悬浮导向系统的验证方法、装置、设备及可读存储介质与流程

1.本发明涉及磁悬浮列车领域，特别是涉及一种悬浮导向系统的验证方法，本发明还涉及一种悬浮导向系统的验证装置、设备及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.磁悬浮列车依靠电磁铁与轨道之间的吸力实现列车与轨道间的无接触运行，由于磁悬浮列车的悬浮导向系统的固有不稳定性，须时刻对电磁铁的电流进行跟踪控制，为保证磁悬浮列车在各种线路条件以及负载工况下的稳定悬浮，需要开展悬浮导向系统的验证，然而现有技术中缺少一种成熟的悬浮导向系统的验证方法，导致无法高效且低成本地实现对悬浮导向系统的验证。
3.因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种悬浮导向系统的验证方法，由于利用了半实物仿真系统对车辆动力学模型以及线路轨道梁模型进行了仿真，因此本技术可以高效且低成本地对悬浮导向系统进行验证，并且可以保证准确性；本发明的另一目的是提供一种悬浮导向系统的验证装置、设备及计算机可读存储介质，由于利用了半实物仿真系统对车辆动力学模型以及线路轨道梁模型进行了仿真，因此本技术可以高效且低成本地对悬浮导向系统进行验证，并且可以保证准确性。
5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种悬浮导向系统的验证方法，包括：
6.预先在半实物仿真系统中搭建待测悬浮导向系统对应磁悬浮列车的车辆动力学模型以及线路轨道梁模型；
7.在通过预设电磁铁控制算法控制所述车辆动力学模型中的电磁铁跟踪轨道的基础上，控制所述半实物仿真系统模拟所述磁悬浮列车运行；
8.根据所述半实物仿真系统输出的电磁铁传感信息以及车辆动力学信息对所述预设电磁铁控制算法进行评估。
9.优选地，所述预先在半实物仿真系统中搭建待测悬浮导向系统对应磁悬浮列车的车辆动力学模型以及线路轨道梁模型具体为：
10.预先在半实物仿真系统中搭建待测悬浮导向系统对应磁悬浮列车的车辆动力学模型以及线路轨道梁模型；
11.设定所述车辆动力学模型以及所述线路轨道梁模型的指定参数；
12.其中，所述指定参数包括列车编组数量、运行工况、动力学模型参数以及线路模型参数。
13.优选地，所述预设电磁铁控制算法应用于独立于所述半实物仿真系统的控制器；
14.所述在通过预设电磁铁控制算法控制所述车辆动力学模型中的电磁铁跟踪轨道
的基础上，控制所述半实物仿真系统模拟所述磁悬浮列车运行具体为：
15.控制所述半实物仿真系统模拟所述磁悬浮列车运行，并将所述半实物仿真系统输出的电磁铁传感信息发送至所述控制器；
16.将所述控制器根据所述电磁铁传感信息生成的电磁铁控制信号发送至所述半实物仿真系统，以便所述车辆动力学模型中的电磁铁跟随轨道。
17.优选地，所述在通过预设电磁铁控制算法控制所述车辆动力学模型中的电磁铁跟踪轨道的基础上，控制所述半实物仿真系统模拟所述磁悬浮列车运行之前，该悬浮导向系统的验证方法还包括：
18.设置所述预设电磁铁控制算法控制的悬浮导向点的位置以及数量。
19.优选地，所述在通过预设电磁铁控制算法控制所述车辆动力学模型中的电磁铁跟踪轨道的基础上，控制所述半实物仿真系统模拟所述磁悬浮列车运行之后，该悬浮导向系统的验证方法还包括：
20.将所述半实物仿真系统输出的电磁铁传感信息以及车辆动力学信息，所述控制器输出的预设电磁铁控制算法运行过程中的状态信号实时显示并存储。
21.优选地，所述根据所述半实物仿真系统输出的电磁铁传感信息以及车辆动力学信息对所述预设电磁铁控制算法进行评估具体为：
22.判断所述电磁铁的间隙信息是否超出预设波动范围；
23.若超出，则判定所述待测悬浮导向系统不稳定，并在对所述预设电磁铁控制算法进行调整后，执行所述在通过预设电磁铁控制算法控制所述车辆动力学模型中的电磁铁跟踪轨道的基础上，控制所述半实物仿真系统模拟所述磁悬浮列车运行的步骤；
24.若未超出，则根据电磁铁电流值、客室振动加速度、悬浮架振动加速度以及轨道梁振动加速度中的至少一者判断所述预设电磁铁控制算法是否达标；
