搭接结构磁浮列车单间隙传感器故障的间隙信号重构方法

技术领域

本发明属于磁浮列车技术领域，具体涉及一种搭接结构磁浮列车单间隙传感器故障的间隙信号重构方法。

背景技术

高速磁浮列车采用搭接结构的形式来提高系统的可靠性。两个电磁铁分别通过碟片弹簧与托臂相连，相邻的两个托臂通过托臂连接件固连在一起，构成一个搭接结构，其中，一个电磁铁内的单点悬浮子系统设有两个悬浮间隙传感器。正常情况下，一个搭接结构内部两个电磁铁承担相同的负载。当其中的一个电磁铁的悬浮间隙传感器因故障或扰动等因素出现波动时，该电磁铁承担的负载力发生变化，造成搭接结构内部另一个电磁铁所承担的负载力发生变化，从而影响到另一个电磁铁的运动状态。

而在磁浮轨道中，为了允许梁在相邻支承梁之间能够延伸，轨道梁的安装将考虑一定的间隙，不可避免会出现轨道接缝。搭接结构中每个单点悬浮子系统对应的两个间隙传感器沿磁浮列车方向一前一后布置在电磁铁模块上，同一时刻，仅有一个间隙传感器面对轨道接缝，面对轨道接缝的那个间隙传感器会输出其最大信号值。

通过对悬浮系统中悬浮间隙传感器实验数据的检验，得出当没有轨道接缝时，每个单点悬浮子系统对应的两个间隙传感器输出的间隙信号应该是相同的，考虑到电磁铁的变形和俯仰运动，两个间隙传感器之间可能存在微小的差异，选择此差异的最大值2毫米作为差异阈值。采用间隙信号选择算法得到两个间隙传感器的综合间隙信号作为单点悬浮子系统的悬浮间隙信号，即当两个间隙传感器的信号差值小于差异阈值时，取两者的平均值作为悬浮间隙信号，表示没有间隙传感器通过轨道接缝；当两个间隙传感器的差值大于差异阈值时，取两者数值较小的作为悬浮间隙信号，表示出现一个间隙传感器通过轨道接缝。

因此，在系统正常的情况下通过轨道接缝不会对悬浮系统产生影响，即任一时刻，每个单点悬浮子系统里总有一个间隙传感器可以反馈悬浮间隙信号。但是，当单点悬浮子系统中一个间隙传感器在通过轨道接缝，另一个间隙传感器出现故障，比如其输出值卡死在最大信号值时，此时采用间隙信号选择算法就无法得到两个间隙信号传感器正确的综合间隙信号，搭接结构的悬浮系统将无法应对轨道接缝带来的问题，磁浮列车将出现无法正常平稳通过轨道接缝的情况，给磁浮列车的运行带来安全隐患。

发明内容

为解决上述技术问题中的至少之一，本发明提出一种搭接结构磁浮列车单间隙传感器故障的间隙信号重构方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种搭接结构磁浮列车单间隙传感器故障的间隙信号重构方法，包括以下步骤：

S1，检测并获取搭接结构中单点悬浮子系统的两个间隙传感器状态信息，当两个间隙传感器处于正常工作状态时，进入步骤S4，当一个间隙传感器为故障状态时，进入步骤S2，当两个间隙传感器均处于故障状态时，则流程结束；

