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矫正磁悬浮交通设备中永磁磁组侧向偏离的方法及装置

阅读：849发布：2024-02-29

专利汇可以提供矫正磁悬浮交通设备中永磁磁组侧向偏离的方法及装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种矫正磁悬浮交通设备中永磁磁组侧向偏离的方法及装置，包括控制单元、轨道、永磁铁、传感器以及电磁铁。本发明通过永磁铁与轨道之间的磁性互斥提供悬浮力，通过传感器、控制单元和电磁铁形成闭环控制系统，由其中的控制单元对传感器获得的数据进行PID运算，获得逐渐衰减的电流，通过该电流激励电磁铁产生磁场，逐渐修正磁体侧向的偏。PID的控制方法得以使所述励磁电流产生的磁场对转向架的作用力逐渐减小，转向架移动也会越来越慢，由此还能够对系统起到一个缓冲保护作用，使其激发的磁场保持所述路轨永磁体阵列与所述车载永磁体阵列不接触，实现对磁悬浮系统侧向偏离的纠正。，下面是矫正磁悬浮交通设备中永磁磁组侧向偏离的方法及装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种矫正悬挂式轨道交通设备中永磁磁组侧向偏离的方法，
所述轨道交通设备包括永磁铁与轨道，所述永磁铁与所述轨道之间磁场互斥，以提供对所述轨道交通设备的悬浮力；
其特征在于，步骤包括：
第一步，设置永磁铁与轨道对应点之间的横向距离的初始值d0，获取电磁铁的初始激励电流i0；
第二步，传感器获取永磁铁与轨道对应点之间的横向距离的实际值d1(t)，计算实际值与初始值之间的差值e(t)＝d1(t)-d0；
第三步，对所述差值e(t)进行PID计算，得到电磁铁需要的激励电流
其中，KP表示预设的比例增益；TI表示预设
的积分时间常数；TD表示预设的微分时间常数；
第四步，将计算获得的所述激励电流i(t)输入至所述电磁铁，所述电磁铁由所述激励电流i(t)激励，产生横向的磁场；使其连接的所述永磁铁相对所述轨道对应点横向偏移，以纠正所述永磁铁与轨道对应点之间的横向距离的实际值d1(t)；
第五步，重复上述第二步至所述第四步，直至所述轨道交通设备无侧向偏离。
2.如权利要求1所述的矫正悬挂式轨道交通设备中永磁磁组侧向偏离的方法，其特征在于，所述预设的比例增益KP；预设的积分时间常数TI；预设的微风时间常数TD通过如下步骤获得：
步骤s1：确定比例增益KP；确定比例增益KP时，首先去掉PID的积分项和微分项，令TI＝
0、TD＝0，由0逐渐加大比例增益KP，直至计算结果出现振荡；再反过来，从此时的比例增益KP逐渐减小，直至计算结果的振荡消失，记录此时的比例增益KP的数值，设定PID计算中的比例增益为当前数值的60％～70％；
步骤s2：确定积分时间常数TI；先设定一个较大的积分时间常数TI的初值，然后逐渐减小TI，直至计算结果出现振荡，之后再逐渐加大积分时间常数TI，直至计算结果的振荡消失，记录此时的TI并设定所述PID计算中的积分时间常数TI为当前值的150％～180％；
步骤s3：确定微分时间常数TD；微分时间常数TD一般设置为0，或，通过以下步骤设定：先设定一个较大的微分时间常数TD的初值，然后逐渐减小TD，直至计算结果出现振荡，之后再逐渐加大微分时间常数TD，直至计算结果的振荡消失，记录此时的TD并设定所述PID计算中的微分时间常数TD为当前值的30％。
3.一种应用权利要求1所述方法的悬挂式轨道交通设备，包括
支撑结构(1)；
悬挂天梁(2)，由所述支撑结构支撑在空中，所述悬挂天梁的内壁设有辅助垫片，所述辅助垫片上设有箱型梁，所述箱型梁上设有枕木，所述枕木上设有轨道(21)；
转向架(4)，所述转向架的第一端设置于所述悬挂天梁内，所述转向架的第二端连接一个车厢(3)，所述转向架的第一端设有与所述轨道(21)磁极互斥的永磁铁(41)；
控制单元(5)，用于驱动所述轨道交通设备，使所述车厢沿所述悬挂天梁运行；
其特征在于，
所述转向架的表面，与所述轨道相对的位置设有传感器(413)；所述转向架上，与所述悬挂天梁内壁相对的两侧设有电磁铁(412)；所述电磁铁和所述传感器分别与所述控制单元连接；
所述传感器用于获取所述转向架与轨道对应点之间的横向距离的实际值d1(t)，输出所述横向距离的实际值d1(t)至所述控制单元；所述控制单元还用以执行以下步骤:
计算实际值与初始值d0之间的差值e(t)＝d1(t)-d0；
根据所述差值e(t)计算，得到电磁铁需要的激励电流
其中，KP表示预设的比例增益；TI表示预设的积分
时间常数；TD表示预设的微分时间常数；
将计算获得的所述激励电流i(t)输入至所述电磁铁，所述电磁铁由所述激励电流i(t)激励，产生横向的磁场；使其连接的所述转向架相对所述轨道对应点横向偏移，以纠正所述转向架与轨道对应点之间的横向距离的实际值d1(t)。
4.如权利要求3所述的悬挂式轨道交通设备，其特征在于，所述电磁铁(412)的至少一侧还设有空气弹簧(414)。
5.如权利要求3所述的悬挂式轨道交通设备，其特征在于，所述预设的比例增益KP、所述预设的积分时间常数TI、所述预设的微风时间常数TD存储于所述控制单元内，并通过如下步骤获得：
步骤s1：确定比例增益KP；确定比例增益KP时，首先去掉PID的积分项和微分项，令TI＝
0、TD＝0，由0逐渐加大比例增益KP，直至计算结果出现振荡；再反过来，从此时的比例增益KP逐渐减小，直至计算结果的振荡消失，记录此时的比例增益KP的数值，设定PID计算中的比例增益为当前数值的60％～70％；
步骤s2：确定积分时间常数TI；先设定一个较大的积分时间常数TI的初值，然后逐渐减小TI，直至计算结果出现振荡，之后再逐渐加大积分时间常数TI，直至计算结果的振荡消失，记录此时的TI并设定所述PID计算中的积分时间常数TI为当前值的150％～180％；
步骤s3：确定微分时间常数TD；微分时间常数TD一般设置为0，或，通过以下步骤设定：先设定一个较大的微分时间常数TD的初值，然后逐渐减小TD，直至计算结果出现振荡，之后再逐渐加大微分时间常数TD，直至计算结果的振荡消失，记录此时的TD并设定所述PID计算中的微分时间常数TD为当前值的30％。
6.如所述权利要求4所述的悬挂式轨道交通设备，其特征在于，转向架的第一端包括有：构架，所述构架的外侧还连接有导向轮22，所述构架的上部设置有悬挂装置、牵引装置和制动装置，所述转向架下方设有所述空气弹簧；
所述悬挂天梁的内壁，与所述导向轮相对的位置还设有轮轨23，所述导向轮与所述轮轨之间留有空隙；
其中，所述悬挂装置设置于所述转向架与所述车厢之间，用以悬挂所述车厢；
所述牵引装置设置于所述转向架与所述悬挂天梁之间，用以提供驱动所述转向架的驱动力；
所述制动装置设置于所述转向架与所述悬挂天梁之间，用以提供制动所述转向架的制动力。
7.一种磁悬浮系统，包括转向架、轨道(21)和控制单元(5)，其特征在于，所述转向架包括有构架，所述构架的上部设置有与所述控制单元电连接的悬挂装置、牵引装置和制动装置；
所述悬挂装置用以悬挂车厢；
所述牵引装置用以提供驱动所述转向架的驱动力；
所述制动装置用以提供制动所述转向架的制动力；
所述转向架下方设有永磁铁(41)、传感器(413)以及电磁铁(412)；
所述永磁铁与所述轨道(21)磁极互斥；
所述电磁铁和所述传感器均对称地设置于所述轨道两侧，所述电磁铁和所述传感器分别与所述控制单元电连接；
所述传感器用于获取所述转向架与轨道对应点之间的横向距离的实际值d1(t)，输出所述横向距离的实际值d1(t)至所述控制单元；所述控制单元用以根据所述横向距离的实际值d1(t)执行以下步骤:
计算实际值与初始值d0之间的差值e(t)＝d1(t)-d0；
根据所述差值e(t)计算，得到电磁铁需要的激励电流
其中，KP表示预设的比例增益；TI表示预设的
积分时间常数；TD表示预设的微风时间常数；
将计算获得的所述激励电流i(t)输入至所述电磁铁，所述电磁铁由所述激励电流i(t)激励，产生横向的磁场；使其连接的所述转向架相对所述轨道对应点横向偏移，以纠正所述转向架与轨道对应点之间的横向距离的实际值d1(t)；
其中，所述预设的比例增益KP、预设的积分时间常数TI、预设的微风时间常数TD均预设于所述控制单元内。
8.如权利要求7所述的磁悬浮系统，其特征在于，
所述预设的比例增益KP为使所述控制单元计算得到的所述激励电流i(t)出现震荡的数值的60％～70％范围内；
所述预设的积分时间常数TI为使所述控制单元计算得到的所述激励电流i(t)出现震荡的数值的150％～180％范围内；
所述预设的微风时间常数TD为0。
9.如权利要求7所述的磁悬浮系统，其特征在于，所述电磁铁的远端，或所述电磁铁面向所述轨道的一侧还连接有缓冲结构。
10.如权利要求9所述的磁悬浮系统，所述缓冲结构为空气弹簧或橡胶弹簧。