25.若达标，则结束；
26.若未达标，则在对所述预设电磁铁控制算法进行调整后，执行所述在通过预设电磁铁控制算法控制所述车辆动力学模型中的电磁铁跟踪轨道的基础上，控制所述半实物仿真系统模拟所述磁悬浮列车运行的步骤。
27.优选地，所述根据电磁铁电流值、客室振动加速度、悬浮架振动加速度以及轨道梁振动加速度中的至少一者判断所述预设电磁铁控制算法是否达标具体为：
28.根据电磁铁电流值计算电磁铁温升，根据客室振动加速度计算运行平稳性以及舒适性，根据悬浮架振动加速度计算走行部振动水平，根据轨道梁振动加速度计算线路振动水平；
29.根据所述电磁铁温升、所述运行平稳性以及舒适性、所述走行部振动水平以及所述线路振动水平及其相应的判断标准，判断所述预设电磁铁控制算法是否达标。
30.为解决上述技术问题，本发明还提供了一种悬浮导向系统的验证装置，包括：
31.模型运行模块，用于预先在半实物仿真系统中搭建待测悬浮导向系统对应磁悬浮列车的车辆动力学模型以及线路轨道梁模型；
32.控制模块，用于在通过预设电磁铁控制算法控制所述车辆动力学模型中的电磁铁跟踪轨道的基础上，控制所述半实物仿真系统模拟所述磁悬浮列车运行；
33.评估模块，用于根据所述半实物仿真系统输出的电磁铁传感信息以及车辆动力学
信息对所述预设电磁铁控制算法进行评估。
34.为解决上述技术问题，本发明还提供了一种悬浮导向系统的验证设备，包括：
35.存储器，用于存储计算机程序；
36.处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上所述悬浮导向系统的验证方法的步骤。
37.为解决上述技术问题，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述悬浮导向系统的验证方法的步骤。
38.本发明提供了一种悬浮导向系统的验证方法，本技术可以预先在半实物仿真系统中搭建待测悬浮导向系统对应磁悬浮列车的车辆动力学模型以及线路轨道梁模型，然后在通过预设电磁铁控制算法控制车辆动力学模型中的电磁铁跟踪轨道的基础上，控制半实物仿真系统模拟磁悬浮列车运行，与此同时通过半实物仿真系统输出的电磁铁传感信息以及车辆动力学信息对预设电磁铁控制算法进行评估，由于利用了半实物仿真系统对车辆动力学模型以及线路轨道梁模型进行了仿真，因此本技术可以高效且低成本地对悬浮导向系统进行验证，并且可以保证准确性。
39.本发明还提供了一种悬浮导向系统的验证装置、设备及计算机可读存储介质，具有如上悬浮导向系统的验证方法相同的有益效果。
附图说明
40.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
41.图1为本发明提供的一种悬浮导向系统的验证方法的流程示意图；
42.图2为本发明提供的另一种悬浮导向系统的验证方法的流程示意图；
43.图3为本发明提供的一种悬浮导向系统的验证装置的结构示意图；
44.图4为本发明提供的一种悬浮导向系统的验证设备的结构示意图。
具体实施方式
45.本发明的核心是提供一种悬浮导向系统的验证方法，由于利用了半实物仿真系统对车辆动力学模型以及线路轨道梁模型进行了仿真，因此本技术可以高效且低成本地对悬浮导向系统进行验证，并且可以保证准确性；本发明的另一核心是提供一种悬浮导向系统的验证装置、设备及计算机可读存储介质，由于利用了半实物仿真系统对车辆动力学模型以及线路轨道梁模型进行了仿真，因此本技术可以高效且低成本地对悬浮导向系统进行验证，并且可以保证准确性。
46.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
47.请参考图1，图1为本发明提供的一种悬浮导向系统的验证方法的流程示意图，该悬浮导向系统的验证方法包括：
48.s101：预先在半实物仿真系统中搭建待测悬浮导向系统对应磁悬浮列车的车辆动力学模型以及线路轨道梁模型；
49.具体的，为了避免实车实验所带来的成本高以及工序繁琐等问题，本发明实施例中可以在半实物仿真系统中搭建待测悬浮导向系统对应磁悬浮列车的车辆动力学模型以及线路轨道梁模型，以仿真的方式实现车辆动力学模型以及线路轨道梁模型，以便后续步骤基于此展开整车运行的模拟。
