关键词：
低速磁悬浮（精选三篇）
低速磁悬浮 篇1
中低速磁悬浮列车是一种新近发展起来的轨道交通装备, 性能卓越, 适用于大中城市市内、近距离城市间、旅游景区的交通连接, 市场前景广阔。中低速磁悬浮列车与普通轮轨列车相比, 具有噪声低, 振动小, 线路敷设条件宽松、建造成本低, 易于实施, 易于维护等优点, 而且由于其牵引力不受轮轨间的粘着系数影响, 使其爬坡能力强, 转弯半径小, 是舒适、安全、快捷、环保的绿色轨道交通工具, 在各种交通方式中具有独特的优势。
中低速磁悬浮列车项目是唐车公司与北京控股磁悬浮技术发展有限公司、国防科学技术大学等共同开展的磁悬浮技术工程化应用研发项目, 被科技部列入国家“十一五”科技支撑计划。
据介绍, 该车采用铝合金车体、宽幅车身, 供电电压由直流750伏提高到直流1500伏, 爬坡能力达到70%。的水平, 更加适合在城市复杂线路运行, 并大幅降低了线路建设拆迁成本。 (科技日报)
我国科学家发明污水合成燃料技术
一种全新的生态能源——微生物碳捕获燃料“海逖富”目前已经完成实验室研发和中试, 即将进入产业化。
与传统的生物能源不同, 这种燃料并不消耗粮食, 而是用污水做原料。近期在北京召开的“食品安全与生态安全国际论坛”上, 国际生态安全合作组织总干事、“海逖富”微生物碳捕获燃料课题组负责人蒋明君博士向中外专家带来了这种高科技“污水燃料”。
据蒋明君博士介绍, 这种“污水燃料”是一种微生物生态能源, 称之为“海逖富”, 是混合城市生活污水、垃圾渗滤液、工业污水3种渗滤液, 通过添加特殊微生物群落, 发酵而成的一种有机液体燃料。
由污水转化成液体燃料, 必须通过“三关”:除臭、安全处理、提升燃烧热值。首先, 要除去污水的恶臭气味。“海逖富”原料的除臭工艺, 是采用自己研发的特殊除臭微生物群落, 能有效去除工业和城市污水的异臭气味。其次, 杀灭污水中的有害细菌, 也是采用自己研发的特殊的植物提取物质, 能对污水中各种有害菌体进行灭菌消毒, 同时添加特殊化学物质, 对污水中的重金属进行螯合固化处理, 以控制燃烧物的安全, 并能达到高度卫生, 没有任何有害菌体, 即使在燃烧时也不会产生有害气体的生态安全燃料。第三, 是助微生物菌种捕获阳光和空气中的二氧化碳, 并进行碳转化, 提升污水的燃烧热值。
顺利通过“三关”之后, 污水的燃烧性将不断得到提升, 此时可以通过调节反应物的反应条件和时间, 控制好燃料的安全稳定性能, 使污水衍变合成为具有安全可燃的有机液体。
据蒋明君博士介绍, “海逖富”的研发, 最初是泰国华侨邓楚柏在城市垃圾无害处理系统中, 发现了高浓度污水中的28种微生物群落具有可燃性, 由此得到联合国有关机构与国际生态安全科学院的支持。国际生态安全合作组织与国际易大环保科技公司在广东东莞成立了“微生物生态能源研究所”, 在蒋明君博士、江鹰博士和李世良总工程师的参与下, 通过多次测试, 使该项目在研发和理论研究方面取得了初步进展。
根据大量实验表明, “海逖富”适用于家庭、宾馆、饭店以及工业取暖等, 将来可用于发电及农机具和汽车等交通设施。
挪威前卫生部部长、PA国际基金会董事威纳·克里斯蒂高度评价了这项技术, 此类创新代表了新千年第一个世纪能源生产价值观在方法上的根本性转变。中国是世界上人口最多的国家, 也是世界上能源和食物消耗最多的国家, 在未来引领生物技术创新的非中国莫属, 中国将成为国际开拓者的摇篮。这项技术是环境技术方面的一个根本性转变, 不仅让我们消耗了引发环境问题的二氧化碳, 同时制造出绿色能源, 把恶性循环变成了良性循环, 同时促进经济发展。 (科技日报)
我国实现玉米秸秆整株机械回收
记者近期获悉, 鞍山市民营科技企业海虹工程机械有限公司成功破解秸秆整株回收这一玉米收获机领域世界性技术难题。此项技术目前已在该企业生产的我国首款全液压传动玉米收获机上投入应用。