说明书全文

矫正磁悬浮交通设备中永磁磁组侧向偏离的方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及轨道交通领域，尤其涉及利用磁悬浮驱动的轨道交通设备的控制方法。

背景技术

[0002] 目前磁悬浮轨道交通系统按悬浮方式主要分为三种，分别是：电磁悬浮(EMS)和电动悬浮(EDS)及永磁悬浮(PMS)。

[0003] EMS：电磁悬浮，是一种吸力悬浮系统，是结合在机车上的电磁铁和导轨上的铁磁轨道相互排斥产生悬浮。常导磁悬浮列车工作时，首先调整车辆下部的悬浮和导向电磁铁的电磁排斥力，与地面轨道两侧的绕组发生磁铁反作用将列车浮起。在车辆下部的导向电磁铁与轨道磁铁的反作用下，使车轮与轨道保持一定的侧向距离，实现轮轨在水平方向和垂直方向的无接触支撑和无接触导向。车辆与行车轨道之间的悬浮间隙为10毫米，是通过一套高精度电子调整系统得以保证的。此外由于悬浮和导向实际上与列车运行速度无关，所以即使在停车状态下列车仍然可以进入悬浮状态。但，EMS型磁悬浮列车耗能较高。并且，由于电磁装置必须承载较大励磁电流才能维持稳定悬浮，而励磁电流会在电子器件上产生较大热量，因此，EMS方式驱动的轨道交通设备使用成本较高。

[0004] EDS：电动悬浮，将磁铁使用在运动的机车上以在导轨上产生电流。由于机车和导轨的缝隙减少时电磁斥力会增大，从而产生的电磁斥力提供了稳定的机车的支撑和导向。然而机车必须安装类似车轮一样的装置对机车在“起飞”和“着陆”时进行有效支撑，这是因为EDS在机车速度低于大约25英里/小时无法保证悬浮。EDS系统在低温超导技术下得到了更大的发展。但，EDS型磁悬浮列车无法实现静浮，列车必须达到一定运行速度后才能产生足够的悬浮力使列车悬浮起来。因此通常需要额外的机械结构以避免涡流导体因相互接触而磨损。

[0005] PMS：永磁悬浮，参考图3，即永久磁铁与轨道(由电磁轨道或导磁材料)相斥并保持在槽口中线可悬浮运行，电磁导向可实现零磨擦运行，机械向能接近零磨擦。但，永磁悬浮方式，在永磁悬浮轨道交通中由于转弯或者震动等因素，悬浮永磁磁组往往会出现侧向偏离。这个现象会影响悬浮系统的稳定性。具体而言，磁组侧向偏离将会使永久磁铁与轨道之间互斥的作用力发生偏转，作用力的偏转将导致垂直方向上的磁力线不足以维持设备悬浮。而作用力偏转所产生的水平分量又会进一步加剧偏转的趋势，最终导致电磁导向材料之间接触、磨损，产生噪音，甚至安全隐患。但目前市面上鲜有对永磁悬浮轨道交通中的永磁磁组侧向偏离进行纠正的方法。

