技术领域
[0001] 本
发明涉及电磁常导（Electro Magnetic Suspension，简称EMS)型中低速磁浮列 车领域，具体涉及一种用于中低速磁浮列车的悬浮控制器检测装置。
背景技术
[0002] 作为依靠安装在车体上的电磁
铁与轨道产生吸引
力使列车悬浮在轨道上的新型 轨道交通方式，中低速磁浮列车具有机械磨损小、爬坡能力强、
转弯半径小等优点。而悬浮 控制器作为整个中低速磁浮列车磁浮系统中的关键功能单元，其性能优劣及是否正常工作 直接影响到中低速磁浮列车的安全运行。
[0003] 如图1所示，悬浮控制器内部由主回路强电部分和弱电控制部分组成。主回路强 电部分主要产生电
磁铁所需的励磁
电流；弱电控制部分主要通过控制悬浮电磁铁的励磁电 流，进而控制电磁铁产生的电磁力。悬浮控制器共有4个外部
接口，其中接口 1是电源输 入接头，用于输入DC330V的功率电源和DCllOV的控制电源两种电源；接口 2是电磁铁接 头，输出对电磁铁的控制电流；接口 3是通讯接头，包括以太网通讯和CAN通讯，控制器通过 CAN通讯向列车运行控制系统发送悬浮状态等信息，通过以太网通讯向列车调试系统发送 悬浮控制系统状态、悬浮间隙以及控制器故障信息等；接口 4是
传感器接头，负责外部传感 器与悬浮控制器的信息传递。
[0004] 如图2所示，悬浮控制器按功能可以划分为
信号输入部分和控制输出部分两部分 结构。其中，信号输入部分主要是由传感器采集控制所需的传感器信号，传感器信号包括来 自传感器接头的外部传感器的信号、内部反馈的电流传感器的传感器信号，传感器信号通 过信号接收模
块输入CPU模块，经CPU模块处理；控制输出部分主要是CPU模块根据输入的 传感器信号和通过通讯接口接收到计算机发送的悬浮控制命令通过控制输出模块输出控 制信号，该
控制信号通过驱动板、桥式
电路、电磁铁接头输出给电磁铁，从而实现对电磁铁 电流的控制。当悬浮控制器出现故障时，无法产生正确的控制信号，从而使悬浮系统失稳影 响列车运行。磁浮列车商业化后需要大量控制器以及对控制器进行有效检测的手段，但是 当前悬浮控制器离线检测诊断方法并不能满足要求，所以如何实现一种悬浮控制器检测平 台具有现实需求，且已经成为亟待解决的关键技术问题。
发明内容
[0005] 本发明要解决的技术问题是：针对
现有技术的上述问题，提供一种不仅能够在悬 浮控制器装车之前对控制器的悬浮性能进行全面测试以保证装车后能够正常工作，而且能 够在车载悬浮控制器出现故障时能够对其进行故障
定位以便维修，具备快速检测悬浮控制 器性能和诊断悬浮控制器故障双重功能，能够提高磁浮列车的运行可靠性和
稳定性的用于 中低速磁浮列车的悬浮控制器检测装置。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0007] 一种用于中低速磁浮列车的悬浮控制器检测装置，包括电源单元、负载单元和检 测单元，所述检测单元包括检测控制计算机、信号发生器和信号采集器，所述检测控制计算 机分别与信号发生器和信号采集器相连，所述电源单元分别与检测单元以及被检测悬浮控 制器的电源输入接头相连，所述信号发生器与被检测悬浮控制器的传感器接头相连，所述 信号采集器通过负载单元与被检测悬浮控制器的电磁铁接头相连，所述检测控制计算机与 被检测悬浮控制器的通讯接头相连。
[0008] 优选地，所述电源单元包括整流电路、330V稳压模块、330V
开关控制电路、IlOV稳 压模块和IIOV开关控制电路，所述整流电路的输入端与输入的AC380V电源相连，所述整流 电路的一路输出端依次通过330V稳压模块、330V开关控制电路与被检测悬浮控制器的电 源输入接头相连，所述整流电路的另一路输出端依次通过IlOV稳压模块、IlOV开关控制电 路与被检测悬浮控制器的电源输入接头相连，所述330V开关控制电路、IIOV开关控制电路 的控制端分别与检测控制计算机相连。
[0009] 优选地，所述电源单元还包括电源机柜，所述整流电路、330V稳压模块、330V开关 控制电路、IIOV稳压模块、IIOV开关控制电路分别布置于所述电源机柜内。