海虹公司与吉林省农业机械研究院合作, 把穗、茎兼收型玉米收获机作为联合研发目标, 并把秸秆整株回收作为重要研发课题, 全力组织技术攻关。经过几年努力, 近期终于取得成功。其秸秆整株回收放铺技术, 属于国内首创。经过在辽宁、吉林实地收割试验, 各项指标均符合国家规定标准, 并居于国际先进水平。
目前, 该企业已经决定把此项技术应用到“海虹4YZL-4自走式立辊型玉米联合收获机”上, 同时赋予机具整株回收放铺、直接粉碎还田、切段回收青贮三种秸秆处理方式, 可供用户按需求自由选择。
业内专家评价, 该型机如大规模推广使用, 将对我国的秸秆深加工、畜牧、生产等产业的发展和玉米生产集约化、规模化局面的形成具有深远意义。 (广西科技信息网)
我国开发出二元复合结构生活污水
生物处理装备
近期从无锡市金鑫集团传出喜讯:由该集团与江南大学通过产学研合作历时两年连续攻关, 成功开发出二元复合结构的生活污水生物处理装备。据悉, 该项目运用多项技术集成, 突破了在分散居民生活污水处理上的关键技术, 打破了国外在此技术上的封锁和垄断。
据了解, 城乡分散居民生活污水处理, 一直是一个难题。运用厌氧原理进行污水处理, 功能菌生长缓慢, 但对生活污水中的各类人和动物有机排泄物处理达不到预期要求, 同时, 存在菌的生长期与系统使用期的不同步现象, 需不断定期增补处理菌, 不仅增加了运行成本, 还为管理维护带来了很大难度。
中低速磁悬浮悄然进京 篇2
相比当年上海高速磁悬浮项目上马时的喧嚣，北京磁悬浮S1线于2月底的开工，就显得相对低调。在次日的北京各大都市报上，这件事只是夹在一条关于“北京8条轨道交通新线开建”的消息中，被顺带提及。
而这一天，76岁的常文森已经等了30年。这位国防科技大学的老教授，自从转向磁悬浮研究之后，就再也没有评上过任何国家级的科技奖项，但他“已经不在乎了。最大的心愿，就是将钻研多年的成果用起来。”
与此同时，正在参加全国“两会”、比常文森小3岁的王梦恕，在听到这一消息后，依旧斩钉截铁地说出他曾对媒体说过很多次的那句话：“磁悬浮，就是个交通的大玩具！”
身为全国人大代表、中国工程院院士、中铁隧道集团有限公司副总工程师、北京交通大学教授，王梦恕的另一个标签便是——著名的磁悬浮反对者。
争论仍在继续，但磁悬浮已然随着北京S1线的开工，悄然前行。
“磁场强度小于电动剃须刀对人体的影响”
与从德国引进的上海高速磁悬浮不同，北京S1线采用的是由国防科技大学自主研发的中低速磁悬浮技术。常文森表示，这意味着中国将继日本之后，成为世界上第二个掌握中低速磁悬浮技术的国家。
但居住在S1线附近的居民们并不为此感到高兴。
早在2010年5月S1线进行第一次环评公示的时候，家住附近的北京市民高洁就曾表示，磁悬浮线路距离他所居住的小区只有二十几米，距离太近，“最好修传统的地铁，一定要修磁悬浮的话也要走地下”。
由于担心电磁辐射影响身体健康以及带来噪音问题，当时S1线附近两个小区的业主发起了反对S1线采用磁悬浮技术的签名活动，并将签名信寄给了中国铁道科学研究院和北京市相关部门。
7天后，铁科院公布了更新后的方案，增加了S1线的地下长度，减少了受影响的居住区。
对于沿线附近居民们的担心，常文森认为，“电磁辐射就是个伪命题”。据他介绍，S1线中低速磁悬浮列车是采用吸力型电磁悬浮技术。在悬浮时，轨道与列车底部的电磁铁之间形成一个异性相吸的封闭磁场。在这个磁场外面，几乎是没有辐射的。根据2009年中科院电工所的检测，中低速磁悬浮列车的直流磁场强度小于正常看电视时对人体的影响，交流磁场强度小于使用电动剃须刀时对人体的影响。
至于噪声，在10米外，轻轨的噪声是94分贝，而磁悬浮列车只有64分贝。