[0006] 因此，目前急需一种能够克服上述驱动方式弊端的、能够矫正永磁磁组侧向偏离的技术。

发明内容

[0007] 为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种磁悬浮轨道交通悬浮位置的调整方法，尤其是涉及一种能够矫正永磁磁悬浮轨道交通悬浮磁组侧向偏离的方法及装置。

[0008] 首先，为实现上述目的，提出一种矫正悬挂式轨道交通设备中永磁磁组侧向偏离的方法，所述轨道交通设备包括永磁铁与轨道，所述永磁铁与所述轨道之间磁场互斥，以提供对所述轨道交通设备的悬浮力；所述方法的具体步骤包括：第一步，设置永磁铁与轨道对应点之间的横向距离的初始值d0，获取电磁铁的初始激励电流i0，例如，在没有发生偏离时初始电流等于0，可选的，在发生偏离后，才通过电流控制器经过算法施加电流将其再拉回到未发生偏离时的位置，此种控制方式属于实时纠正，一有偏离就纠正；第二步，传感器获取永磁铁与轨道对应点之间的横向距离的实际值d1(t)，计算实际值与初始值之间的差值e(t)＝d1(t)-d0；第三步，对所述差值e(t)进行PID计算，得到电磁铁需要的激励电流其中，t表示时间间隔，表示从开始调节到输出当前控制量所经过的时间间隔，在这里我们预选择一个足够短的采样周期让系统工作即可；KP表示预设的比例增益；TI表示预设的积分时间常数；TD表示预设的微分时间常数；第四步，将计算获得的所述激励电流i(t)输入至所述电磁铁，所述电磁铁由所述激励电流i(t)激励，产生横向的磁场；使其连接的所述永磁铁相对所述轨道对应点横向偏移，以纠正所述永磁铁与轨道对应点之间的横向距离的实际值d1(t)；第五步，重复上述第二步至所述第四步，直至所述轨道交通设备无侧向偏离。

[0009] 可选的，PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。所以在此专利中我们使用工程整定的方法。应用于上述的方法中，所述预设的比例增益KP；预设的积分时间常数TI；预设的微风时间常数TD通过如下步骤获得：步骤s1：确定比例增益KP；确定比例增益KP时，首先去掉PID的积分项和微分项，令TI＝0、TD＝0，由0逐渐加大比例增益KP，直至计算结果出现振荡；再反过来，从此时的比例增益KP逐渐减小，直至计算结果的振荡消失，记录此时的比例增益KP的数值，设定PID计算中的比例增益为当前数值的60％～70％；步骤s2：确定积分时间常数TI；先设定一个较大的积分时间常数TI的初值，然后逐渐减小TI，直至计算结果出现振荡，之后再逐渐加大积分时间常数TI，直至计算结果的振荡消失，记录此时的TI并设定所述PID计算中的积分时间常数TI为当前值的150％～180％；
步骤s3：确定微分时间常数TD；微分时间常数TD一般设置为0，或，通过以下步骤设定：先设定一个较大的微分时间常数TD的初值，然后逐渐减小TD，直至计算结果出现振荡，之后再逐渐加大微分时间常数TD，直至计算结果的振荡消失，记录此时的TD并设定所述PID计算中的微分时间常数TD为当前值的30％。

[0010] 同时，本发明还提供一种应用上述方法的悬挂式轨道交通设备，包括支撑结构；悬挂天梁，由所述支撑结构支撑在空中，所述悬挂天梁的内壁设有辅助垫片，所述辅助垫片上设有箱型梁，所述箱型梁上设有枕木，所述枕木上设有轨道；转向架，所述转向架的第一端设置于所述悬挂天梁内，所述转向架的第二端连接一个车厢，所述转向架的第一端设有与所述轨道磁极互斥的永磁铁；控制单元，用于驱动所述轨道交通设备，使所述车厢沿所述悬挂天梁运行。其中，所述转向架的表面，与所述轨道相对的位置设有传感器；所述转向架上，与所述悬挂天梁内壁相对的两侧设有电磁铁；所述电磁铁和所述传感器分别与所述控制单元连接；所述传感器用于获取所述转向架与轨道对应点之间的横向距离的实际值d1(t)，输出所述横向距离的实际值d1(t)至所述控制单元；所述控制单元还用以执行以下步骤:

[0011] 计算实际值与初始值d0之间的差值e(t)＝d1(t)-d0；

[0012] 根据所述差值e(t)计算，得到电磁铁需要的激励电流其中，KP表示预设的比例增益；TI表示预设的积分时
间常数；TD表示预设的微分时间常数；

[0013] 将计算获得的所述激励电流i(t)输入至所述电磁铁，所述电磁铁由所述激励电流i(t)激励，产生横向的磁场；使其连接的所述转向架相对所述轨道对应点横向偏移，以纠正所述转向架与轨道对应点之间的横向距离的实际值d1(t)。

[0014] 可选的，如上所述的悬挂式轨道交通设备中，所述电磁铁的至少一侧还设有空气弹簧。

[0015] 可选的，如上所述的悬挂式轨道交通设备中，所述预设的比例增益KP、所述预设的积分时间常数TI、所述预设的微风时间常数TD存储于所述控制单元内，并通过如下步骤获得：

[0016] 步骤s1：确定比例增益KP；确定比例增益KP时，首先去掉PID的积分项和微分项，令TI＝0、TD＝0，由0逐渐加大比例增益KP，直至计算结果出现振荡；再反过来，从此时的比例增益KP逐渐减小，直至计算结果的振荡消失，记录此时的比例增益KP的数值，设定PID计算中的比例增益为当前数值的60％～70％；

[0017] 步骤s2：确定积分时间常数TI；先设定一个较大的积分时间常数TI的初值，然后逐渐减小TI，直至计算结果出现振荡，之后再逐渐加大积分时间常数TI，直至计算结果的振荡消失，记录此时的TI并设定所述PID计算中的积分时间常数TI为当前值的150％～180％；

[0018] 步骤s3：确定微分时间常数TD；微分时间常数TD一般设置为0，或，通过以下步骤设定：先设定一个较大的微分时间常数TD的初值，然后逐渐减小TD，直至计算结果出现振荡，之后再逐渐加大微分时间常数TD，直至计算结果的振荡消失，记录此时的TD并设定所述PID计算中的微分时间常数TD为当前值的30％。

[0019] 可选的，如上所述的悬挂式轨道交通设备中，所述转向架的第一端包括有：构架，所述构架的外侧还连接有导向轮22，所述构架的上部设置有悬挂装置、牵引装置和制动装置，所述转向架下方设有所述空气弹簧；所述悬挂天梁的内壁，与所述导向轮相对的位置还设有轮轨23，所述导向轮与所述轮轨之间留有空隙；其中，所述悬挂装置设置于所述转向架与所述车厢之间，用以悬挂所述车厢；所述牵引装置设置于所述转向架与所述悬挂天梁之间，用以提供驱动所述转向架的驱动力；所述制动装置设置于所述转向架与所述悬挂天梁之间，用以提供制动所述转向架的制动力。

[0020] 同时，本发明还提供一种磁悬浮系统，包括，转向架、轨道和控制单元。其中，所述转向架包括有构架，所述构架的上部设置有与所述控制单元电连接的悬挂装置、牵引装置和制动装置；所述悬挂装置用以悬挂所述车厢；所述牵引装置用以提供驱动所述转向架的驱动力；所述制动装置用以提供制动所述转向架的制动力；所述转向架下方设有永磁铁、传感器以及电磁铁；所述永磁铁与所述轨道磁极互斥；所述电磁铁和所述传感器均对称地设置于所述轨道两侧，所述电磁铁和所述传感器分别与所述控制单元电连接；所述传感器用于获取所述转向架与轨道对应点之间的横向距离的实际值d1(t)，输出所述横向距离的实际值d1(t)至所述控制单元；所述控制单元用以根据所述横向距离的实际值d1(t)执行以下步骤:

[0021] 计算实际值与初始值d0之间的差值e(t)＝d1(t)-d0；

[0022] 根据所述差值e(t)计算，得到电磁铁需要的激励电流其中，KP表示预设的比例增益；TI表示预设的积分时
间常数；TD表示预设的微风时间常数；

[0023] 将计算获得的所述激励电流i(t)输入至所述电磁铁，所述电磁铁由所述激励电流i(t)激励，产生横向的磁场；使其连接的所述转向架相对所述轨道对应点横向偏移，以纠正所述转向架与轨道对应点之间的横向距离的实际值d1(t)；

[0024] 其中，所述预设的比例增益KP、预设的积分时间常数TI、预设的微风时间常数TD均预设于所述控制单元内。

[0025] 可选的，上述磁悬浮系统中，所述所述预设的比例增益KP为使所述控制单元计算得到的所述激励电流i(t)出现震荡的数值的60％～70％范围内；所述预设的积分时间常数TI为使所述控制单元计算得到的所述激励电流i(t)出现震荡的数值的150％～180％范围内；所述预设的微风时间常数TD为0。所述激励电流i(t)出现震荡的数值可通过逐渐增加或减小所述比例增益KP、预设的积分时间常数TI、预设的微风时间常数TD，根据所述控制单元输出的计算结果确定。

[0026] 有益效果

[0027] 本发明，提供一种矫正悬挂式轨道交通设备中永磁磁组侧向偏离的方法，以及应用该方法的悬挂式轨道设备。通过传感器、控制单元和电磁铁形成闭环控制系统，其中的控制单元对传感器的数据进行PID运算(比例积分微分运算)，获得逐渐衰减的电流，通过该电流激励电磁铁产生磁场，逐渐修正磁体侧向的偏移。PID的控制方法得以使所述励磁电流产生的磁场对转向架的作用力逐渐减小，转向架移动也会越来越慢，由此还能够对系统起到一个缓冲保护作用，使其激发的磁场保持所述路轨永磁体阵列与所述车载永磁体阵列不接触，实现对磁悬浮系统侧向偏离的纠正。

[0028] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。附图说明

[0029] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

[0030] 图1是本发明的悬挂式轨道交通设备中转向架的示意图。

[0031] 图2是本发明的悬挂式磁悬浮列车的整体结构示意图。

[0032] 图3是传统的永磁磁悬浮系统的示意图。

[0033] 图4是本发明的永磁磁悬浮系统偏移状态下的示意图。

[0034] 图5是本发明的矫正悬挂式轨道交通设备中永磁磁组侧向偏离的方法的流程图。

[0035] 图6是本发明中PID运算的原理图。

[0036] 图7是本发明中通过PID运算纠正侧向偏离后所述永磁磁悬浮系统的示意图。

具体实施方式

[0037] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

[0038] 本专利是针对在永磁悬浮方式，在永磁悬浮轨道交通中由于转弯或者震动等因素，使悬浮永磁磁组出现侧向偏离的现象，这个现象会影响到悬浮系统的稳定性。但目前市面上鲜有对永磁悬浮轨道交通中的永磁磁组侧向偏离进行纠正的方法。本专利则是涉及一种具有矫正永磁磁组侧向偏离的方法及装置。

[0039] 图2为根据本发明的悬挂式轨道交通设备，包括支撑结构1；悬挂天梁2，由所述支撑结构支撑在空中，所述悬挂天梁的内壁设有辅助垫片，所述辅助垫片上设有箱型梁，所述箱型梁上设有枕木，所述枕木上设有轨道21；车厢3；转向架4，图1所示的所述转向架的第一端设置于所述悬挂天梁内，参照图2，所述转向架的第二端通过单吊杆或双吊杆连接所述车厢；控制单元(图中视角未显示)，用于驱动所述轨道交通设备，使所述车厢沿所述悬挂天梁运行；其中，所述转向架的表面，与所述轨道相对的位置设有传感器413；所述转向架上，与所述悬挂天梁内壁相对的两侧设有电磁铁412；所述电磁铁和所述传感器分别与所述控制单元连接，构成上述磁悬浮系统中的侧向偏离纠正控制闭环；所述控制单元主要用以根据所述传感器的电信号控制所述电磁铁中的励磁电流的大小，使所述励磁电流激发磁场保持所述路轨永磁体阵列与所述车载永磁体阵列不接触。