50.s102：在通过预设电磁铁控制算法控制车辆动力学模型中的电磁铁跟踪轨道的基础上，控制半实物仿真系统模拟磁悬浮列车运行；
51.具体的，考虑到磁悬浮列车依靠电磁铁与轨道之间的吸力实现列车与轨道间的无接触运行，由于磁悬浮列车的悬浮导向系统的固有不稳定性，须时刻对电磁铁的电流进行跟踪控制，为保证磁悬浮列车在各种线路条件以及负载工况下的稳定悬浮，需要开展悬浮导向系统的验证，因此本发明实施例中通过预设电磁铁控制算法控制车辆动力学模型中的电磁铁跟踪轨道，并在此基础上控制半实物仿真系统模拟磁悬浮列车运行，从而开始了对于磁悬浮列车整车的模拟测试。
52.s103：根据半实物仿真系统输出的电磁铁传感信息以及车辆动力学信息对预设电磁铁控制算法进行评估。
53.具体的，在磁悬浮列车模拟运行的过程中，车辆动力学模型中的电磁铁随着预设电磁铁控制算法的控制而跟随轨道，在这个过程中车辆动力学模型便可以输出相应的电磁铁传感信息，例如可以包括电磁铁电压、电流、加速度以及间隙信息等，同时还可以输出车辆与轨道动力学信息，例如可以包括客室、车体、悬浮架、电磁铁与轨道梁等的振动信息，由于电磁铁传感信息以及车辆动力学信息可以准确地反映在预设电磁铁控制算法的控制下悬浮导向系统的运动情况，因此本技术通过半实物仿真系统输出的电磁铁传感信息以及车辆动力学信息便可以对预设电磁铁控制算法进行评估。
54.本发明提供了一种悬浮导向系统的验证方法，本技术可以预先在半实物仿真系统中搭建待测悬浮导向系统对应磁悬浮列车的车辆动力学模型以及线路轨道梁模型，然后在通过预设电磁铁控制算法控制车辆动力学模型中的电磁铁跟踪轨道的基础上，控制半实物仿真系统模拟磁悬浮列车运行，与此同时通过半实物仿真系统输出的电磁铁传感信息以及车辆动力学信息对预设电磁铁控制算法进行评估，由于利用了半实物仿真系统对车辆动力学模型以及线路轨道梁模型进行了仿真，因此本技术可以高效且低成本地对悬浮导向系统进行验证，并且可以保证准确性。
55.在上述实施例的基础上：
56.作为一种优选的实施例，预先在半实物仿真系统中搭建待测悬浮导向系统对应磁悬浮列车的车辆动力学模型以及线路轨道梁模型具体为：
57.预先在半实物仿真系统中搭建待测悬浮导向系统对应磁悬浮列车的车辆动力学模型以及线路轨道梁模型；
58.设定车辆动力学模型以及线路轨道梁模型的指定参数；
59.其中，指定参数包括列车编组数量、运行工况、动力学模型参数以及线路模型参
数。
60.具体的，为了使得本发明实施例中提供的悬浮导向系统的验证方法能够验证不同车辆以及不同运行工况下的悬浮导向系统，本发明实施例中在搭建好车辆动力学模型以及线路轨道梁模型后，可以对车辆动力学模型以及线路轨道梁模型的指定参数进行设定。
61.其中，通过列车编组数量、运行工况、动力学模型参数以及线路模型参数可以灵活地调整两个模型。
62.具体的，运行工况可以包括风力风向、会车以及部分控制器失效等信息，本发明实施例在此不做限定。
63.具体的，还可以预先对车辆运行速度曲线进行设定，以测试不同速度曲线下的车辆悬浮导向系统。
64.具体的，线路轨道梁模型中的轨道梁类型也可以灵活配置。
65.当然，除了列车编组数量、运行工况、动力学模型参数、线路模型参数以及车辆运行速度曲线外，还可以对车辆动力学模型以及线路轨道梁模型的其他参数进行设定，本发明实施例在此不做限定。
66.作为一种优选的实施例，预设电磁铁控制算法应用于独立于半实物仿真系统的控制器；
67.在通过预设电磁铁控制算法控制车辆动力学模型中的电磁铁跟踪轨道的基础上，控制半实物仿真系统模拟磁悬浮列车运行具体为：
68.控制半实物仿真系统模拟磁悬浮列车运行，并将半实物仿真系统输出的电磁铁传感信息发送至控制器；
69.将控制器根据电磁铁传感信息生成的电磁铁控制信号发送至半实物仿真系统，以便车辆动力学模型中的电磁铁跟随轨道。
70.具体的，为了能够灵活高效的对预设电磁铁控制算法进行调整，本发明实施例将预设电磁铁控制算法应用于独立于半实物仿真系统的控制器，当然，预设电磁铁控制算法也可以应用于半实物仿真系统中的车辆动力学模型内部的控制器中。