[0010] 优选地，所述检测单元还包括带有
接线盒的检测机柜，所述检测控制计算机、信号 发生器、信号采集器分别设于检测机柜内，所述接线盒包括相互隔离的强电接线
端子单元 和弱电接线端子单元，所述强电接线端子单元和弱电接线端子单元的外侧设有机柜接口面 板，所述检测控制计算机、信号发生器、信号采集器分别通过接线盒的强电接线端子单元与 电源单元相连，所述信号发生器通过接线盒的弱电接线端子单元与被检测悬浮控制器的传 感器接头相连，所述信号采集器通过接线盒的弱电接线端子单元与负载单元相连。
[0011] 优选地，所述检测单元还包括布置于检测机柜上的第一急停按钮开关，所述第一 急停按钮开关
串联布置于信号发生器、接线盒的弱电接线端子单元之间。
[0012] 优选地，所述检测单元还包括布置于检测机柜上的第二急停按钮开关，所述第二 急停按钮开关串联布置于信号采集器、接线盒的弱电接线端子单元之间。
[0013] 优选地，所述负载单元包括模拟车体负载、箱梁和轨道，所述模拟车体负载通过空 气
弹簧支承于箱梁上，所述箱梁上设有间隙布置的电磁铁和直线
电机定子，所述轨道布置 于电磁铁和直线电机定子之间，且所述电磁铁与轨道上下相邻悬浮间隙布置，所述电磁铁 上设有传感器单元，所述电磁铁的连接端子与被检测悬浮控制器的电磁铁接头相连，所述 传感器单元的输出端与信号采集器相连。
[0014] 或者优选地，所述负载单元包括电磁铁电气模拟支路和机械特性模拟运算芯片， 所述电磁铁电气模拟支路与被检测悬浮控制器的电磁铁接头相连，所述电磁铁电气模拟支 路包括串联连接的功率电感和功率
电阻，且所述电磁铁电气模拟支路上设有电流传感器， 所述电流传感器的输出端与机械特性模拟运算芯片相连，所述机械特性模拟运算芯片的输 出端与信号采集器相连。优选地，所述机械特性模拟运算芯片根据根据电流传感器采集到 的当前输出电流i和上一时刻间隙(I ci通过式（1)计算当前
加速度J和当前间隙d ;
[0016] 式（1)中，μ C1表示
真空磁导率，N表示悬浮电磁铁的绕组
匝数，S表示悬浮电磁铁 单侧磁极面积，i表示电流传感器采集到的当前输出电流，Cl tl表示上一个时刻的间隙值，J 表示当前加速度，d表示当前间隙，m表示中低速磁浮列车的悬浮模块总
质量，g表示重力加 速度，P表示中低速磁浮列车在悬浮模块两端的等效力。
[0017] 本发明用于中低速磁浮列车的悬浮控制器检测装置具有下述优点：
[0018] 1、本发明包括电源单元、负载单元和检测单元，检测单元包括检测控制计算机、信 号发生器和信号采集器，检测控制计算机分别与信号发生器和信号采集器相连，电源单元 分别与检测单元以及被检测悬浮控制器的电源输入接头相连，信号发生器与被检测悬浮控 制器的传感器接头相连，信号采集器通过负载单元与被检测悬浮控制器的电磁铁接头相 连，检测控制计算机与被检测悬浮控制器的通讯接头相连，本发明通过上述结构，在悬浮控 制器装车之前，对控制器的悬浮性能进行全面测试，保证装车后能够正常工作，并且在车载 悬浮控制器出现故障时能够对其进行故障定位以便于维修，因此具备快速检测悬浮控制器 性能和诊断悬浮控制器故障双重功能，能够有效提高磁浮列车的运行可靠性和稳定性。
[0019] 2、本发明针对负载单元的实现，一方面进一步提供了模拟悬浮列车运行情况的模 拟车体负载、箱梁和轨道，基于模拟车体负载、箱梁和轨道等部件来模拟悬浮列车运行情 况，确保对悬浮控制器检测的准确性；另一方面，考虑到基于模拟车体负载、箱梁和轨道等 部件来模拟悬浮列车运行情况存在的结构复杂、占用空间大、成本高、起浮测试时可能会造 成器件损毁的缺点，本发明还进一步提供了采用虚拟负载等效电磁铁的方式来实现负载单 元的技术方案，通过电磁铁电气模拟支路和机械特性模拟运算芯片虚拟实现模拟悬浮列车 运行情况，具有结构简单、体积小巧、安全可靠的优点。
附图说明
[0020] 图1为现有技术悬浮控制器的内部结构示意图。
