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磁悬浮列车是依托电磁吸力或电动斥力将列车车厢托起悬浮于空中并进行导向,完结列车与地上轨迹间的无、无噪声、能耗低、不受任何速度限制、安全可靠等长处。而电磁永磁混合悬浮体系可凭借永磁体来发生大部分的悬浮力,然后可以削减悬浮体系的功耗,明显下降悬浮电源的容量,而且悬浮气隙可以恰当添加,使得整个体系愈加安全,轨迹梁的造价也将下降。
传统的数字操控器大多选用较高档的单片机来完结杂乱的核算和操控,但实时性变差,难以得到较好的动态功用。选用DSP操控,既可以确保核算和操控的实时性,又能充分发挥数字操控的许多长处。
其间,为悬浮质量,为电磁力,为外部干扰力,和分别为电磁铁电压和电流,为电磁铁线圈匝数,为线圈电阻,为有用磁面积,为等效气隙,为实践悬浮气隙,为真空磁导率,为铁心磁导率,为磁路在铁心和轨迹中的总长度,为永磁体的剩下矫顽力,为永磁体的剩磁,为永磁体的厚度。
式(1)~(3)所得方程为非线性方程,难以准确求出方程解,若对方程进行平衡点邻近线性化处理,可得:
其间,和分别为电磁铁电压和电流相对平衡点的增量;表明气隙改动单位值时,磁力的改动值;表明线圈电流改动单位值时,磁力的改动值;表明混合磁铁在平衡点处的电感。
要完结混合悬浮体系的安稳悬浮,有必要依据电磁铁的各种状况对电磁铁的电流进行调度,实践上这是通过改动电磁铁的输入电压来完结的。混合悬浮体系的操控框图如图2所示。
对悬浮操控的最基本要求是操控体系要具有快速呼应、动态进程平稳、抗干扰好的功用特色,其间抗干扰性尤为重要。操控体系的完结可以悉数选用模仿电路,也可以选用以数字电子核算机为中心的数字电路。模仿电路运算速度快,实时性好,但操控精度低、受外界环境影响大,且不易完结杂乱的操控算法,调试困难。
DSP器材是一种特别适用于数字信号处理运算的微处理器,以DSP器材为中心的操控体系具有十分快的数据处理才能和杰出的扩展才能,克服了模仿操控器和以单片机为中心的数字操控器的缺点。本规划选用数字操控技能,操控电路的硬件包括:输人信号的调度,信号、开关量的量化与收集,操控运算主电路及其输出信号与其他器材信号之间的接口电路等。选用公司的最新产品TMS320LF240ADSP作为操控电路的中心核算电路,而且发生PWM波形输出。
悬浮操控要求反映动作快,为减小斩波器所具有的滞后性,要求所选用的斩波器具有较高的输出电流改动率且安全可靠。考虑到流过磁极的电流有两种相反的方向,因此悬浮磁极的驱动斩波器选用全桥斩波器——H型斩波器。其拓扑结构如图3所示,拟选用两电平调制,即开关T1和T3的开关信号相同而开关T2和T4的开关信号相同,为防止直流贯穿,T1(T3)的开关信号与T2(T4)的开关信号之间有恰当的死区。
前级处理电路其首要功用是完结传感器信号的扩大,与基准信号的比较,以及信号的转化,滤波。因为没有选用速度传感器,而通过软件办法取得的信号又不能令人满意,可规划对气隙信号进行微分处理的微分电路,如图4所示。
A/D转化电路完结采样坚持和A/D转化两种功用,它是在TMS320LF2407A微处理器操控下完结操作的。本文选用MAX125芯片完结这一部分功用。
D/A转化电路选用TI公司的高功用D/A转化器TLC7225,它片内包括四路8位电压输出数/模转化器(DAC),每个DAC都有别离的片内锁存器。数据通过一个公共的8位TTL/CMOS兼容(5V)输进口送入这些数据寄存器之一。
图6为悬浮体系慢浮起进程的示波器记载。混合悬浮体系初始机械气隙为0.02m,安稳悬浮机械气隙为0.015m。
与传统的纯电磁悬浮体系比较,电磁和永磁组成的混合悬浮体系在相同悬浮功率的情况下可完结大气隙悬浮,即可到达20mm左右的悬浮气隙,这可下降车载蓄电池容量和分量,下降列车的自重,添加有用载荷,因此可以下降轨迹精度要求,然后下降轨迹工程造价。该体系选用以TMS320LF2407A为中心的悬浮操控电路,具有十分快的数据处理才能,克服了模仿操控器和以单片机为中心的数字操控器的缺点。通过试验完结了体系的安稳悬浮,验证了规划的合理性。
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