71.具体的，预设电磁铁控制算法的运算过程即为根据半实物仿真系统输出的电磁铁传感信息(以及车辆运动学模型输出的车辆速度)计算生成电磁铁控制信号的过程，控制器可为真实控制器或真实控制器板卡或快速控制原型系统平台；若为真实控制器，需为其配置供电电源与模拟负载；电磁铁控制信号为控制电压或电流信号；若预设电磁铁控制算法应用于真实的控制器，电磁铁控制信号为控制电流信号；若预设电磁铁控制算法应用于真实控制器板卡或快速控制原型系统平台，电磁铁控制信号为控制电压信号。
72.其中，预设电磁铁控制算法可以包括悬浮控制算法运行单元与导向控制算法运行单元，且整车上的每个电磁铁控制点均对应一个悬浮控制算法运行单元与导向控制算法运行单元，且本技术中的悬浮控制算法运行单元与导向控制算法运行单元数量可以灵活配置。
73.作为一种优选的实施例，在通过预设电磁铁控制算法控制车辆动力学模型中的电磁铁跟踪轨道的基础上，控制半实物仿真系统模拟磁悬浮列车运行之前，该悬浮导向系统的验证方法还包括：
74.设置预设电磁铁控制算法控制的悬浮导向点的位置以及数量。
75.具体的，如上文所述，整车上的每个电磁铁控制点均对应一套独立的预设电磁铁控制算法(包含一个悬浮控制算法运行单元与导向控制算法运行单元)，也即本发明实施例中可以设置多个控制器，每个控制器运行一套预设电磁铁控制算法，本技术可以灵活设置每套预设电磁铁控制算法控制的悬浮导向点的位置，并且可以对被控的悬浮导向点的总数量进行设置，从而可以对具有不同数量的被控悬浮导向点的磁悬浮列车的悬浮导向系统进行验证。
76.作为一种优选的实施例，在通过预设电磁铁控制算法控制车辆动力学模型中的电磁铁跟踪轨道的基础上，控制半实物仿真系统模拟磁悬浮列车运行之后，该悬浮导向系统的验证方法还包括：
77.将半实物仿真系统输出的电磁铁传感信息以及车辆动力学信息，控制器输出的预设电磁铁控制算法运行过程中的状态信号实时显示并存储。
78.具体的，考虑到控制器输出的预设电磁铁控制算法运行过程中的状态信号可以反映出不少信息，例如预设电磁铁控制算法运行是否正常且稳定等，因此本发明实施例可以将预设电磁铁控制算法运行过程中的状态信号与电磁铁传感信息以及车辆动力学信息一起，进行实时显示并存储，一方面可以使得工作人员第一时间观察到这些数据，另一方面可以便于工作人员在后续需要时调取存储的数据。
79.其中，预设电磁铁控制算法运行过程中的状态信号可以包括间隙积分、间隙微分、滤波加速度以及加速度积分等，本发明实施例在此不做限定。
80.具体的，将接收到的间隙信号进行滤波可以得到滤波后间隙与间隙微分信号；将接收到的加速度信号进行滤波可以得到滤波后电磁铁加速度、电磁铁速度与电磁铁位移信号；在预设电磁铁控制算法内部计算中滤波后获取的各种信号为控制状态信号。
81.为了更好地对本发明实施例进行说明，请参考图2，图2为本发明提供的另一种悬浮导向系统的验证方法的流程示意图，作为一种优选的实施例，根据半实物仿真系统输出的电磁铁传感信息以及车辆动力学信息对预设电磁铁控制算法进行评估具体为：
82.s203：判断电磁铁的间隙信息是否超出预设波动范围；
83.s204：若超出，则判定待测悬浮导向系统不稳定，并在对预设电磁铁控制算法进行调整后，执行在通过预设电磁铁控制算法控制车辆动力学模型中的电磁铁跟踪轨道的基础上，控制半实物仿真系统模拟磁悬浮列车运行的步骤；
84.若未超出，则根据电磁铁电流值、客室振动加速度、悬浮架振动加速度以及轨道梁振动加速度中的至少一者判断预设电磁铁控制算法是否达标；
85.若达标，则结束；
86.若未达标，则在对预设电磁铁控制算法进行调整后，执行在通过预设电磁铁控制算法控制车辆动力学模型中的电磁铁跟踪轨道的基础上，控制半实物仿真系统模拟磁悬浮列车运行的步骤。
87.具体的，图2中的s201与图1中的s101相同，s202与s102相同。
88.具体的，本发明实施例中可以首先通过电磁铁间隙信息判断电磁铁是否触轨，也即在电磁铁的间隙信息超出预设波动范围的情况下可以判定电磁铁触轨并且判定待测悬浮导向系统不稳定，此时便可以在对预设电磁铁控制算法进行调整后，执行在通过预设电磁铁控制算法控制车辆动力学模型中的电磁铁跟踪轨道的基础上，控制半实物仿真系统模