S2，检测单点悬浮子系统是否通过轨道接缝，若单点悬浮子系统通过轨道接缝，进入步骤S3，反之则进入步骤S4；

S3，利用搭接结构的加速度信号二重积分等于位移增量的关系对故障状态间隙传感器的间隙信号进行重构后进入步骤S5；

S4，采用间隙信号选择算法获得单点悬浮子系统中两个间隙传感器的综合间隙信号；

S5，将重构后的间隙信号或综合间隙信号作为该单点悬浮子系统的悬浮间隙信号。

作为进一步的改进，所述S2步骤中，单点悬浮子系统是否通过轨道接缝，是通过检测单点悬浮子系统中正常状态的单间隙传感器是否输出最大值间隙信号获得。

作为进一步的改进，在S3步骤中，所述利用加速度信号二重积分等于位移增量的关系对间隙信号进行重构，重构后的间隙信号为：

其中，a(t)是搭接结构的加速度信号，

作为进一步的改进，所述加速度信号存在测量偏差时，对重构后的间隙信号进行二次重构，得到重构后的间隙信号为：

其中，a

作为进一步的改进，当加速度信号存在正偏差时，利用搭接结构中单点悬浮子系统的电流信号差值对重构后的间隙信号进行修正，修正后的间隙信号为：

其中，k

作为进一步的改进，所述的S1步骤中，通过基于状态观测器的故障诊断方法或者间隙传感器的自检测结果获取间隙传感器的故障状态信息。

作为进一步的改进，所述的S4步骤中，间隙信号选择算法为：

其中，S

本发明提供的一种搭接结构磁浮列车单间隙传感器故障的间隙信号重构方法，包括步骤：S1，检测并获取搭接结构中单点悬浮子系统的两个间隙传感器状态信息，当两个间隙传感器处于正常工作状态时，进入步骤S4，当一个间隙传感器为故障状态时，进入步骤S2，当两个间隙传感器均处于故障状态时，则流程结束；S2，检测单点悬浮子系统是否通过轨道接缝，若单点悬浮子系统通过轨道接缝，进入步骤S3，反之则进入步骤S4；S3，利用搭接结构的加速度信号二重积分等于位移增量的关系对故障状态间隙传感器的间隙信号进行重构后进入步骤S5；S4，采用间隙信号选择算法获得单点悬浮子系统中两个间隙传感器的综合间隙信号；S5，将重构后的间隙信号或综合间隙信号作为该单点悬浮子系统的悬浮间隙信号。本发明在单点悬浮子系统通过轨道接缝，其中一个间隙传感器出现故障时，通过对故障状态间隙传感器的间隙信号进行重构，并将重构后的间隙信号作为该单点悬浮子系统的悬浮间隙信号，使悬浮系统单点悬浮子系统的单个间隙传感器在故障状态时，悬浮列车仍能平稳顺畅的通过轨道接缝，保障悬浮列车的安全行驶。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为本发明的流程图；

图2a为搭接结构内两个单点悬浮子系统的悬浮间隙信号曲线图；

图2b为单间隙传感器故障且通过轨道接缝时搭接结构内两个单点悬浮子系统的综合间隙信号曲线图；

图2c为单点悬浮子系统内单间隙传感器故障且通过轨道接缝时两个电流传感器的信号曲线图；

图3a为本发明重构间隙信号后搭接结构内两个单点悬浮子系统的悬浮间隙信号曲线图；

图3b为本发明重构间隙信号后单点悬浮子系统的两个间隙传感器的间隙信号曲线图；

图3c为本发明重构间隙信号后单点悬浮子系统的两个电流传感器的信号曲线图；

图3d为本发明重构后故障状态间隙传感器的间隙信号曲线图；

图4a为本发明修正间隙信号后搭接结构内两个单点悬浮子系统的悬浮间隙信号曲线图；

图4b为本发明修正间隙信号后单点悬浮子系统的两个间隙传感器的间隙信号曲线图；

图4c为本发明修正间隙信号后单点悬浮子系统的两个电流传感器的信号曲线图；

图4d为本发明修正后故障状态间隙传感器的间隙信号曲线图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

结合图1所示，本发明实施例提供一种搭接结构磁浮列车单间隙传感器故障的间隙信号重构方法，包括以下步骤：

S1，通过基于状态观测器的故障诊断方法或者间隙传感器的自检测结果检测并获取搭接结构中单点悬浮子系统的两个间隙传感器状态信息，当两个间隙传感器处于正常工作状态时，进入步骤S4，当一个间隙传感器为故障状态时，进入步骤S2，当两个间隙传感器均处于故障状态时，则流程结束。本实施例通过间隙传感器的自检测结果检测到单点悬浮子系统的单间隙传感器为故障状态并输出最大间隙信号20毫米；

S2，通过检测单点悬浮子系统中正常状态的单间隙传感器是否输出最大值间隙信号获得单点悬浮子系统是否通过轨道接缝，若单点悬浮子系统通过轨道接缝，进入步骤S3，反之则进入步骤S4。本实施例正常状态的单间隙传感器输出间隙信号20毫米，表示单点悬浮子系统通过轨道接缝；

