永磁電磁型低速磁懸浮車軌耦合振動抑制新方法

李曉龍 龍鑫林 翟明達(dá)

摘要： 針對永磁電磁混合磁浮列車靜浮實驗中遇到的車軌耦合振動問題，首先建立考慮軌道彈性的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，分析產(chǎn)生振動的原因，提出了通過設(shè)置非線性飽和環(huán)節(jié)、動態(tài)調(diào)整飽和閾值來抑制車軌耦合振動的新方法。系統(tǒng)在平衡點附近時通過調(diào)整飽和閾值來改變控制輸出的幅值特性，逐步消除引起共振的能量，從而達(dá)到抑制振動的目的，系統(tǒng)在偏離平衡點時，快速釋放飽和環(huán)節(jié)，進(jìn)而提升控制器的調(diào)節(jié)能力和抗干擾能力。

關(guān)鍵詞： 車軌耦合振動； 振動抑制； 永磁電磁混合型磁懸浮； 非線性飽和

中圖分類號： U211.5； TB535文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號： 10044523（2016）04064907

DOI：10.16385/j.cnki.issn.10044523.2016.04.012

引言

車軌共振問題一直是困擾磁懸浮列車技術(shù)繼續(xù)向前發(fā)展的重大問題，磁懸浮列車的車軌共振現(xiàn)象一直存在并且不可忽視。日本HSST04低速磁浮列車試驗過程中就曾因彈性軌道發(fā)生車軌共振現(xiàn)象[1]；德國TR04高速運行時也出現(xiàn)過車體結(jié)構(gòu)振動、鋼梁上車軌共振和車體擺動現(xiàn)象[2]；美國AMT磁浮列車在Old Dominion University試驗過程中也出現(xiàn)了劇烈的車軌共振[3]；上海TR08系統(tǒng)為避免軌道振動現(xiàn)象，采用了增加軌道阻尼、限制車輛在鋼梁軌道的靜浮時間、限制車輛通過道岔的最低速度（最低20 km/h）等一系列措施[4]。彭曉軍[5]通過設(shè)計陷波濾波器來解決車軌耦合振動問題，但也只是針對固定頻率來設(shè)計濾波器，不能適應(yīng)各種軌道模態(tài)。張志洲[6]設(shè)計了全程快速間隙微分器來抑制磁浮列車的車軌耦合振動，在庫內(nèi)鋼梁上取得了較好的效果；但是磁浮列車在庫外懸臂梁上靜止懸浮或低速運行時，懸浮穩(wěn)定性受到影響。本文以現(xiàn)有的PEMS型磁懸浮單轉(zhuǎn)向架單點系統(tǒng)以及軌道為研究對象，提出新的抑制磁浮列車車軌共振的方法，適用于軌道上任何位置，并保證懸浮穩(wěn)定性不受到影響。

1混合懸浮系統(tǒng)建模分析

圖1所示為考慮彈性軌道的單點混合懸浮控制系統(tǒng)的示意圖。實際中，空氣彈簧以上的負(fù)載在軌道上面，是壓縮彈簧的，這里為了方便分析，將負(fù)載和空氣彈簧畫在下面。圖中zcgq為混合磁鐵垂向位移；x為水平方向相對軌道左端的距離；zG為軌道垂向位移；lG為梁的跨度；m1為單點磁鐵質(zhì)量；m2為負(fù)載質(zhì)量；Sair為磁鐵和軌道之間所夾氣隙的面積。

Abstract： Tracks coupling vibration in PEMS may occur in static suspension test. In this paper， the model of PEMS considering elastic track is established firstly， and the causes of tracks coupling vibration are analyzed in detail. A new method of suppressing tracks coupling vibration is put forward by setting up nonlinear saturation and adjusting the saturation threshold dynamically. The nonlinear saturation with adjustable threshold is applied to vary the output amplitude characteristic near the equilibrium point of the system， and the energy that causes resonance is gradually eliminated to achieve the purpose of restraining tracks coupling vibration. When the system deviates from the equilibrium point， the saturation is quickly released to avoid the impact for the regulating ability and antiinterference ability of the controller.

Key words： tracks coupling vibration； vibration suppression； PEMS low speed maglev train； nonlinearity saturation