拟磁悬浮列车运行的步骤，以便对调整后的预设电磁铁控制算法进行验证。
89.其中，对预设电磁铁控制算法进行调整可以为：响应于参数调整指令对预设电磁铁控制算法进行调整，本发明实施例在此不做限定。
90.具体的，在判断电磁铁触轨的情况下还可以判定具体的触轨类型，本发明实施例在此不做限定。
91.具体的，考虑到通过电磁铁电流值、客室振动加速度、悬浮架振动加速度以及轨道梁振动加速度也可以反映预设电磁铁控制算法的控制效果，因此在电磁铁间隙信息正常的情况下，则可以根据电磁铁电流值、客室振动加速度、悬浮架振动加速度以及轨道梁振动加速度中的至少一者判断预设电磁铁控制算法是否达标，在不达标的情况下也可以在对预设电磁铁控制算法进行调整后，执行在通过预设电磁铁控制算法控制车辆动力学模型中的电磁铁跟踪轨道的基础上，控制半实物仿真系统模拟磁悬浮列车运行的步骤，以便提升自动化程度。
92.具体的，在判断达标之后，还可以执行步骤s210询问是否继续优化，如若需要继续优化则可执行步骤s204，如果不需继续优化则结束。
93.作为一种优选的实施例，根据电磁铁电流值、客室振动加速度、悬浮架振动加速度以及轨道梁振动加速度中的至少一者判断预设电磁铁控制算法是否达标具体为：
94.s205：根据电磁铁电流值计算电磁铁温升，s206：根据客室振动加速度计算运行平稳性以及舒适性，s207：根据悬浮架振动加速度计算走行部振动水平，s208：根据轨道梁振动加速度计算线路振动水平；
95.s209：根据电磁铁温升、运行平稳性以及舒适性、走行部振动水平以及线路振动水平及其相应的判断标准，判断预设电磁铁控制算法是否达标。
96.具体的，本发明实施例中根据电磁铁电流值计算电磁铁温升，根据客室振动加速度计算运行平稳性以及舒适性，根据悬浮架振动加速度计算走行部振动水平，根据轨道梁振动加速度计算线路振动水平，在计算出电磁铁温升、运行平稳性以及舒适性、走行部振动水平以及线路振动水平后，便可以根据相应的判断标准(例如将各项进行加权等，本发明实施例在此不做限定)来评估预设电磁铁控制算法是否达标，可以全面准确地对预设电磁铁控制算法进行评估。
97.请参考图3，图3为本发明提供的一种悬浮导向系统的验证装置的结构示意图，该悬浮导向系统的验证装置包括：
98.模型运行模块31，用于预先在半实物仿真系统中搭建待测悬浮导向系统对应磁悬浮列车的车辆动力学模型以及线路轨道梁模型；
99.控制模块32，用于在通过预设电磁铁控制算法控制车辆动力学模型中的电磁铁跟踪轨道的基础上，控制半实物仿真系统模拟磁悬浮列车运行；
100.评估模块33，用于根据半实物仿真系统输出的电磁铁传感信息以及车辆动力学信息对预设电磁铁控制算法进行评估。
101.对于本发明实施例提供的悬浮导向系统的验证装置的介绍请参照前述的悬浮导向系统的验证方法的实施例，本发明实施例在此不再赘述。
102.请参考图4，图4为本发明提供的一种悬浮导向系统的验证设备的结构示意图，该悬浮导向系统的验证设备包括：
103.存储器41，用于存储计算机程序；
104.处理器42，用于执行计算机程序时实现如前述实施例中悬浮导向系统的验证方法的步骤。
105.对于本发明实施例提供的悬浮导向系统的验证设备的介绍请参照前述的悬浮导向系统的验证方法的实施例，本发明实施例在此不再赘述。
106.本发明还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如前述实施例中悬浮导向系统的验证方法的步骤。
107.对于本发明实施例提供的计算机可读存储介质的介绍请参照前述的悬浮导向系统的验证方法的实施例，本发明实施例在此不再赘述。
108.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。还需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
109.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。