S3，利用搭接结构的加速度信号二重积分等于位移增量的关系对故障状态间隙传感器的间隙信号进行重构后进入步骤S5。本实施例重构后故障状态间隙传感器的间隙信号为：

其中，a(t)是搭接结构的加速度信号，

S4，采用间隙信号选择算法获得单点悬浮子系统中两个间隙传感器的综合间隙信号；

S5，将重构后的间隙信号或综合间隙信号作为该单点悬浮子系统的悬浮间隙信号。本实施例将S3步骤重构后故障状态间隙传感器的间隙信号作为该单点悬浮子系统的悬浮间隙信号，使悬浮列车平稳顺畅的通过轨道接缝，保障悬浮列车的安全行驶。

作为进一步优选的实施方式，搭接结构内，加速度传感器测量的加速度信号存在误差时，对重构后的间隙信号进行二次重构，得到重构后的间隙信号为：

其中，a

作为进一步优选的实施方式，单点悬浮子系统中电流与悬浮间隙密切相关，大电流使悬浮间隙减小，小电流使悬浮间隙增大。如果加速度信号存在正误差，则加速度信号的二重积分大于实际悬浮间隙，产生大于所需的输出电压，以减小悬浮间隙。为了进行补偿，利用搭接结构中单点悬浮子系统的电流信号差值对重构后的间隙信号进行修正，修正后的间隙信号为：

其中，k

作为进一步优选的实施方式，通过间隙信号选择算法获得单点悬浮子系统中两个间隙传感器的综合间隙信号为：

其中，S

通过仿真说明单间隙传感器故障对于磁浮列车通过轨道接缝的影响，首先，设搭接结构中两个单点悬浮子系统分别为左侧单点悬浮子系统和右侧单点悬浮子系统，如图2a所示，仿真开始前，搭接结构中两个单点悬浮子系统的悬浮间隙稳定在间隙值12毫米处，分别为悬浮间隙1和悬浮间隙2。然后设左侧单点悬浮子系统中单间隙传感器故障发生从10秒开始，此时采用间隙信号选择算法得到左侧单点悬浮子系统中两个间隙传感器信号的综合间隙信号等于正常工作的间隙传感器信号。

仿真开始，为了模拟单点悬浮子系统的单间隙传感器故障和出现轨道接缝，从10秒开始，左侧单点悬浮子系统间隙传感器1的间隙信号1设置为20毫米，表示左侧单点悬浮子系统的间隙传感器1过轨道接道，并在另一个间隙传感器2的间隙信号2中添加一个幅值为20毫米、持续时间为0.015秒的脉冲(相当于列车以20千米/时的速度移动)，表示左侧左侧单点悬浮子系统的间隙传感器2为故障状态。

如图2b所示，由于左侧单点悬浮子系统通过轨道接缝且出现间隙传感器2故障，因为搭接结构内两个单点悬浮子系统相互影响，右侧单点悬浮子系统的综合间隙信号受影响减小了约4毫米。原因是左侧单点悬浮子系统的悬浮间隙信号出现了向上的脉冲，该脉冲会误导左侧单点悬浮子系统的控制器认为电磁铁在下降，如图2c所示，左侧单点悬浮子系统内会施加较大的输出电压并产生较大的电流，从而使得电磁铁向上移动，而混合电磁铁中永磁体吸力则会加剧这种向上运动的趋势。

通过仿真对本发明重构间隙信号的优越性进行验证，可以看出如图3d所示重构后的左侧间隙传感器2的间隙信号波动幅度相比图2b所示在减小，如图3a所示搭接结构中两个单点悬浮子系统的悬浮间隙波动幅度最大为0.9毫米，如图3b所示左侧单点悬浮子系统中间隙传感器2重构后的间隙信号2波动幅度约为0.9毫米，如图3c所示左侧单点悬浮子系统中两个电流传感器的信号波动幅度也在减小。图3d中还存在波动的原因是由于搭接结构加速度信号存在测量偏差的双重积分使得重构后的间隙信号与真实间隙信号存在偏差。可以看出在随后的动态响应中该波动振幅正在迅速减小，并最终恢复到平衡值。

通过仿真对本发明修正间隙信号的优越性进行验证，如图4d所示对于修正后的左侧间隙传感器2的间隙信号波动幅度减小到0.8毫米，如图4a所示搭接结构中的两个单点悬浮子系统的悬浮间隙的波动幅度最大为0.2毫米，小于图3a所示，如图4b、图4c所示相应的波动幅度也在减小，修正后的间隙信号具有使悬浮系统更稳定的效果。

上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，不能理解为对本发明保护范围的限制。

总之，本发明虽然列举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本发明范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。