[0021] 图2为现有技术悬浮控制器的功能区域划分结构示意图。
[0022] 图3为本发明
实施例一的
框架结构示意图。
[0023] 图4为本发明实施例一中电源单元的示意图。
[0024] 图5为本发明实施例一的整体结构示意图。
[0025] 图6为本发明实施例一中检测单元的框架结构示意图。
[0026] 图7为本发明实施例一中检测机柜和被检测悬浮控制器的结构示意图。
[0027] 图8为本发明实施例一中负载单元的结构示意图。
[0028] 图9为本发明实施例一中针对被检测悬浮控制器信号输入部分的检测原理示意 图。
[0029] 图10为本发明实施例一中针对被检测悬浮控制器控制输出部分的检测原理示意 图。
[0030] 图11为本发明实施例二中负载单元的框架结构示意图。
[0031] 图12为本发明实施例二中悬浮模块的简化模型示意图。
[0032]图13为本发明实施例二中悬浮模块的简化模型的剖视结构示意图。
[0033] 图例说明：1、电源单元；11、整流电路；12、330V稳压模块；13、330V开关控制电 路；14、110V稳压模块；15、110V开关控制电路；2、负载单元；21、模拟车体负载；211、空气 弹簧；22、箱梁；221、电磁铁；222、直线电机定子；223、传感器单元；23、轨道；24、电磁铁电 气模拟支路；241、功率电感；242、功率电阻；243、电流传感器；25、机械特性模拟运算芯片； 3、 检测单元；31、检测控制计算机；32、信号发生器；33、信号采集器；34、接线盒；341、机柜 接口面板；35、第一急停按钮开关；36、第二急停按钮开关；4、被检测悬浮控制器；41、电源 输入接头；42、传感器接头；43、电磁铁接头；44、通讯接头。
具体实施方式
[0034] 实施例一：
[0035] 如图3所示，本实施例用于中低速磁浮列车的悬浮控制器检测装置包括电源单元 1、负载单元2和检测单元3,检测单元3包括检测控制计算机31、信号发生器32和信号采 集器33,检测控制计算机31分别与信号发生器32和信号采集器33相连，电源单元1分别 与检测单元3以及被检测悬浮控制器4的电源输入接头41相连，信号发生器32与被检测 悬浮控制器4的传感器接头42相连，信号采集器33通过负载单元2与被检测悬浮控制器 4的电磁铁接头43相连，检测控制计算机31与被检测悬浮控制器4的通讯接头44相连。
[0036] 如图4所示，电源单元1包括整流电路11、330V稳压模块12、330V开关控制电路 13、IlOV稳压模块14和IlOV开关控制电路15,整流电路11的输入端与输入的AC380V电 源相连，整流电路11的一路输出端依次通过330V稳压模块12、330V开关控制电路13与被 检测悬浮控制器4的电源输入接头41相连，整流电路11的另一路输出端依次通过IlOV稳 压模块14、IlOV开关控制电路15与被检测悬浮控制器4的电源输入接头41相连，330V开 关控制电路13、IlOV开关控制电路15的控制端分别与检测控制计算机31相连。通过上述 电路，使得电源单元1能够提供DC330V和DCllOV两种
电压，经电源输入接头41为被检测 悬浮控制器4供电。330V电源有具有可调节输出功能；IlOV电源具有较高的电压输出精 度，误差在1 %，而控制器检测电压主要是为了得到电源的状态对
精度要求不高，检测误差 为2 %〜3 %。检测控制计算机31可以通过信号对330V电源和IIOV电源进行控制，并且实 时采集电源柜中电压和电流信息。在
电源电压或电流异常时，检测控制计算机31具有保护 功能，可以通过330V开关控制电路13、IlOV开关控制电路15的
输出信号控制IlOV和330V 电源的输出。
[0037] 如图5所示，电源单元1还包括电源机柜，整流电路11、330V稳压模块12、330V开 关控制电路13、IlOV稳压模块14、IlOV开关控制电路15分别布置于电源机柜内。而且，本 实施例还包括用于放置被检测悬浮控制器4的测试台架，从而便于放置被检测悬浮控制器 4, 有利于对被检测悬浮控制器4的检测和保护。
