[科普中国]-磁浮控制系统

磁浮控制系统又叫悬浮控制系统，它包括传感器、控制器、电磁铁等部分，其中控制器是整个悬浮控制系统的核心部分，它接收来自传感器的间隙、加速度以及电流等信号，根据控制算法生成控制信号从而使得电磁铁和轨道之间保持稳定的间隙。悬浮控制器是磁浮列车的核心部分，是决定磁浮列车性能的一个关键部件。

简介磁浮控制是磁浮列车的核心技术，其他子系统必须在稳定悬浮的基础上设计。磁浮控制系统必须在各种条件下保证系统的稳定悬浮，并具有较强的抗干扰能力。由于悬浮系统的复杂性和不确定性，悬浮控制也是磁浮系统的关键技术。

作用1、保证系统稳定悬浮。悬浮控制系统必须能够在各种条件下保证系统的稳定悬浮，送是磁浮列车技术最基本的要求。但是，EMS型磁浮列车的悬浮系统具有较强的非线性和不稳定性，系统必须施加主动控制才能实现稳定悬浮。1

2、具备较强的抗干扰能力。悬浮控制系统在工作过程中会受到悬浮磁场变化、电磁福射、电磁力的脉动、轨道的不规则变化、乘客数量引起的负载变化等干扰，悬浮控制系统必须能够对送些干扰具有良好的鲁棒性。2

3、保证列车具有较好的乘坐舒适性、较大的承载能力、较高的运行效率和可靠性以及较强的与周围环境的兼容性等。由于车轨共振、轨道坡道、弯道等因素，磁浮列车在运行时必须有效抑制轨道共振、较好地实现对坡道的有效跟踪，同时必须具有良好的承载能力和较高的运行效率。这样，磁浮列车才能在与轮轨、汽车等交通工具中脱颖而出。

控制方案分散控制对磁轮或悬浮架结构的悬浮系统做到模块间的机械解耦，将模块内部两组电磁铁等效为两个完全独立的单独电磁铁，形成分散控制。由于单个电磁铁是悬浮系统的最基本单元，所以大多数的控制算法都是基于单铁悬浮进行研究的。3

集中控制由于悬浮架同一模块的两个点解耦后仍存在较强的力耦合，模块一端的运动对另一端有影响，采用分散控制，无法提高控制性能。而集中控制就是在模块模型的基础上设计解耦算法，以削弱相互之间的运动影响，从而达到系统的稳定控制。

影响因素系统模型的影响悬浮控制系统是一个典型的非线性系统，通常的做法是系统在平衡点处线性化后，设计线性系统控制器。这就不可避免地使控制器的适用范围变窄，从而造成系统性能的降低。

信号噪声的影响在试验过程中可观察到输入信号中常常混入了高频杂波成分，这样在对相应信号进行处理时，高频杂波就淹没了有效信号，导致系统无法正常工作。这些噪声包括地线噪声、反射噪声以及串绕噪声等。

模数转换采样量化误差的影响数字控制系统涉及到模数转换的问题。无论所使用的A/D转换器的分辨率多高，由于采样时量化误差的存在，总要损失一部分有用信息，而送些有用的信息可能就是影响系统稳定性的因素。

车轨共振的影响磁浮列车系统由弹性支撑的轨道、悬浮电磁铁、直线感应电机、悬浮架等部件组成，轨道及梁的结构频率（即固有频率）对整车运行的性能具有重要的影响。当轨道的结构频率接近控制电磁铁的调节频率时，整个系统将产生共振，会影响系统的稳定性和乘坐的舒适性。

不足1、磁浮系统对线圈和电源系统的可靠性要求较高，耗电量较大。由于磁浮系统中的电磁为提供了悬浮和导向两种功能，因此提高电线圈和电源系统的可靠性很重要。

2、常导浮技术的悬浮高度较低，一般为8-10mm，因此对线路的平整度、路基下沉重量及机械式道岔结构提出的要求较高。

3、磁浮车辆长度较短，一般在15m左右，载客量不局，每节车辆定员约为100人左右，不能承担高运量和大运量的运营任务。4

本词条内容贡献者为:

尹维龙 - 副教授 - 哈尔滨工业大学