一种磁浮列车、悬浮控制系统和垂向阻尼信号的计算方法与流程

本发明涉及磁浮列车的信号处理技术领域，特别是一种磁浮列车、悬浮控制系统和垂向阻尼信号的计算方法。

背景技术：

随着近年来中低速磁浮列车的发展应用，大部分技术已经日趋成熟稳定，目前悬浮传感器一般可测量悬浮间隙和悬浮加速度，不能直接测量垂向速度阻尼信号，磁浮列车的垂向速度阻尼信号的获取与利用一直是悬浮控制的重点和难点。

随着近年来中低速磁浮列车的发展应用，大部分技术已经日趋成熟稳定，目前悬浮传感器一般可测量悬浮间隙和悬浮加速度，不能直接测量垂向速度阻尼信号，所以磁浮列车的垂向速度阻尼信号的获取与利用一直是悬浮控制的重点和难点。

目前磁浮列车悬浮控制的垂向速度阻尼信号的获取，一般是对间隙信号进行微分或者对加速度信号的隔直积分来进行获取，其中对间隙信号的微分信号获取方法一般都是采用带通或高通滤波方式实现，从带通或者高通滤波方式的固有幅频特性可知，滤波输出信号的幅度会随着输入信号的频率变化而发生变化，滤波输出信号的相位也会随着输入信号的频率变化而发生变化，即相对于不同频率的输入信号，滤波输出信号存在不同频率段的相位偏移不一致、幅度不一致的缺陷。实际上，严格意义上的标准微分是指：输出信号相对于输入信号，在所有频率的相位均超前90°，幅度均保持一致，而目前的微分方法，只在部分频率的相位接近超前90°，幅度在不同频率均不一致。即目前的方法只能获取间隙信号在部分频率段的近似微分信号，这会导致此方法获取的近似微分信号在部分频率段虽然可用，但存在一定误差，在其他频率段的滤波信号完全不可用，即不可以作为微分信号。因此现有获取垂向阻尼信号的方法，只能得到部分频率段的垂向阻尼信号，且得到的垂向阻尼信号不完全准确。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种磁浮列车、悬浮控制系统和垂向阻尼信号的计算方法，可以实现间隙微分信号在全频率段的相位偏移和幅度一致，快速准确地得到垂向阻尼信号。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种磁浮列车垂向阻尼信号的计算方法，其特征在于，包括：

i.采集原始间隙信号s(n)；

ii.基于原始间隙信号s(n)获取对应的微分信号v(n)；

iii.判断所述微分信号v(n)是否为异常微分信号，包括

i.基于所述微分信号v(n)，获取二次微分信号v’(n)，实时采集悬浮传感器的垂向加速度的实时信号a，v’(n)＝(v(n)-v(n-1))/t；v(n-1)为v(n)前一时刻的微分信号，t为采样时间间隔；

ii.比较|v’(n)-a|与垂向加速度阈值b的大小，若|v’(n)-a|＞b，则所述微分信号异常微分信号；否则为正常微分信号；

iv.获取所有的正常微分信号，并利用正常微分信号替换异常微分信号；

v.将所有的正常微分信号和异常微分信号的替换值作为垂向阻尼信号。

上述方法采用合理的差分运算方法获取标准微分，完全符合数学微分理论，所以在磁浮列车运行过程中，通过上述方法可以快速准确得到间隙信号在所有频率的微分信号，避免了目前的方法只能获取间隙信号在部分频率段的近似微分信号且存在一定误差，在其他频率段的滤波信号完全不可用的问题。实现间隙微分信号在所有频率的相位偏移一致超前原始间隙信号的相位90°，保证间隙微分信号在所有频率的幅度变化保持一致，快速准确得到垂向阻尼信号，且理论上不存在误差，使得垂向阻尼信号的准确度更高。

