一种磁浮列车传感器信号处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明主要涉及中低速磁浮列车领域，特别是涉及一种适用于中低速磁浮列车的 传感器信号的处理方法。
【背景技术】
[0002] 中低速磁浮列车是一种依靠电磁力实现无接触悬浮的车辆系统，其核心系统是悬 浮控制系统。悬浮控制系统用于对各种传感器，如悬浮间隙传感器、电磁铁垂向加速度传感 器、电流传感器等信号进行采集，经过一定的运算后输出合适的电压来控制电磁铁的电流。 然而，由于工作环境的原因，这些传感器获取的信号有时可能存在虚假信息。例如，在磁浮 列车的牵引电机及其它大功率电气设备工作时，可能会产生短时较强的电磁场干扰，可能 会导致间隙传感器、电流传感器等输出短暂的脉冲信号，这种错误的脉冲会对悬浮系统产 生冲击甚至导致悬浮电磁铁磕碰轨道；再如，当磁浮列车的间隙传感器通过轨道接缝时，测 量间隙会因为轨道不连续而输出较大的值，这种虚假信号同样会干扰间隙测量的正常值。
[0003] 因此，如何减小这种虚假信号对悬浮控制系统的影响，以保证悬浮间隙平稳，成为 本领域技术人员亟需解决的问题。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是，提供一种可在磁浮列车运行过程中实时对传感器信 号进行检测和判断，对检测到的虚假信号进行剔除，从而减小传感器虚假信号对悬浮控制 系统的影响，保证列车悬浮间隙平稳。
[0005] 本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种磁浮列车传感器信号处理方法， 包括以下步骤： 步骤1 :获取传感器当前时刻采样值以及当前时刻之前连续若干采样时刻的采样值， 将采样值作为约束条件构建虚拟柔性梁，形成最佳拟合曲线； 步骤2 :根据虚拟柔性梁的外伸位置预测下一采样时刻的采样值； 步骤3 :获取下一采样时刻采样值，若下一采样时刻的采样值与预测值的差异超过设 定的阈值，则认为传感器中出现虚假信号，反之则认为传感器信号正常。
[0006] 优选的，当所述传感器出现虚假信号时，用预测值代替采样值，反之则保留采样 值。
[0007] 优选的，所述采样值在纵轴上和虚拟柔性梁之间通过虚拟线性弹簧连接，虚拟线 性弹簧根据采样值和虚拟柔性梁的位置差异产生拉力作用于虚拟柔性梁上，使得虚拟柔性 梁发生位移和弯曲，形成最佳拟合曲线。
[0008] 优选的，虚拟柔性梁的抗弯刚度EI和虚拟线性弹簧刚度ks可调节，以适合不同频 带范围的传感器信号。
[0009] 优选的，所述采样个数可根据传感器的类型和用途确定。
[0010] 优选的，所述相邻采样节点之间时间间隔在一次虚拟柔性梁构建过程中是相同 的。
[0011] 优选的，所述采样时刻之间的时间间隔可根据传感器的类型和用途确定。
[0012] 优选的，所述预测下一节点的采样间隔，可以大于或等于采样节点的采样间隔。
[0013] 本发明之磁浮列车传感器信号处理方法可以有效地对传感器信号中混杂的毛刺、 野值进行剔除，即对传感器的虚假信号进行校正；采用虚拟线性弹簧确定采样点和虚拟柔 性梁之间的约束力，使这些采样点和虚拟柔性梁达到力学上的平衡，因此，这种平衡可以有 效拟合传感器的采样数据，得到采样数据变化趋势更加平滑可信；虚拟柔性梁的抗弯刚度 和虚拟线性弹簧刚度均可任意调节，以适合不同频带范围的传感器信号。采用本发明处理 方法既可以对虚假信号进行判断和校正，也可以利用虚拟柔性梁的形状拟合传感器数据， 从而达到平滑降噪的效果。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明磁浮列车传感器信号处理方法一种实施方式的的流程图 图2为虚拟柔性梁和采样点之间约束关系坐标示意图； 图3为用虚拟柔性梁判断和校正虚假信号的坐标示意图； 图4为磁浮列车间隙传感器通过轨道接缝的示意图； 图5为间隙传感器通过轨道接缝时虚假信号校正原理示意图。
