具体实施方式

本申请实施例公开一种高速磁悬浮控制系统，参照图1，该系统包括若干悬浮控制单元组0，相邻悬浮控制单元组0间通信连接，每个悬浮控制单元组0用于控制磁悬浮系统中一个搭接结构。每个悬浮控制单元组0包括至少两个磁悬浮控制单元1，同组内所有磁悬浮控制单元1之间均通信连接，且采用RS485接口通信连接。

参照图1，在本申请一实施例中，通信设备的通信接口端子采用接线端子时，RS485网络拓扑采用串联总线型拓扑结构，即通信主机位于总线起始端，每台通信设备根据安装位置依次串联；在本实施例中，通信设备即指磁悬浮控制单元1。网络结构简单，易于网络扩展，安装和使用方便，可靠性较高，单个单元的故障不会涉及整个网络。

参照图2，在本申请另一实施例中，通信设备的通信接口端子不直接串联线路的接口，RS485网络拓扑采用星型总线型拓扑结构，一台或相邻的多台通信设备连接各自的通信线至一个公共通信节点，多个公共通信节点之间采用依次串联的连接方式。在本实施例中，通信设备即指磁悬浮控制单元1，且一个公共通信节点连接两个磁悬浮控制单元1。易于组网、控制简单、访问协议简单，易于网络监控和管理，故障诊断和隔离容易，单个连接点的故障只影响一个设备，不会影响全网。

参照图3，每个磁悬浮控制单元1均包括采集装置11和控制器12，采集装置11包括三个采集单元，用于采集检测信号。其中一组采集单元包括第一电流传感器和第二电流传感器；其中另一组采集单元包括第一间隙传感器和第二间隙传感器；最后一组采集单元包括第一加速度计和第二加速度计。

其中控制器12包括存储器121和处理器122，存储器121中存储有磁悬浮控制程序，处理器122可采用MCU、单片机等；控制器12的输入端与同一磁悬浮控制单元1中的采集装置11连接，输出端用于连接对应的电磁铁线圈2。控制器12用于根据接收的采集信号生成控制信号并输出给对应的电磁铁线圈2。

在运行上述控制程序时执行下面的控制方法，下面结合上述控制系统对每一磁悬浮控制单元1的控制器内部执行的控制方法的实施进行详细描述。

本申请实施例公开一种高速磁浮悬浮控制方法。参照图4，高速磁浮悬浮控制方法包括：

S100、获取磁悬浮控制单元1自身的检测信号及同一搭接结构中另一磁悬浮控制单元1采集的检测信号。

需要说明的是，结合图5，磁悬浮系统中包括了若干搭接结构，同一搭接结构中设置有两个磁悬浮控制单元1。同一搭接结构中的两个磁悬浮控制单元1之间通信连接；在本实施例中，为了便于理解，设同一搭接结构中的两个磁悬浮控制单元1分别为磁悬浮控制单元1A和磁悬浮控制单元1B。

参照图3，检测信号包括电磁铁线圈2的电流信号、电磁铁与轨道之间的间隙信号和电磁铁悬浮方向的加速度信号。每个磁悬浮控制单元1通过两个电流传感器，即第一电流传感器和第二电流传感器，分别检测电磁铁线圈2的电流信号，并测得两个电流值；通过两个间隙传感器，即第一间隙传感器和第二间隙传感器，分别检测电磁铁与轨道之间的悬浮间隙信号，测得两路间隙值；在本实施例中，间隙传感器采用涡流传感器；通过两个加速度计，即第一加速度计和第二加速度计，分别检测电磁铁在悬浮方向的加速度信号，并测得两路加速度值。电流、间隙、加速度均通过两路检测信号互检传感器故障，通过冗余设置提高检测装置输出信号的准确性，减少由于检测装置故障对控制系统稳定性的影响。

参照图5，磁悬浮控制单元1A的第一处理器122A获取两组检测信号，其中一组检测信号由磁悬浮控制单元1A的第一采集装置11A采集获得，包括第一电流传感器SC_A1测得电流值i-A1，第二电流传感器AC_A2测得电流值i-A2；第一间隙传感器ED_A1测得间隙值E-A1，第二间隙传感器ED_A2测得间隙值E-A2；第一加速度计S_A1测得加速度值A-A1，第二加速度计S_A2测得加速度值A-A2；

另一组检测信号由磁悬浮控制单元1B的第二采集装置11B采集获得并经由第二处理器122B传输给与之通信连接的第一处理器122A。包括第三电流传感器SC_B1测得电流值i-B1，第四电流传感器AC_B2测得电流值i-B2；第三间隙传感器ED_B1测得间隙值E-B1，第四间隙传感器ED_B2测得间隙值E-B2；第三加速度计S_B1测得加速度值A-B1，第四加速度计S_B2测得加速度值A-B2。

