摘要：列车速度控制具有典型的非线性、大时滞、多目标和多约束特点,精准控制的难度很大。针对列车运行速度跟踪控制问题,设计了一种基于改进粒子群算法的自抗扰控制器。首先,参照现有研究基础,总结梳理列车模型和目标速度曲线;其次,基于自抗扰算法开展车速跟踪控制器设计,并针对自抗扰控制器参数多、整定难的制约问题,采用改进粒子群算法进行参数寻优。仿真结果表明:相比传统算法,自抗扰控制算法表现出抗扰能力强、跟踪精度高、响应速度快等优势。该方法对于其他速度跟踪乃至大部分运动控制,具有一定的学术参考意义和实际应用价值。

摘要：单点电磁悬浮系统是常导电磁磁浮列车悬浮系统的关键控制单元。针对单点电磁悬浮系统因强干扰影响导致控制性能下降的问题,提出了一种改进型线性自抗扰控制(LADRC)方法。首先,基于电磁悬浮结构及原理建立了单点悬浮系统线性化模型,并对系统稳定性进行了分析。其次,基于自抗扰控制方法设计位置外环控制器以及基于PI调节器的电流内环控制器,对线性扩张状态观测器进行改进,设计两级级联的线性扩张状态观测器提高扰动估计精确度及速度,进而提高LADRC中扩张状态观测器对系统扰动的估计能力,并在频域上分析了改进型LADRC扰动估计性能和抑制能力的优越性。最后,搭建实验环境,对改进线性自抗扰控制方法的有效性进行验证。实验结果表明,所提的改进型LADRC不仅具有良好的位置跟踪性能,同时相比传统LADRC具有更强的抗扰动能力。

摘要：针对未知扰动引起永磁电磁混合悬浮系统控制性能下降问题,提出一种基于扩张状态观测器的改进滑模控制方法 .首先,分析并搭建了永磁电磁混合悬浮型磁浮球控制实验台和系统理论模型;其次,引入了扩张状态观测器对系统扰动进行估计与控制补偿,采用积分滑模面和改进指数趋近律设计了改进滑模控制方法,削弱了滑模控制输出抖振,改善了磁浮球的动、静态性能,并分析了有无扩张状态观测器对扰动估计与补偿时的系统的稳定性和误差收敛大致范围;最后,通过半实物联合仿真技术对所提基于扩张状态观测器的改进滑模控制方法、改进滑模控制方法、传统滑模控制方法和比例-积分-微分控制方法进行对比实验.理论分析和实验结果表明:所提基于扩张状态观测器的改进滑模控制方法具有更强的稳定性和抗扰性,对外部磁场摄动具有更强的鲁棒性,在给定信号范围变化及突变时也具有更强的适应性.所提控制方法进一步提高了永磁电磁混合悬浮系统的控制性能,对于永磁电磁混合悬浮型磁浮球这一类非线性系统的控制也具有较好的参考价值.

摘要：为改善永磁磁浮技术及装置性能验证过程中存在的危险系数高、费用昂贵、现场测试条件差等问题,基于系统仿真软件模拟优势,应用相似理论的模型实验方法,探究了电磁场与永磁场的主动控制策略,设计了一套完整的磁悬浮实验系统。以工程电磁场理论及非线性有限元算法为基础,利用COMSOL Multiphysics模型开发器对永磁电磁系统的磁力场作用规律及控制策略进行了设计与分析,验证了两种悬浮结构的多模态模型下的控制算法的可行性,并为初步研制并联式混合悬浮系统设计及算法实现提供了模拟样机,为提高学生理论分析及应用设计能力提供了更为直观、系统的实验平台。

摘要：针对永磁悬浮结构的刚性解耦与振动抑制问题,以单自由度永磁悬浮系统为对象,研究弹簧阻尼结构对永磁悬浮系统的动态特性调节机理。将阻尼悬挂的动力学特性引入永磁斥力型悬浮模型中,分析表明弹簧阻尼悬挂并不能直接改善永磁悬浮结构的零阻尼特性。引入并联式混合悬浮结构,构建弹簧阻尼影响下的电磁永磁混合模型,并在电流/间隙双环反馈控制下,改善永磁悬浮结构的动、静态特性,结果表明:弹簧阻尼结构加剧了被控系统模型的复杂程度,但合理的弹簧有利于车辆减振与控制解耦,为进一步考量中小型悬浮架的机械解耦、车辆减振等设计,提供了理论基础和参考依据。