[0040] 轨道梁，如图二中部或图4或图7所示，是整个悬浮的支撑装置。图7所示，永磁磁组与导轨处于正对悬浮位置，通过在转向架的上方安装两个位置传感器，在转向架的侧边安装两个电磁铁，在正对悬浮位置测量位置传感器到轨道梁的平行距离d记为初始值。当列车在转弯或者产生振动的时候，会出现永磁磁组侧向偏离的现象。此时，一侧位置传感器数值为d1，另一侧位置传感器数值为d2，将两位置传感器的数值信号送入电流控制器进行比较和分析。电流控制器根据分析的结果对两电磁铁上施加电流，电磁铁上有电流流过，电磁铁对轨道梁的吸引力就产生变化，两边因为水平方向受力大小不同，使得转向架向受力大的一边移动，拉着永磁磁组重新向未发生侧向偏离的位置。当两侧的距离传感器检测值d1＝d2＝d时，位置传感器的数值信号送入电流控制器进行比较和分析，电流控制器比较这个信号后分析出此时永磁磁组又回到了未发生侧向偏离的位置，会停止在电磁铁上施加电流，电磁铁上没有了电流，电磁铁对轨道梁水平上的力也消失，此时纠正过程结束。本专利就是一种通过位置传感器检测位置，传递信号给电流控制器，由电流控制器进行比较分析，对电磁铁上施加电流，产生水平方向的力，将产生侧向偏离的永磁磁组拉回未发生偏离位置的实时纠正方法。

[0041] 具体而言，上述的设备中，转向架结构正视图如图1所示。其外形如同金属制的四轮小车，每个转向架都配有一个构架42、两组轮对、悬挂装置、牵引装置和制动装置等组件。两组轮对通过横梁43连接。转向架下方连着类似汽车轮胎的空气弹簧，此种磁悬浮列车是由安装在如图1所示转向架A、B、C、D四处的车载悬浮装置和永磁磁轨产生排斥力构成主要的磁悬浮系统，为列车提供主要悬浮力。

[0042] 其中的磁悬浮系统，可依靠转向架的第一端中的永磁铁与所述轨道(21)磁极互斥，实现悬浮列车悬浮，还可依靠电磁铁的绕组产生电磁力，电磁力和永磁体侧向力共同作用实现列车侧向偏移的导向。

[0043] 参考图4所示，当永磁铁和导轨组成的永磁磁组产生了侧向偏离，例如，永磁铁相对于导轨偏向左边偏离5mm。这时，两边的对称的位置传感器会检测到两边的距离数值不等。如图4所示，正常状态下，两个位置传感距离轨道梁水平距离为800mm，即初始值d0＝800mm。而图示偏移状态下左边的位置传感器检测距离d1＝795mm，右边的位置传感器检测距为d2＝805mm，此时位置传感器会将两边检测信号传输给电流控制器，电流控制器通过图
6所示的PID算法比较和分析会发出对电磁铁施加电流的命令，给一侧的电磁铁上施加一个初值为50A且逐渐衰减的电流，电磁铁上有电流流过，就会产生对轨道梁的1000N且逐渐减小的吸引力，因此转向架会在这个逐渐减小的吸引力作用下向右移动，由于电流逐渐减小，吸引力逐渐减小，转向架移动也会越来越慢，对系统起到一个缓冲保护作用，此时，如果两边的位置传感器都检测到此时的距离为d1＝d2＝d＝800mm，说明永磁磁组在矫正装置作用下已经回到了未发生侧向偏离的位置。传感器会将这个的位置信号传递给相应的电流控制器，电流控制器接收到这个信号，再次使用PID算法比较和分析，停止对电磁铁施加电流，转向架水平方向两边受力为零，不再有水平向右的合外力，矫正过程结束。转向架回到图7所示的正中维持，保持稳定的磁悬浮状态。右向偏移同理，在此不加赘述。

[0044] 上述对侧向偏移的纠正过程可总结为图5所示的控制流程，由传感器、电磁铁配合控制单元的控制而实现。具体而言，位置传感器距离轨道梁水平距离初始值d作为输入，位置传感器的测量值d1或d2作为反馈值，比较之后产生一个误差，这个误差在比例环节能够快速减小，但不能完全消除。因此，需要会进入积分环节，积分环节能消除过去的累积误差，积分控制系统的准确性，但容易引起震荡，造成超调。最后在微分环节能够减小超调，微分控制系统的稳定性。比例、积分、微分控制相互配合，可迅速、准确、平稳的消除偏差，达到良好的控制效果。

