EMS型磁悬浮列车控制系统参数分析与优化

来源 :石家庄铁道大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mcdonaldz
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随着磁悬浮技术的快速发展,电磁悬浮列车越来越被人们所重视。目前磁悬浮列车研究中的控制系统主要使用整数阶PID控制器,在进行控制参数调节时缺乏灵活性。目前对于磁浮车研究中控制参数的调节以单目标寻优为主,难以同时满足多项性指标需求。解决这些问题能为我国磁悬浮列车控制参数调节留下宝贵经验。本文以EMS型磁悬浮列车控制系统作为研究对象,通过UM动力学软件建立了磁浮车动力学模型,而后通过Simulink搭建了EMS型磁悬浮列车的控制器。对单悬浮架模型控制参数Kp、Ki、Kd、λ、μ进行调节,得到悬浮架系统的控制参数,提供了第四章设计变量的初始性能对应的控制参数取值。找到了分数阶PID控制器参数取值对单悬浮架模型性能指标的影响规律。以磁浮车的悬浮架控制器参数调节为参考,寻得磁浮车整数阶与分数阶控制器参数。对EMS型磁悬浮列车在整数阶与分数阶PID控制器下的两项性能指标进行对比,结果表明两种控制器的性能指标都符合要求,其中分数阶PID控制器相比于整数阶PID控制器,悬浮间隙最大值更接近10 mm,车体垂向振动加速度最大值更小,故分数阶PID控制器得控制效果更好。提取分数阶PID控制器控制下磁浮车车体垂向振动加速度数据,使用Sperling平稳性指标计算公式进行计算,计算结果表明Sperling平稳性指标随着EMS型磁悬浮列车速度的增大逐步上升,平稳性指标最大值小于车辆平稳性指标规范所对应的上限值,故分数阶PID控制器控制下磁浮车的平稳性满足要求。为了测试磁浮车在分数阶PID控制器控制下的效果,分别进行了两种竖曲线工况条件下分数阶PID控制器控制的磁浮车悬浮间隙和垂向振动加速度的仿真,并分析了不同速度下磁浮车动力学性能,结果表明相比于直线工况条件,随着速度的增加竖曲线工况条件下磁浮车各项性能指标均有所下降,其中凸曲线车体垂向振动加速度波动较为明显。以磁浮车悬浮架系统为研究对象,构建Kp、Ki、Kd、λ、μ为输入,悬浮架悬浮间隙和垂向振动加速度为输出的5输入2输出的数据表,利用LSSVM对其进行训练和测试,测试结果表明LSSVM可作为EMS型磁悬浮列车单悬浮架模型的控制参数与性能指标之间的代理模型。基于NSGA-Ⅱ算法对控制参数作为输入两项性能指标作为输出的5输入2输出的LSSVM代理模型进行优化,得到性能指标对应的Pareto解,在最优解集中选出两个解对应的两组控制参数带入到悬浮架模型中得到垂向振动加速度最大值和悬浮间隙最大值,与分数阶PID控制器控制下的单悬浮架模型初始性能指标进行对比,结果显示磁浮车的两项性能值在优化后均得到提升且优化解1优化效果更好,而代理模型存在一定误差。
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