摘要：永磁电磁混合悬浮(PEMS)系统在降低能耗和增大悬浮气隙方面优势明显,但其非线性特征和控制难度也相对增加。针对PEMS系统中未知干扰和输入信号噪声引起的控制性能下降问题,提出一种基于改进型Levent微分器(ILevent)的自抗扰控制(ADRC)方法。首先,结合电磁悬浮(EMS)型磁浮球系统的控制结构,搭建PEMS型磁浮球控制系统试验台,并对PEMS型磁浮球系统进行动力学建模,判断系统的稳定性和能观能控特性;其次,采用双曲正切函数对Levent微分器进行改进,降低输出信号抖振,分析改进前后Levent微分器以及ADRC中TD微分器的输出性能,充分融合Levent微分器对信号噪声的鲁棒性和ADRC对干扰的估计与补偿优势,设计了ILevent-ADRC控制器;并利用带约束因子的模拟退火-粒子群(SA-CFPSO)优化算法有效的解决了ILevent-ADRC参数多、关联性强等制约问题;最后,分别对传统ADRC、PID控制和ILevent-ADRC方法在PEMS型磁浮球控制试验台上进行对比实验,验证所提方法的有效性和优越性。实验结果表明:相比于传统ADRC和PID控制方法,所提ILevent-ADRC方法有效提升了PEMS型磁浮球系统的控制性能,不仅能够有效地抑制测量信号噪声对系统的影响,而且还对系统悬浮气隙大范围变化和运行过程中受到的未知扰动具有更强的适应性和鲁棒性。研究成果为磁悬浮智能控制技术的实际应用提供了理论参考,同时对于永磁电磁混合悬浮这一类复杂的非线性系统的控制,也具有较好的参考价值。

摘要：绿色、智能、安全是未来交通运输发展的主旋律。磁悬浮技术具有适应范围广、智能化程度高等优点,是下一代城市轨道交通技术的研究热点。提出一种新型智能永磁磁浮轨道交通系统,由稀土永磁悬浮模块、直线永磁同步电机驱动模块、智能定位与走行控制模块、地面供电模块、无线数据传输与运行控制模块、轨道支撑与基础等六大部分组成;通过软件仿真与实车测试等方式验证车辆负载与驱动牵引能力。结果表明,该系统具有较好的可行性与合理性,同时具备生态、智能、安全、经济等特点。广泛适用于景区、沿江、环湖、特色小镇、交通接驳,以及环境优美、地形起伏的中小型丘陵城市发展公共交通兼城市景观建设。

摘要：精准、平稳停车是磁浮列车自动驾驶制动控制的重要目标.中低速磁浮列车停站制动过程受到电-液混合制动状态强耦合等影响,基于制动特性机理模型的传统制动控制方法难以保障磁浮列车的停车精度和舒适性.本文提出一种基于混合制动特征自学习的磁浮列车强化学习制动控制方法.首先,采用长短期记忆网络建立磁浮列车混合制动特征模型,结合磁浮列车运行环境和状态数据进行动态制动特征自学习;然后,根据动态特征学习结果更新强化学习的奖励函数与学习策略,提出基于深度强化学习的列车制动优化控制方法;最后,采用中低速磁浮列车现场运行数据开展仿真实验.实验结果表明:本文所提出的制动控制方法较传统方法的舒适性和停车精度分别提高41.18%和22%,证明了本文建模与制动优化控制方法的有效性.

摘要：针对电磁悬浮系统存在的非线性、模型不准确性以及复杂运行工况对控制精度的影响,提出一种改进滑模变结构控制策略。通过对电磁悬浮系统进行建模分析设计,基于滑模变结构控制方法的位置外环控制器以及基于PI调节器的电流内环控制器,设计一种分段式变速趋近律,减小悬浮气隙跟踪误差和控制系统抖振,并引入速度状态量来降低控制系统在滑动模态初期过大的趋近速度。仿真和硬件实验结果表明,在采用改进滑模变结构控制策略后,系统的调节时间比传统滑模控制减少了60%,超调量减少了77%,具有更小的稳态误差和抖振,同等干扰情况下具有更强的抗扰动能力。本方法不仅能够有效提高电磁悬浮系统的控制性能,对于其他非线性控制系统也具有较好的参考价值。

摘要：针对现有司机操纵策略难以完整描述列车大功率操纵过程的微观变化,设计机理特性和数据驱动模型联合驱动的分数阶建模策略,来满足高速列车无级调速下安全平稳运行的要求。针对高速列车大功率操纵模式下的大惯性特性和司机反应时间,该文首先对大功率牵引系统和制动系统的时滞特性进行分析,进而对列车操纵策略设计精简冗余工序编码策略,从闭环控制角度实现速度时滞特性精准预测;其次提出了一种新的分数阶建模方法,并设计分数阶最小二乘算法对模型中的时变参数进行精细化辨识;最后基于现场实验数据验证了所提方法的有效性。