运控系统模块部署于所述仿真机的中央处理器中，且相邻两次仿真间隔时间小于第一时间阈值；

20、所述牵引控制模块部署于所述仿真机的现场可编程门阵列fpga处理器中，且相邻两次仿真间隔时间小于第二时间阈值，所述第一时间阈值大于所述第二时间阈值。

21、在一种可能的实现中，所述线圈仿真装置包括牵引线圈模型、悬浮线圈模型以及超导磁体线圈模型，其中：

22、所述超导磁体线圈模型依据超导磁体属性参数，输出仿真磁场；

23、所述悬浮线圈模型在所述仿真磁场作用下输出悬浮力和导向力；

24、所述牵引线圈模型依据输入的所述牵引电流，在所述仿真磁场作用下输出牵引力，或者制动力和磁阻力。

25、在一种可能的实现中，所述车辆系统仿真装置与所述牵引运控装置之间通过反射内存网络进行数据传输，以使得车辆系统仿真装置与所述牵引运控装置均按照通信周期，对所述反射内存网络执行读取或写入操作；

26、所述车辆系统仿真装置部署于基于实时并行计算机平台构建的仿真机中，且相邻两次仿真间隔时间小于所述通信周期。

27、本技术第二方面提供了一种高温超导磁悬浮列车仿真方法，应用于上第一方面提供的高温超导磁悬浮列车仿真系统，所述高温超导磁悬浮列车仿真系统包括车辆系统仿真装置、牵引运控装置、超导电动静悬试验台以及超导磁体真件，所述高温超导磁悬浮列车仿真方法包括：

28、所述牵引运控装置获得针对所述高温超导磁悬浮列车的线路信息、运行控制信息和车辆属性信息；

29、所述牵引运控装置依据所述线路信息和所述运行控制信息，向超导电动静悬试验台传输给定速度对应的牵引电流；

30、所述超导电动静悬试验台依据所述牵引电流和所述车辆属性信息，获得超导磁体真件的仿真数据，以及所述车辆系统仿真装置在所述仿真数据下的车辆运行状态，以依据所述车辆运行状态继续执行下一次仿真；所述仿真数据包括悬浮间隙和导向间隙。

31、在一种可能的实现中，在所述高温超导磁悬浮列车仿真系统还包括线圈仿真装置的情况下，所述高温超导磁悬浮列车仿真方法还包括：

32、所述线圈仿真装置依据所述牵引电流以及超导磁体属性参数，向所述车辆系统仿真装置传输相应的悬浮力、导向力、磁阻力以及作用力；所述作用力为牵引力或制动力；

33、车辆系统仿真装置依据所述悬浮力、所述导向力、所述磁阻力、所述作用力、所述线路信息以及所述车辆属性信息，获得对应的仿真数据和车辆运行状态，以依据所述车辆运行状态继续执行下一次仿真。

34、借由上述技术方案，本技术提供的高温超导磁悬浮列车仿真系统及方法中，将针对高温超导磁悬浮列车构建车辆系统仿真装置和牵引运控装置，连接牵引运控装置的超导电动静悬试验台，以及分别连接车辆系统仿真装置和超导电动静悬试验台的超导磁体真件，从而使牵引运控装置获得针对高温超导磁悬浮列车的线路信息、运行控制信息和车辆属性信息，依据线路信息和运行控制信息，向超导电动静悬试验台传输给定速度对应的牵引电流，使得超导电动静悬试验台依据牵引电流和车辆属性信息，获得超导磁体真件的仿真数据，以及车辆系统仿真装置在仿真数据（如悬浮间隙和导向间隙）下的车辆运行状态，以依据车辆运行状态继续执行下一次仿真，如此经过多次仿真，实现对高温超导磁悬浮列车的达速验证和动力学特性验证等，大幅降低了试验线建立费用，缩短了试验验证时间周期，且通过输入包含极端工况等不同运行工况下的线路信息进行仿真验证，减少了车辆开发成本和时间，实现对极端工况下的主线运行测试，提高了验证结果的可靠性和准确性。