[0038] 如图5和图6所示，检测单元3还包括带有接线盒34的检测机柜，检测控制计算 机31、信号发生器32、信号采集器33分别设于检测机柜内，接线盒34包括相互隔离的强电 接线端子单元和弱电接线端子单元，强电接线端子单元和弱电接线端子单元的外侧设有机 柜接口面板341，检测控制计算机31、信号发生器32、信号采集器33分别通过接线盒34的 强电接线端子单元与电源单元1相连，信号发生器32通过接线盒34的弱电接线端子单元 与被检测悬浮控制器4的传感器接头42相连，信号采集器33通过接线盒34的弱电接线端 子单元与负载单元2相连。接线盒34作为检测控制计算机31与外部设备的接口，起到强 弱
电隔离的作用，并且可以在特定时刻断开强电，通过检测传感器信号输出的信号是否正 常可以判断检测控制计算机31的电源和信号通路是否有故障。
[0039] 本实施例中，检测控制计算机31则包括主机、显示器和输入设备等，检测机柜主 要由检测控制计算机31、信号发生器32、信号采集器33组成，此外还包括电气
背板和连接 板等。检测控制计算机31是检测机柜的核心设备，控制整个检测装置的运行，信号发生器 32可以根据检测控制计算机31的命令产生相应的传感器信号，该信号经被检测悬浮控制 器4的传感器接头42传入被检测悬浮控制器4的CPU模块，从而被CPU模块采集。
[0040] 为了最大限度确保操作人员和设备的安全，本实施例在接线盒34内设计有急停 按钮（下文的第一急停按钮开关35和第二急停按钮开关36)，急停按钮触发后，测试系统断 开控制器供电电源和负载，采用安全继电器控制复位动作，只有在急停解除并且按下复位 按钮后，控制器供电电源才会接入系统。如图6所示，检测单元3还包括布置于检测机柜上 的第一急停按钮开关35,第一急停按钮开关35串联布置于信号发生器32、接线盒34的弱 电接线端子单元之间；此外检测单元3还包括布置于检测机柜上的第二急停按钮开关36， 第二急停按钮开关36串联布置于信号采集器33、接线盒34的弱电接线端子单元之间。
[0041] 如图7所示，被检测悬浮控制器4和检测控制计算机31之间的基于通讯接头44 的通讯方式包括CAN通讯、以太网通讯两种，因此检测控制计算机31和被检测悬浮控制器 4的通讯接头44均包括CAN通讯接口和以太网通讯接口共两种通讯接口。
[0042] 如图8所示，负载单元2包括模拟车体负载21、箱梁22和轨道23,模拟车体负载 21通过空
气弹簧211支承于箱梁22上，箱梁22上设有间隙布置的电磁铁221和直线电机 定子222,轨道23布置于电磁铁221和直线电机定子222之间，且电磁铁221与轨道23上 下相邻悬浮间隙布置，电磁铁221上设有传感器单元223,电磁铁221的连接端子与被检测 悬浮控制器4的电磁铁接头43相连，传感器单元223的输出端与信号采集器33相连。基 于上述结构，负载单元2能够模拟电磁铁的电气及结构特性，作为被检测悬浮控制器4输出 的负载；本实施例中，负载单元2通过传感器单元223将测得的电流值等传感器信号输出至 检测机柜中的信号采集器33,当负载中的电流过大需要保护电路动作时，检测机柜中的检 测控制计算机31通过继电器输出信号，控制电磁铁221的大继电器开断负载单元2与被检 测悬浮控制器4的电磁铁接头43之间的连接，从而保护负载单元2。
[0043] 如图9所示，使用本实施例对被检测悬浮控制器进行信号输入通路检测的过程如 下：（1)检测机柜内的检测控制计算机31设计传感器信号并控制信号发生器32工作，信号 发生器32模拟的传感器输出信号通过被检测悬浮控制器4的传感器接头42输入被检测悬 浮控制器4,被检测悬浮控制器4的CPU模块根据输入的传感器信号产生响应信号，将该响 应信号通过通讯接头44、以太网、通讯接口传输给检测控制计算机31，再经过检测控制计 算机31将采集到的传感器
信号传输至显示器显示输出，在显示器的显示界面中，通过对设 计输出的传感器信号和经信号输入通路采集、与通讯传输得到的传感器信号进行对比，可 以判断被检测悬浮控制器4的信号输入通路是否正常工作。