北京控股磁悬浮技术发展有限公司（以下简称北控磁浮）董事长刘志明也强调，中低速磁悬浮的最大优点就是辐射小、噪音低。
实际上，这样的争议，几乎是3年前甚至是更早之前的一幕的重演。
京沪高铁于2007年12月开建，在动工前，也曾因究竟是用轮轨还是磁悬浮技术而争论了5年之久。同年，上海市还决定，要在浦东机场磁悬浮线基础上，再建设一条从浦东龙阳路站通往虹桥机场的磁悬浮线路。消息一出，上海舆论一片哗然，尤其是遭到沿线居民的强烈抗议，不少居民甚至为此频频上访。
于是，2008年，王梦恕就在“两会”期间递交了一个反对磁悬浮的提案，引起媒体的广泛报道。后来，他还总结出磁悬浮的“八大缺点”，写了一篇名为《京沪高速铁路不采用磁悬浮技术体现了科学发展观》的文章，发表在《轨道交通》杂志上。
他的看法，此后便一直被磁悬浮的反对者们当做来自权威专家的理论支持。
王梦恕指出，磁悬浮列车的轨道上铺设有交流线圈（即电磁铁）。在通电时，不仅列车会有辐射，轨道上也会产生电磁辐射。此外，由于国内并没有关于电磁辐射的安全标准，他也并不认同这些检测。
对此，常文森解释说，高速磁悬浮列车的速度可达400公里以上，而S1线的最高速度只有100公里。速度的不同，就引起技术上的差异，因此，对于高速磁悬浮技术的一些争议，在中低速磁悬浮这个领域并不存在。
“高速磁悬浮的轨道上确实有线圈，但低速磁悬浮由于速度低，电磁铁只分布在列车上，轨道上只有导电铝板，因此，轨道上是不存在电磁辐射的。”常文森如是说。
至于高速磁悬浮的轨道辐射，此前上海市环保局发言人也曾对媒体表示，在列车运行的前面约1公里处，交流线圈才开始通电产生磁场。而列车过去之后，电就被切断。
王梦恕还指出，德国磁悬浮列车的预留防护带都是在300米至500米的范围，而上海和北京的磁悬浮线路，都不符合这个标准。
常文森明确表示，“这个说法是完全没有根据的，”德国对高速磁悬浮并没有这样的明文规定。国际上，磁悬浮线路的两侧防护带范围，一般参照高速铁路的修建规范，即只需在沿线两边各保留25米的距离。
“国外对磁悬浮项目的争议，从来也都不是因为电磁辐射的原因。”他指出。
“黑天鹅”落地费周折
10年前，北控磁浮有限公司董事局主席衣锡群曾充满诗意地将中低速磁悬浮比作“黑天鹅”，而今天的刘志明则反复强调一句话，“S1线就是一条示范运行线路，离真正的商业化还有很长路要走。”
因为10年间，北控磁浮与常文森，为中低速磁悬浮找到“婆家”，历经几番波折。
常文森是中国最早一批研究磁悬浮技术的专家。上世纪80年代，常文森在一次去日本出差时看到磁悬浮列车，在询问技术问题时，对方却守口如瓶。长期从事导弹姿态控制研究的他，发现磁悬浮列车的技术与自己的老本行有相通之处，便开始转向了磁悬浮领域。
“八五”“九五”期间，磁悬浮被列入国家科技攻关计划，国防科大与西南交通大学、铁科院和中科院电工研究所等机构开始了对中低速磁浮技术的研究。
到了上世纪90年代后期，由于项目青黄不接，常文森的研究一度陷入停滞。而此时，北京八达岭长城旅游示范线被提上议事日程。从景区到停车场，有两公里多，当时的北控公司看好磁悬浮技术，于是，他们找到了常文森。
当时，他们完成了前期的所有准备工作，并已将项目上报到国家计委。刘志明解释说，由于一些“外部的而非技术上的原因，导致项目搁浅。”
实际上，中低速磁悬浮项目的几次搁浅，都是由于各种外部因素，而非技术上的不成熟。比如，2005年，北控磁浮找到昆明世博园。双方达成协议，从世博园入口延伸到景区内两公里，建设一条中低速磁悬浮观光线路。“尽管当时云南方面的领导态度很积极，但最终仍未被采纳。”
2008年，北控磁浮在唐山修建了一条长1.547公里的工程化试验示范线，时速为百余公里。国务院总理温家宝、国务委员刘延东、北京市副市长黄卫等人都曾前往考察。
兜兜转转，中低速磁悬浮最终落在了北京S1线上。
“交通大玩具”玩得起吗?