进一步地，所述异常微分信号的替换值v(n)替换＝v(n-i)+(v(n+j)-v(n-i))*i/(i+j)；v(n-i)、v(n+j)为与异常微分信号v(n)相邻的正常微分信号。若第一个微分信号v(0)为异常微分信号，则其对应的垂向阻尼信号的取值为0。若停止采集前的最后一个微分信号为异常微分信号，则其对应的垂向阻尼信号的取值为该异常微分信号前面最近的一个正常微分信号。n，i和j均为自然数。与异常微分信号v(n)相邻的正常微分信号，指的是距离该异常微分信号v(n)的采集时间点最近的前后两个正常微分信号。

进一步地，步骤ii中，微分信号v(n)的公式为v(n)＝m*a*(s(n)-s(n-1))/t；m为等比例放大倍数，a为增益系数，s(n-1)为s(n)前一时刻的原始间隙信号。m与a能够将数据放大，便于计算。

进一步地，所述垂向加速度阈值b的取值范围为0-50。由于垂向加速度的区间即为0-50，因此b的取值根据经验设定在0-50之间。

进一步地，还包括：将获取的所有垂向阻尼信号，按照时间顺序进行排序并输出，得到磁浮列车的垂向阻尼信号。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本方法基于数学微分理论，采用合理的差分运算方法获取标准微分，在磁浮列车运行过程中，通过该方法可以实现间隙微分信号在所有频率的相位偏移一致超前原始间隙信号的相位90°，并且幅度变化保持一致，快速准确得到垂向阻尼信号。避免了目前的方法只能获取间隙信号在部分频率段的近似微分信号且存在一定误差，在其他频率段的滤波信号完全不可用的问题。本方法获得的间隙微分信号在所有频率范围内均可用，适用范围大大提高，且理论上不存在误差，使得垂向阻尼信号的准确度更高。

附图说明

图1为本发明一实施例的流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一实施例包括一种磁浮列车，所述磁浮列车上设有悬浮控制系统，所述悬浮控制系统包括计算机设备，所述计算机设备用于执行垂向阻尼信号的计算方法，该方法包括：

i.按照信号采集时间间隔t采集原始间隙信号s(n)；

ii.基于原始间隙信号s(n)获取对应的微分信号v(n)，计算公式为：v(n)＝m*a*(s(n)-s(n-1))/t；m为等比例放大倍数，a为增益系数，s(n-1)为s(n)前一时刻的原始间隙信号；

iii.判断所述微分信号v(n)是否为异常微分信号，包括

i.基于所述微分信号v(n)，获取二次微分信号v’(n)，实时采集悬浮传感器的垂向加速度的实时信号a，v’(n)＝(v(n)-v(n-1))/t；v(n-1)为v(n)前一时刻的微分信号；

ii.比较|v’(n)-a|与垂向加速度阈值b的大小，若|v’(n)-a|＞b，则所述微分信号异常微分信号；否则为正常微分信号；根据经验设定b的取值，范围为0-50；

iv.获取所有的正常微分信号，并利用正常微分信号替换异常微分信号，所述异常微分信号的替换值v(n)替换＝v(n-i)+(v(n+j)-v(n-i))*i/(i+j)；v(n-i)、v(n+j)为与异常微分信号v(n)相邻的正常微分信号。若第一个微分信号v(0)为异常微分信号，则其对应的垂向阻尼信号的取值为0。若停止采集前的最后一个微分信号为异常微分信号，则其对应的垂向阻尼信号的取值为该异常微分信号前面最近的一个正常微分信号。n，i和j均为自然数。

v.将所有的正常微分信号和异常微分信号的替换值作为垂向阻尼信号，将获取的所有垂向阻尼信号，按照时间顺序进行排序并输出，得到磁浮列车的垂向阻尼信号。步骤iv中，与异常微分信号v(n)相邻的正常微分信号，指的是距离该异常微分信号v(n)的采集时间点最近的前后两个正常微分信号。；

上述方法基于数学微分理论，采用合理的差分运算方法获取标准微分，在磁浮列车运行过程中，可以实现间隙微分信号在所有频率的相位偏移一致超前原始间隙信号的相位90°，并且幅度变化保持一致，快速准确得到垂向阻尼信号。