[0044] 如图10所示，使用本实施例对被检测悬浮控制器进行信号输出通路检测与进行 信号输入通路检测过程的思路相似，其实现过程如下：检测机柜中的检测控制计算机31由 通讯接头44向控制器发出特定的电磁铁电流的命令，该命令经通讯接头44达到被检测悬 浮控制器4的CPU模块，被检测悬浮控制器4的CPU模块通过驱动板控制桥式电路（斩波 器电路）产生输出到电磁铁的电流，该输出电流通过电磁铁接头43输出给负载单元2。通 过采集负载单元2中的电流量，并将此量与期望输出量在计算机中进行对比，可以判断被 检测悬浮控制器4的信号输出通路是否存在故障。
[0045] 本实施例中通过检测控制计算机31在本实施例用于中低速磁浮列车的悬浮控制 器检测装置的
基础上编写平台
软件，平台软件采用Labview编写，分为测试功能模块和用 户管理模块。其中，测试功能模块的功能说明如表1所示。
[0046] 表1 :测试功能1¾块的功能说明表。
[0047]
[0048] 应用本实施例用于中低速磁浮列车的悬浮控制器检测装置对被检测的悬浮控制 器进行检测的内容如下：（1)弱电检测：只接通Iiov电源，启动测试程序检查悬浮控制器的 弱电部分功能是否完备，是否存在故障；（2)强电检测：接通IlOV和330V电源，连接假性负 载（负载单元2)，通过开关发出悬浮命令，检查控制器强电部分电路是否存在故障；（3)性 能检测：通过开关发出悬浮和降落指令，观察浮落过程中的间隙、加速度、电流的变化曲线， 与标准变化曲线加以对比，并通过通讯计算机接收、显示控制器上传的状态信号，检测是否 存在异常；给间隙信号施加不同
频率和幅值的
干扰信号，检测悬浮间隙与电流的变化曲线， 与标准变化曲线加以对比，检测是否存在异常；模拟故障信号（间隙故障、加速度故障、输 入电源故障等），通过通讯计算机接收、显示控制器上传的状态信号，检测故障判断及通讯 是否存在异常；施加重载，检测控制器过载能力；长时间悬浮，检测控制器的稳定性。
[0049] 实施例二：
[0050] 本实施例与实施例一基本相同，其不同点为负载单元2的实现形式不同，实施例 一采用电磁铁及轨道实现负载单元2的方式结构复杂、占用空间大、成本高，而且在起浮测 试时可能会造成器件损毁，而本实施例采用虚拟负载等效电磁铁的方式来实现负载单元2， 而且负载单元2体积较小，将其布置在单独的负载机柜中。
[0051] 如图11所示，负载单元2包括电磁铁电气模拟支路24和机械特性模拟运算芯片 25,电磁铁电气模拟支路24与被检测悬浮控制器4的电磁铁接头43相连（输出当前电压 u)，电磁铁电气模拟支路24包括串联连接的功率电感241和功率电阻242,且电磁铁电气 模拟支路24上设有电流传感器243,电流传感器243的输出端与机械特性模拟运算芯片25 相连，机械特性模拟运算芯片25的输出端与信号采集器33相连。
[0052] 本实施例中，机械特性模拟运算芯片25根据根据电流传感器243采集到的当前输 出电流i和上一时刻间隙(I ci通过式（1)计算当前加速度J和当前间隙d ;
[0054] 式（1)中，μ C1表示真空磁导率，N表示悬浮电磁铁的绕组匝数，S表示悬浮电磁铁 的单侧磁极面积，i表示电流传感器243采集到的的当前输出电流，Cl tl表示上一个时刻的间 隙值，J表示当前加速度，d表示当前间隙，m表示中低速磁浮列车的悬浮模块总质量，g表 示
重力加速度，P表示中低速磁浮列车在悬浮模块两端的等效力。
[0055] 悬浮模块作为中低速磁浮列车基本悬浮单元，悬浮模块之间实现了机械解耦。悬 浮模块包含两个悬浮端点，每个悬浮端点是由相应的一组电磁铁和
导轨相互作用构成。每 个悬浮控制器控制相应的一个悬浮模块，实现稳定悬浮。磁浮列车悬浮模块的主要部件包 括悬浮电磁铁、直线电机定子、悬浮传感器、托臂箱梁以及防侧滚梁等。由于悬浮模块左右 两个端点的每组串联的两个电磁铁共用传感器和励磁装置，所以每个端点可以等效为单铁 悬浮模型。在满足工程需要、不影响设计虚拟负载的前提下，悬浮模块可以做以下的简化和 等效：（1)悬浮电磁铁产生的磁势均匀地加在气隙磁阻中，即不考虑电磁回路中的漏磁、电 磁铁铁芯以及导轨的磁阻等。（2)忽略导轨的形变以及振动。（3)悬浮电磁铁和导轨间的 均布悬