参照图4，S200、对获取的两组检测信号分别进行诊断。

两组检测信号，一组为自身的检测信号，一组为同一搭接结构中另一磁悬浮控制单元1的检测信号。

电流信号出现严重故障的诊断方法包括：若第一电流传感器和第二电流传感器测得两个电流值的差值在第一时间阈值内均大于电流阈值，则确认为存在严重故障。在本实施例中，第一时间阈值设为10毫秒，电流阈值设为2安培。以磁悬浮控制单元1A为例，在10毫秒之内若每次采集的i-A1与i-A2的差值均大于2安培，则认定第一电流传感器SC_A1和第二电流传感器SC_A2故障，此时输出磁悬浮控制单元1A的电流信号严重故障。当判定为严重故障时，磁悬浮控制单元1A停止悬浮控制工作，并输出故障信号给同一搭接结构的磁悬浮控制单元1B和监控系统。

间隙信号出现严重故障的诊断方法包括：若第一间隙传感器和第二间隙传感器测得的两路间隙值中有一路间隙值在第二时间阈值以内始终为间隙阈值，则判断该路间隙值存在故障；当同一磁悬浮控制单元1的两路间隙值同时存在故障时，判断该磁悬浮控制单元1的间隙信号为严重故障；若只有一路间隙值存在故障，判定为普通故障。在本实施例中，第二时间阈值设为100毫秒，间隙阈值设为0。以磁悬浮控制单元1A为例，若E-A1和E-A2同时在100毫秒以内均始终为0，则判定磁悬浮控制单元1A的间隙信号出现严重故障。当判定为严重故障时，磁悬浮控制单元1A停止悬浮控制工作，并将故障信号传递给同一搭接结构的磁悬浮控制单元1B和监控系统。

加速度信号出现严重故障的诊断方法包括：若第一加速度计和第二加速度计测得的两路加速度值中有一路加速度值在第三时间阈值以内始终为加速度阈值，则判断该路加速度值存在故障；当同一磁悬浮控制单元1的两路加速度值同时存在故障时，则判断磁悬浮控制单元1为严重故障；若只有一路加速度值存在故障，则判定为普通故障。在本实施例中，第三时间阈值设为100毫秒，加速度阈值包括0、5g和-5g，g为重力加速度，取9.8米/平方秒。以磁悬浮控制单元1A为例，若A-A1和A-A2同时在100毫秒内均为0，或均为5g，或者均为-5g，则判定磁悬浮控制单元1A的加速度信号出现严重故障。当判定为严重故障时，磁悬浮控制单元1A停止悬浮控制工作，并将故障信号传递给同一搭接结构的磁悬浮控制单元1B和监控系统。

在两组检测信号均未出现严重故障时，S300、采用第一控制算法u1输出控制量；以控制搭接结构中对应电磁铁线圈2的电流。

其中，采用第一控制算法u1输出控制量的步骤包括：

S301、根据自身的当前悬浮间隙、目标悬浮间隙及比例控制参数获得第一中间量，比例控制参数为初始设定值；

S302、根据自身的当前加速度信号的积分及微分控制参数获得第二中间量，微分控制参数为初始设定值；

S303、根据自身检测信号中的当前悬浮间隙与目标悬浮间隙之差，获得悬浮间隙差值的累积变化量；

S304、根据自身检测信号中的当前电流信号与另一磁悬浮控制单元1的当前电流信号之差，获得电流差值的累积变化量；根据第一中间量、第二中间量、悬浮间隙差值的累积变化量和电流差值的累积变化量获得第一控制算法输出的控制量。

参照图5，在本实施例中，以磁悬浮控制单元1A为例，当磁悬浮控制单元1A获得的两组检测信号中均未出现严重故障时，即磁悬浮控制单元1A和磁悬浮控制单元1B的检测信号中均未出现严重故障；采用第一控制算法u1输出控制量；其中，第一控制算法u1=+++；为比例控制参数；为当前悬浮间隙信号，来自于磁悬浮控制单元1A检测信号中的间隙信号；为目标悬浮间隙，为已知量；为第一中间量；为微分控制参数；为当前加速度信号的积分；为第二中间量；为悬浮间隙差值的累积变化量，具体的，当-大于零，则不停地增加，-小于零，则不停的减小，直到=停止积分；在本实施例中，积分的上限设置为+10000，下限为-10000，单位与悬浮间隙一致，减少数字变量存储饱和溢出。为来自于磁悬浮控制单元1B的电流信号，即磁悬浮控制单元1B的当前电流信号；为自身的当前电流信号，即磁悬浮控制单元1A的当前电流信号；为电流差值的累积变化量，其中积分的上下限与悬浮间隙累积变化量积分的上下限取值方式相同，当=时停止积分。