[0045] 其步骤包括：

[0046] 第一步，设置永磁铁与轨道对应点之间的横向距离的初始值d0，获取电磁铁的初始激励电流i0；

[0047] 第二步，传感器获取永磁铁与轨道对应点之间的横向距离的实际值d1(t)，计算实际值与初始值之间的差值e(t)＝d1(t)-d0；

[0048] 第三步，对所述差值e(t)进行PID计算，得到电磁铁需要的激励电流其中，KP表示预设的比例增益；TI表示预设的积分时间常数；TD表示预设的微风时间常数；

[0049] 第四步，将计算获得的所述激励电流i(t)输入至所述电磁铁，所述电磁铁由所述激励电流i(t)激励，产生横向的磁场；使其连接的所述永磁铁相对所述轨道对应点横向偏移，以纠正所述永磁铁与轨道对应点之间的横向距离的实际值d1(t)；

[0050] 第五步，重复上述第二步至所述第四步，直至所述轨道交通设备停止运行。

[0051] 其中，所述预设的比例增益KP；预设的积分时间常数TI；预设的微风时间常数TD通过如下步骤获得：

[0052] 步骤s1：确定比例增益KP；确定比例增益KP时，首先去掉PID的积分项和微分项，令TI＝0、TD＝0，使PID计算变为单纯的比例调节。由0逐渐加大比例增益KP，直至计算结果出现振荡；再反过来，从此时的比例增益KP逐渐减小，直至计算结果的振荡消失，记录此时的比例增益KP的数值，设定PID计算中的比例增益为当前数值的60％～70％；

[0053] 步骤s2：确定积分时间常数TI；先设定一个较大的积分时间常数TI的初值，然后逐渐减小TI，直至计算结果出现振荡，之后再逐渐加大积分时间常数TI，直至计算结果的振荡消失，记录此时的TI并设定所述PID计算中的积分时间常数TI为当前值的150％～180％；

[0054] 步骤s3：确定微分时间常数TD；微分时间常数TD一般设置为0，或，通过以下步骤设定：先设定一个较大的微分时间常数TD的初值，然后逐渐减小TD，直至计算结果出现振荡，之后再逐渐加大微分时间常数TD，直至计算结果的振荡消失，记录此时的TD并设定所述PID计算中的微分时间常数TD为当前值的30％。上述步骤S1至步骤S3可互换顺序。

[0055] 上述的悬挂式轨道交通设备，其转向架的上部还设置有悬挂装置、牵引装置和制动装置，所述转向架下方设有所述空气弹簧；

[0056] 所述悬挂天梁的内壁，与所述导向轮相对的位置还设有轮轨23，所述导向轮与所述轮轨之间留有空隙；

[0057] 其中，所述悬挂装置可选择为吊杆，通过吊杆连接转向架和车厢；

[0058] 所述牵引装置可选择为转向架正上方的直线电机，提供驱动力；

[0059] 所述制动装置可选择为电气制动或者机械制动，电气制动是在直线电机中施加反向电流，机械制动就是安装在转向架的左上方位置，通过机械结构来达到强制制动效果。

[0060] 本发明的优势在于：

[0061] 悬挂式磁悬浮列车在正中的竖直方向上能够稳定悬浮，具有很大的悬浮刚度，且不需要人为的控制即可稳定悬浮。

[0062] 该磁悬浮系统可以以模块化的方式加工生产，结构简单、调试方便，易安装、维修方便。

[0063] 在检测到磁悬浮系统发生侧向偏移时，本发明可以由安装在转向架上的电磁铁的电磁力、与轨道在横向产生吸引力或斥力，提供导向力，纠正偏移。并且，由于采用PID算法，用于纠正侧向偏移的该导向力因算法本身特性会随时间自行衰减。衰减过程能够对该系统起缓冲作用，转向调整时乘客不易察觉该调整过程。本发明耗能低，符合现代“绿色交通”理念。

[0064] 本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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矫正磁悬浮交通设备中永磁磁组侧向偏离的方法及装置

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