【具体实施方式】
[0015] 为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明 作进一步的详细说明。
[0016] 参照图1，本发明磁浮列车传感器信号处理方法，包括以下步骤： 步骤1:获取传感器当前时刻采样值以及当前时刻之前连续若干采样时刻的采样值， 将采样值作为约束条件构建虚拟柔性梁，形成最佳拟合曲线； 获取传感器当前时刻采样值以及当前时刻之前若干采样时刻的采样值，将采样值作为 约束条件构建虚拟柔性梁，通过多个采样值来固定虚拟柔性梁的位置，虚拟柔性梁的形状 即为这些采样值的平滑拟合，从而形成最佳拟合曲线。
[0017] 优选的，相邻采样节点的采样周期在一次虚拟柔性梁构建过程中是相同的。
[0018] 步骤2 :根据虚拟柔性梁的外伸位置预测下一采样时刻的采样值； 虚拟柔性梁形状变化趋势代表了信号的真实变化趋势，虚拟柔性梁的外伸段可以作为 未来信号的近似预测，因而可根据虚拟柔性梁的外伸位置预测下一采样时刻的采样值。
[0019] 步骤3 :获取下一采样时刻采样值，若下一采样时刻的采样值与预测值的差异超 过设定的阈值，则认为传感器中出现虚假信号，反之则认为传感器信号正常。
[0020] 由于作为磁浮列车的被控对象，磁浮列车的电磁铁和转向架惯性较大，因此悬浮 系统真实测量信号不可能存在较大的突变。如果下一采样时刻传感器信号值和虚拟柔性梁 预测信号的差异超过设定的阈值，那么可以认为采集到的传感器信号是虚假的。
[0021] 优选的，所述预测下一节点的采样间隔，可以大于或等于采样节点的采样间隔。
[0022] 通过上述实施方式，中低速磁浮列车获取传感器信号后无需使用滤波器，可对虚 假信号进行判断和校正，也可以利用虚拟柔性梁的形状拟合传感器数据，有效地对传感器 信号中混杂的毛刺、野值进行剔除，从而达到平滑降噪的效果。
[0023]作为一种可选方式，上述实施方式的步骤1中将所述采样值作为约束条件构建虚 拟柔性梁的步骤可进一步包括：所述采样值在纵轴上和虚拟柔性梁之间通过虚拟线性弹簧 连接，虚拟线性弹簧根据采样值和虚拟柔性梁的位置差异产生拉力作用于虚拟柔性梁上， 使得虚拟柔性梁发生位移和弯曲。多个采样值同时作用，最终可以使梁的受力和弯矩达到 平衡，梁的弯曲变形也能确定下来，从而构建处于平衡状态下的虚拟柔性平衡梁。采用虚拟 线性弹簧来确定采样数据点和虚拟柔性梁之间的约束力，使这些采样点和虚拟柔性梁达到 力学上的平衡，因此，这种平衡可以有效拟合传感器的采样数据，得到采样数据变化趋势更 加平滑可信。
[0024]在实际应用过程中，优选的，阈值可以设置为平均预测误差三倍，即当下一采样时 刻的采样值和虚拟柔性梁预测值的误差是平均预测误差的三倍以上，则说明传感器采集的 信号异常，此时就应舍弃采样信号。所述平均预测误差可以通过对虚拟柔性梁上所有节点 的采样值和虚拟柔性梁之间的误差绝对值进行平均得到。
[0025] 进一步的，上述实施方式的步骤3还可以包括，当所述传感器出现虚假信号时，用 虚拟柔性梁预测的信号值来代替采样值，反之则保留采样值。
[0026] 参照图2、图3,本发明的一种【具体实施方式】中，根据若干个采样值作为约束条件 构建虚拟虚拟柔性梁时需要计算虚拟虚拟柔性梁的位移和斜率。为便于说明，这里以4个 采样时刻的采样值为例进行阐述。
[0027]由于需要用到传感器当前时刻采样值之前连续3个采样时刻的采样值，因此在程 序里首先需要开辟一个长度为3的队列，用于存储之前3个时刻的采样值。图2中，p4是当 前时刻的采样值，？1至P3分别是当前时刻采样值之前连续3个采样时刻的采样值。设存在 一条虚拟的虚拟柔性梁，其抗弯刚度为EI，在每个采样时刻都有一根刚度为ks的虚拟线性 弹簧连接采样点和虚拟柔性梁，这样在虚拟线性弹簧的作用下梁会发生扭转及弯曲变形， 用y表示。
[0028] 在平衡状态下，梁沿x方向所