浮力简化为集中力，力的作用点认为在电磁铁的几何中心。（4)将悬浮模块简化为在 X轴上均匀分布的质杆，该质杆和导轨之间的间距等效为悬浮间隙。在此基础上，悬浮模块 可以简化为如图12所示，其中m为悬浮模块总质量，f\、f 2分别为悬浮模块两端电磁铁分别 产生的电磁力，Op O2分别为f P 4的等效作用点，L为O p O2到模块质心O的距离，s p 82分 别为悬浮模块两端传感器测得的悬浮间隙值，屯、d2分别为0 i、O2到导轨的距离，P i、P2分别 为车辆加在悬浮模块两端的等效力，1为A、N2的作用点到模块质心0的距离。
[0056] 悬浮模块的截面如图13所示，其中S表示电磁铁单侧磁极面积，δ (t)表示悬浮 间隙，u(t)表示电磁铁线圈两端的控制电压，i(t)表示控制线圈的电流。针对悬浮模块建 模时，所需要用到的物理量的含义如表2所示。
[0057] 表2 :悬浮模块的物理量说明表。
[0058]
[0059] 对于悬浮模块的而言，电磁力f的公式如式（2)所示。
[0061] 式（2)中，K = yQN2S/4, yQ、N、S的含义参见表2, i表示电流，d表示悬浮间隙。
[0062] 由图12所示的悬浮模块简化模型可得式（3)，悬浮模块的两个端点的等效间隙如 式（4)所示，将式（4)代入公式（2)电磁力公式中可得悬浮模块两端的电磁力如式（5)所 不O
[0064] 式（3)中，s表示模块质心0到轨道的距离，Θ表示悬浮模块相对于轨道的
俯仰 角，Sl、S2分别为悬浮模块两端传感器测得的悬浮间隙值，1为N i、N2的作用点到模块质心0 的距离。(4)
[0066] 式⑷中，屯、d2分别为O i、02到导轨的距离，s表示模块质心O到轨道的距离，Θ 表示悬浮模块相对于轨道的俯仰角，中间变量P的表达式为P = (L+1)八21)，Q的表达式为 Q = (I-L)八21)，L为On O2到模块质心O的距离，1为N i、N2的作用点到模块质心O的距 离。
[0068] 式（5)中，f\、f2分别为悬浮模块两端电磁铁分别产生的电磁力，d i、d2分别为0 p O2到导轨的距离，i i、i2分别为悬浮模块两端电磁铁的悬浮电流，s i、S2分别为悬浮模块两端 传感器测得的悬浮间隙值，K = μ c^S/4, μ p N、S的含义参见表2,中间变量P的表达式为 ?=仏+1)八21)，〇的表达式为〇=(1-1^(21)，1^为01、0 2到模块质心0的距离，1为1、 N2的作用点到模块质心0的距离。
[0069] 根据电磁铁的基本原理可知电磁铁的线圈电感L(d)如式（6)所示，电磁铁两端电 压u(t)与线圈中电流i的关系如式（7)所示。(6)
[0071] 式（6)中，L(d)表示电磁铁在悬浮间隙d下的线圈电感，K = yQN2S/4, μ。、N、S 的含义参见表2。
[0073] 式（7)中，u⑴表示电磁铁两端在t时刻的电压，i⑴表示线圈在t时刻的电流， i表示线圈的电流，R的含义参见表2, L(d)表示电磁铁在悬浮间隙d下的线圈电感；K = yQN2S/4, yQ、N、S的含义参见表2。
[0074] 将式⑷代入式（7)，得到模块内部两端电磁铁的电压方程如式⑶所示。
[0076] 式⑶中，Ul(t)和〜⑴分别为悬浮模块两端的电压，h、i2分别为悬浮模块两端 电磁铁的悬浮电流，Sl、S2分别为悬浮模块两端传感器测得的悬浮间隙值，中间变量P的表 达式为？=仏+1)八21)，〇的表达式为〇=(1-1^(21)，1^为0 1、02到模块质心0的距离，1 为A、N2的作用点到模块质心0的距离；K = μ MS/4, μ ^ N、S、R的含义参见表2 "表示 悬浮电流I1的微分值，4表示悬浮电流"的微分值，4表示悬浮间隙值S1的微分值，表示 悬浮间隙值S2的微分值。