一位S1线附近的居民曾表示，磁悬浮技术发展数十年了，国外都多做展示，基本不应用，我们为什么要应用呢？他的疑问，代表了很多人的想法，但并非没有解释。
常文森介绍说，德国的铁路网非常发达，境内每隔20公里左右就有一条铁路线。即便如此，铁路的运输量，也只占全国货运量的13%，客运量的7%。而美国城市之间的交通主要是“航空+高速公路”模式。自上世纪六七十年代开始，美国的铁路一直处于萎缩状态。鉴于西方发达国家已经形成了较完善的交通网络，磁悬浮的发展空间不是很大。
而对于中国来说，刘志明认为，由于目前众多城市都在积极发展城市轨道交通，中低速磁悬浮有着诱人的发展前景。
“中低速磁悬浮列车爬坡能力强，转弯半径小，再加上噪音低、辐射小，所以在寸土寸金的城市里，要比轻轨节省更多的土地，修建成本也比地铁低。”
但王梦恕认为，虽然根据资料来看，中低速磁悬浮造价低于高速磁悬浮，但仍然是造价不菲的。他以机场快轨为例作比较，机场快轨用的是一种介乎轮轨与磁悬浮之间的技术。目前25元的票价已经是最低限度，再低就无法收回成本。“中低速磁悬浮造价肯定要高于机场快轨，票价不可能更低。”王梦恕说，磁悬浮列车运营时耗电量大，因此需要更高的运营成本。
常文森坦承，将用于S1线的中低速磁悬浮列车，用电量要比普通轮轨高出16%。这一点，将是他们今后继续攻关的目标。
至于高速磁悬浮，他认为，由于轨道不能与铁路兼容，因此，在城际交通领域，面对已有的强劲竞争对手——高铁，可能占不到多少优势。但是，从节能方面来考量，高铁也未必就比磁悬浮做得更好。“磁悬浮列车没有轮子，所以没有磨损，也就大大的节省维修和监管的成本，整体上，还是要比轮轨列车经济。”
王梦恕则透露说，为保证高铁的安全，每天夜里12点至4点，武广高铁上都会先行驶一辆空车来检测轨道。
不过，真正值得担心的则是，磁悬浮列车的载客量能否经受得住北京庞大客流量的挑战。运量的灵活性差，不能适应早晚高峰的人流量，也被王梦恕列为磁悬浮八大缺点之一。对此，常文森说，因为列车是靠磁力悬浮起来，所以承载能力毕竟有限。目前的载客量是每小时3万人，“相当于轻轨的中等运量，还达不到地铁的标准。”
低速磁悬浮 篇3
对于中低速磁浮列车来说,首先必须要实现稳定悬浮,悬浮系统是磁浮列车的核心子系统。除了悬浮系统的稳定性,悬浮系统的平稳性也对磁浮列车的运营和舒适性具有很大的影响。
在悬浮系统中,系统的稳定和平稳除了受到悬浮控制方法[1,2]、轨道的平顺度[3,4]以及车辆扰动[3,4]等因素的影响,还受到检测信号信噪比的影响。悬浮系统要实现稳定控制,并且有比较好的悬浮效果,必须充分抑制传感器信号的噪声,提高有效信号的比例。首先在悬浮系统中不能对信号进行过多的滤波处理。电磁吸力悬浮控制系统是一种不稳定的系统,必须通过实时的闭环反馈控制才能使系统保持稳定。由于系统实时性的要求,信号不仅要信噪比高,还需要延时小,所以在信号处理过程中不能对信号做过多的平滑滤波处理,因为滤波往往会带来信号的延时,使得系统性能变差甚至不稳定。此外,在反馈控制中必须要使用气隙信号的微分量作为系统的反馈,以提供系统所必需的阻尼参数,信号噪声会大大抑制微分反馈的使用。在微分过程中,微弱的噪声信号会被放大,由于滤波被限制使用,这使得微分反馈所提供的阻尼受到限制。最后来自传感器信号的噪声也会通过闭环系统引起控制输出中含有不必要的扰动,这种扰动会使系统的平稳和舒适性受到影响。当噪声信号严重时甚至会引起车轨共振以及失稳等严重问题。对于磁浮列车悬浮系统来说,噪声信号小、信噪比大的“干净”信号是必要而且必须的。