[0077] 分析悬浮模块的机械运动，悬浮模块的机械运动可以分为在垂直方向上的平动和 绕Ox轴的转动。设向下为模块平动的正方向，逆
时针为转动的正方向。可得悬浮模块的机 械运动方程如式（9)所示；将式（3)代入式（9)，则可得到式（10)。
[0079] 式（9)中，m表示悬浮模块总质量，g表示重力加速度，J表示加速度，I表示模块 绕Ox轴的
转动惯量，^表示悬浮模块相对于轨道的俯仰角的
角加速度，f\、f2分别为悬浮模 块两端电磁铁分别产生的电磁力，P 1、P2分别为车辆加在悬浮模块两端的等效力，1为N i、N2 的作用点到模块质心〇的距离，L为Op O2到模块质心0的距离。
[0081] 式（10)中，f\、f2分别为悬浮模块两端电磁铁分别产生的电磁力，P i、Pj别为车 辆加在悬浮模块两端的等效力，g表示重力加速度，AK〜Dk的表达式如式（11)所示。
[0083] 式（11)中，I表示模块绕Ox轴的转动惯量，m表示悬浮模块总质量，1为&、队的 作用点到模块质心〇的距离，L为Op O2到模块质心0的距离。
[0084] 由式（5)所示电磁力方程、式（8)所示电压平衡方程和式（10)所示机械运动方程 可得悬浮模块的动力学方程组如式（12)所示。
[0086] 式（12)中，各物理量含义参见前述式（5)、式⑶和式（10)的解释。令系统状态 变量^ = =[5PHs2,i2,i 2]T，则系统
状态方程可表示为式（13)所示。(13)
[0088] 式（13)中，i:表示自变量x的微分值，y表示函数的值，f (X)的函数表达式如式 (14)所示，g(x)的函数表达式如式（15)所示，h(x)的函数表达式如式（16)所示，u的函 数表达式如式（17)所示。
[0090] 式（14)中，X1表示悬浮模块端点1测得的悬浮间隙值，X 2表示悬浮模块端点1的 悬浮间隙值的微分，X3表示悬浮模块端点1的电流，X4表示悬浮模块端点2测得的悬浮间 隙值，X 5表示悬浮模块端点2悬浮间隙值的微分，X6表示悬浮模块端点2的电流，A K〜D £的 表达式如式（11)所示，K= yQN2S/4，yQ、N、S、R的含义参见表2，g表示重力加速度，P n P2分别为车辆加在悬浮模块两端的等效力，中间变量P的表达式为P = (L+1V(21)，Q的表 达式为Q = (I-L)八21)，L为O2到模块质心O的距离，1为N p N2的作用点到模块质心 0的距离。
[0092] 式（15)中，X1表示悬浮模块端点1测得的悬浮间隙值，X 4表示悬浮模块端点2测 得的悬浮间隙值，中间变量P的表达式为P= (L+1V(21)，Q的表达式为Q= (1-LV(21)， L为Op O2到模块质心0的距离，1为N i、N2的作用点到模块质心0的距离；K = μ qN2S/4， μ Q、N、S、R的含义参见表2。
[0094] 式（16)中，X1表示悬浮模块端点I测得的悬浮间隙值，x 4表示悬浮模块端点2测 得的悬浮间隙值。(17)
[0096] 式（17)中，U1 (t)和u2(t)分别为悬浮模块两端的电压。
[0097] 由式（13)所示的系统状态方程容易看出，悬浮模块是多输入多输出的非线性耦 合系统，负载的电气特性由公式（8)表示，负载的机械特性由式（5)和式（10)表示。基于 上述推导，机械特性模拟运算芯片25只需要根据式（1)所示的机械特性模拟函数进行模拟 计算并向信号采集器33输出当前电流i、当前加速度j和当前间隙d，即可实现负载单元2 的虚拟负载实现，能够替代实施例一的实物电磁铁，实现简单、体积小。
[0098] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施 例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域 的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也 应视为本发明的保护范围。