悬浮系统通常有悬浮控制电路、气隙和加速度传感器、悬浮电磁铁以及悬浮控制主电路构成,其中控制电路和传感器是弱电系统,电磁铁、主电路是强电系统。悬浮系统组成和信号流程如图1所示。悬浮系统通过气隙和加速度传感器检测电磁铁的悬浮气隙和加速度信号,信号通过传输线缆到达控制电路,控制电路对信号进行采样和控制算法处理,输出PWM信号控制主电路的开通和关断,调节电磁铁电流,使得系统可以稳定在固定的悬浮气隙值上。
在信号传输的过程中,首先由于传感器直接安装在与悬浮控制器位置比较远的电磁铁上,电磁铁不仅是强磁场,而且还不断调节变化,磁场会对传感器原始信号产生电磁扰动。传感器输出信号经过3~5 m左右的传输线缆到达控制器。传输线缆距离长,且非常靠近悬浮电磁铁和直线电机,所处的电磁环境非常差,非常容易受到干扰。最后,悬浮控制电路与悬浮主电路同时安装在悬浮控制器内,两者空间距离比较接近,而且电源相同,容易产生信号耦合和开关干扰,增加信号噪声。
针对这些系统问题,论文提出系统设计方案,对主电路进行模块化设计,强弱电分隔;长距离传输采用4~20 m A信号传输机制;对信号采用同步采样,避免主电路开关噪声;增加参考信号,通过信号处理算法消除传感信号中的同源噪声;采用分布电源系统,提高电源性能,避免信号通过电源耦合噪声;设计系统接地,使得信号传输过程中,可以等地电位。此外,还有采用多层板设计、双绞屏蔽线缆等具体的方法。
2 主电路的电磁兼容设计
悬浮控制器输入电压范围为DC 210~360 V,额定电压330 V,输出电流为0~100 A,额定输出30 A,其主电路的结构形式如图2所示。为了避免强电系统干扰弱电系统,在设计中采用大支撑电容缓冲、直流母排、强弱电隔离处理等方法。主电路采用模块化组装,由开关器件和散热模块、驱动控制及电压电流采样模块、支撑电容及母排模块和充放电控制模块4部分组成。
开关器件采用1 200 V,200 A英飞凌IGBT模块FF200R12KT4,散热器采用亚泰SRX-YLL型散热器。散热器上安装热继电器和热电阻器件,对IGBT的温度进行监控。直流母排采用如图3所示的一种层压结构,借鉴多层板制作工艺,两层铜板之间采用一种聚酰亚胺材料,材料在高温高压下进行处理,高温中绝缘材料会融化,保证铜板之间的绝缘和小距离。层间的小距离可以减小母排的电感同时增加层间电容。散热器处在机箱的左上角,在空间上远离控制电路,母排将开关器件包围,对主电路部分产生屏蔽作用,IGBT的吸收电容直接连接在母排上[5]。
驱动控制模块采用三菱公司M57962模块,电路采用4层板设计,电压采样电路与驱动模块处于同一电路板。
3 信号传输处理机制
3.1 电流环信号传输机制
悬浮系统中,由于悬浮系统性能和车辆舒适性的要求,传感器输入到控制器的检测信号要具有很大的信噪比。在实际中,传感器与控制器距离远,信号不仅会产生衰减,还会在传输过程中受到干扰,选择合适的传输协议和方法可以提高信号的信噪比,减小长线带来的衰减。目前德国高速列车采用数字485数字传输协议[6],青城山中低速磁浮列车采用模拟电压信号传输。在数字传输方法中,传感器信号的精度和延时会受到限制,文献[6]中讨论了这种传输协议中的编码方法;相对于数字信号,模拟信号延时小而且精度高,容错性好,不会产生数字传输中某位出错导致这个信号出错的“误码”问题;但模拟信号的抗干扰性能差,信号在传输中容易受到干扰而产生噪声。图4描述了数字信号传输过程的信号流程。对数字传输来说,由于悬浮控制器采样时刻与数字传输信号无法满足同步的要求,所以输出的数字信号需要通过数模和模数转换之后进入控制器,在整个过程中需要经过多次数模和模数转换,系统复杂,容易引入干扰。青城山磁浮列车系统采用模拟电压信号传输,由于电压信号抗扰能力比较弱,信号干扰严重;线缆过长时信号衰减严重,线缆超过3 m信号衰减在20%以上。论文设计悬浮系统中采用模拟电流信号作为传输方法,采用4~20 m A电流环协议,它的信号流程如图5所示。电流环方法比电压信号的抗干扰能力更强,同时避免了数字信号采样中的延时、精度以及后续处理的多次模数转换问题,同时提供比数字信号更多的信息。需要指出的是数字传输的优势在于,在传输过程中白噪声信号影响比较小。
3.2 信号的避噪控制
根据实际信号波形,主开关器件开通会在传感器信号中产生一个有色噪声,噪声幅值在1~2V,时长大约在3~5μs。由于噪声发生时刻处于主器件开通时刻,所以对AD采样时间进行控制,彩样信号避噪波形如图6所示。主器件开通时刻后5.4μs对AD器件进行采样控制,在13.5μs AD器件完成采样,控制芯片对采样结果进行读取。在此期间,开关管不动作,保证采样过程中不会产生主器件开通造成的噪声。
3.3 基准信号消噪
对于信号来说,存在某些因为电源波动造成的噪声以及白噪声等扰动,为了克服这种扰动,设计与传感器信号同源同路传输的基准信号,通过基准信号,采用一定的算法,消除这种噪声。图7给出了实际中采样的基准信号消噪波形,通过比较相减,可以消除某些同源的噪声,传感器信号与基准信号相当于一对差分信号。
4 电源及接地设计
4.1 分布电源设计
在原有悬浮控制设备中,电源的种类比较多,主要有:1)功率电源,来自车载电网的DC 330V;2)车载控制电源,来自车载控制系统为DC 110V;3)设备内部控制电源,主要由2个开关电源提供给悬浮控制设备自身使用:(1)DC 24 V电源模块,主要用于接触器控制、风机以及驱动单元的电源系统,属于功率电源,提供能量,对电源的品质要求不高;(2)±15 V以及5 V电源模块,主要用于模拟和数字控制电路电源,电源的品质要求比较高,在某些地方需要对电源进行再次变换,比如对传感器信号的处理电路中,采用三端稳压器件对±15 V电源变换稳压提高性能后再使用。此外还有对5 V电源进行变换以提供3.3 V和1.8V电源供DSP,FPGA等低压数字器件使用。悬浮设备电源系统原理图如图8所示。
在悬浮控制系统中,控制电源的种类比较多,而且性能要求比较高,尤其是±15 V以及5 V电源模块,同时在实际设计中电源模块往往和负载之间有一定的传输距离,性能不能完全保证,所以需要对整个电源系统进行优化设计,采用分布式电源设计,对于控制电路板提供24 V电源,电路板所需要的电源由电路板自身进行DC/DC隔离变换,变换后的±15 V,±12 V和5 V,3.3 V,1.8 V等通过背板的地层共地,板间传递信号采用类似差分形式的信号—地的双线传输。新电源分布原理图如图9所示。
在这种新设计中,由于处理信号的电源仅地电位公共,这样可以有效地避免通过电源耦合的信号噪声,同时电源距离负载比较近,传输线路对于电源性能的影响也会比较小;系统电源模块仅需要24 V功率模块,而且对于24 V模块的纹波等性能要求并不高,24 V模块实际是一种能量输出环节,系统可以简化。但设计中在每个控制电路板上需要增加小的电源模块,需要对电路板进行功能上的优化,减少电路板上的电源种类。
4.2 接地设计
在电源系统中,对于地电位的处理也比较重要[7],尤其是传感器信号传输距离比较远,传感器的“地”与悬浮控制设备的“地”之间会有电压差值,两者通过接地设计减小两个“地”之间的地电阻,提高传输信号的信噪比。在设计中首先将控制器的模拟电源地与机壳相接,机壳与车体相接,传感器的电源地也与传感器机壳相接,传感器的机壳与悬浮电磁铁和转向架相接。理论上来说,两者的“地”可以通过转向架与车体的机械机构连接,但在磁浮列车系统中,转向架与车体是通过空气弹簧连接,而且两者之间会有相对运动,造成两者的接触电阻不稳定,两个“地”不能可靠连接,必须增加接地线,保证连接可靠并且连接电阻足够小。通过实验,接地线缆在2.5 mm2以上时,传感器的“地”与悬浮控制设备的“地”之间差值小,信噪比高。
5 其他设计
为了减小噪声,提高信号的信噪比,还采用其他的一些措施,比如多层电路板、双绞屏蔽线缆、抗干扰能力强的芯片等。采用多层电路板,在布线中增加电源层和地层,减小地电阻,以及传输线阻抗,信号采用双线相对电压传输,铜线按照差分信号布置等可以大大提高信号的信噪比,避免噪声。双绞屏蔽线缆对于传感器信号的传输很重要,在设计中使用双线传输信号,线缆绞接,差分信号传输,实践中不采用绞接线缆悬浮效果会严重变差。抗干扰能力强的芯片也是设计中提高信噪比的一种手段,主要是运放和AD采样器件,在设计中经过反复试验,运放采用AD822,AD器件采用MAX1312器件,两种器件在系统中表现出比较好的抗噪能力。
6 悬浮控制系统的总体性能
通过上述手段,悬浮控制器的噪声被大大的限制,图10是静态悬浮时AD采样经过消噪的实际悬浮气隙传感器波形。在静态未悬浮时,对参考电压的12位AD采样的波动不大于2 bit。在静态悬浮时,悬浮气隙传感器信号波动小于4 bi(折合0.08 mm)。
实验说明,文中所设计采用的综合方法对于提高悬浮系统的信噪比,提高悬浮性能、悬浮稳定性是非常有效的。
7 结论
本文研究了抑制中低速磁浮列车悬浮系统信号噪声的方法,设计了多种手段来提高信噪比。论文通过主电路的模块化设计、直流母排的设计、信号传输机制的设计、信号采样避噪和消噪的设计、分布电源的设计、接地设计以及多层板、双绞线和选择性能好的芯片等多种方法实现了对悬浮控制系统信号噪声的有效抑制,提高了悬浮控制的性能。
悬浮控制系统自身的性能依赖于传感器的性能、信号传输的低噪快速以及控制器的性能。在信号传输的低噪快速方面,需要进行系统的综合设计和考虑,不能仅仅依靠某几种手段。未来系统功能上的简化是必然的结果,所以无论在硬件设计和信号流程中都应该更加简化,比如电源系统的进一步精简,取消24 V,直接使用车载控制系统的110 V等。同时系统性能上应该进一步提高,目前采用12位AD控制,未来14位甚至更高精度的AD控制是必然的结果,这也要求悬浮系统的噪声信号进一步的被抑制和降低,系统应具有更好的电磁兼容性能。
参考文献
[1]Sinha P K,Pechev A N.Model Reference Adaptive Controlof a Maglev System with Stable Maximum Descent Criterion[J].Automatica,1999,35(8):1457-1465.
[2]商海波.磁悬浮数字控制方法及其实现[D].成都:西南交通大学,2003.
[3]鲍佳.磁浮列车悬浮控制与动力学仿真[D].成都:西南交通大学,2003.
[4]赵春发.磁悬浮车辆系统动力学研究[D].成都:西南交通大学,2002.
[5]张昆仑,董金文,刘放,等.用于磁悬浮列车悬浮斩波器的层叠功率母线排:中国,200710050767.5[P].2007-12-13.
[6]Liu Z G.A Protocol Analysis Method of Acceleration Sensorin MaglevTrain[C]∥Proceedings of the 2006 IEEEInterna-tional Conference on Networking.Sensing and Control,2006:342-345.