和均设置有初始值，初始值以将和带入第一控制算法u1中，能够使列车稳定悬浮为依据设置。在本方案一实施例中，的计算方法包括当磁悬浮控制单元1A没有出现严重故障，且磁悬浮控制单元1A的两路间隙值均未发生间隙信号故障时，取两个间隙值的平均值作为的值；在本实施例中，=(E-A1+E-A2)/2；当磁悬浮控制单元1A没有出现严重故障，且磁悬浮控制单元1A的两路间隙值中有一路出现间隙信号故障，取另一路间隙值作为的值；例如若第一电流传感器出现故障，即=E-A2；当磁悬浮控制单元1A出现严重故障，因无需计算磁悬浮控制单元1A的控制量，因此无需计算。的值人为预设，在8毫米至12毫米之间，在本实施例中的值为10毫米。和均是对应磁悬浮控制单元1的两个电流值的平均值。

不难理解的是，磁悬浮控制单元1B的第一控制算法u1==+++。为比例控制参数；为当前悬浮间隙，来自于磁悬浮控制单元1B检测信号中的间隙信号；为目标悬浮间隙，为已知量；为第一中间量；为微分控制参数；为当前加速度信号的积分；为第二中间量；为悬浮间隙差值的累积变化量，具体的，当-大于零，则不停地增加，-小于零，则不停的减小，直到=停止积分；在本实施例中，积分的上限设置为+10000，下限为-10000，单位与悬浮间隙一致，减少数字变量存储饱和溢出。为来自于磁悬浮控制单元1A的电流信号，即磁悬浮控制单元1A的当前电流信号；为自身的当前电流信号，即磁悬浮控制单元1B的当前电流信号；为电流差值的累积变化量。

在磁悬浮控制单元1A和磁悬浮控制单元1B均未出现严重故障，且列车处于悬浮不稳定状态时，磁悬浮控制单元1A和磁悬浮控制单元1B均通过第一控制算法u1计算出控制量，改变电磁铁的电流，使列车趋于悬浮稳定状态，其中u1中的和均采用各自的初始设定值。需要说明的是，由于列车在悬浮过程中，总是处于动态，因此处于不断变化的状态，因此第一控制算法u1的控制量也在不断变化，使列车渐渐趋向悬浮稳定状态。

在当前悬浮间隙与目标悬浮间隙的差值小于稳定阈值时，视为悬浮稳定状态，否则为悬浮不稳定状态。在本实施例中，稳定阈值设为0.1毫米。

为了更好的保证列车的悬浮稳定，提高悬浮系统的可靠性，在获得第一控制算法输出的控制量之后以及获得第二控制算法输出的控制量之后还包括：在悬浮稳定状态时，根据检测信号对比例控制参数和微分控制参数分别优化，获得优化比例控制参数和优化微分控制参数；将优化比例控制参数和优化微分控制参数分别取代对应的初始设定值，通过第一控制算法或第二控制算法获得控制量并输出；在悬浮不稳定状态时，使用比例控制参数的初始设定值和微分控制参数的初始设定值进行计算。

对比例控制参数优化的步骤包括：根据第一常数、电磁铁质量、目标悬浮间隙、稳定悬浮时的电流和中间参数获得第一比例控制中间量；根据目标悬浮间隙和稳定悬浮时的电流获得第二比例控制中间量；根据第一比例控制中间量和第二比例控制中间量获得优化比例控制参数。

对微分控制参数优化的步骤包括：根据第二常数、电磁铁质量、目标悬浮间隙、稳定悬浮时的电流和中间参数获得优化微分控制参数。其中，获得中间参数的步骤包括：根据电磁铁的线圈匝数、电磁铁的极面积和真空磁导率获得中间参数。

第一常数取1678；M为电磁铁质量；为目标悬浮间隙；为稳定悬浮时的电磁铁电流；k为中间参数。则在本实施例中，第一比例控制中间量为；第二比例控制中间量为；则比例控制参数为+；中间参数k=，其中N为电磁铁的线圈匝数，为电磁铁的极面积，为真空磁导率；不难理解的是，当电磁铁确定后，中间参数k为定值。获得稳定悬浮时的电流的步骤包括，在悬浮稳定状态下，将获取的自身检测信号中的电磁铁线圈2的多个电流信号的平均值作为稳定悬浮时的电流。例如，在本实施例中，当磁悬浮控制单元1A未出现严重故障，且列车处于悬浮稳定状态时，=(i-A1+i-A2)/2；若磁悬浮控制单元1A出现严重故障，则无需计算的值；若磁悬浮控制单元1A未出现严重故障，但列车处于悬浮不稳定状态，同样无需计算的值。磁悬浮控制单元1B与磁悬浮控制单元1A同理。

或在已知悬浮负载时，根据悬浮负载F、重力加速度g、电磁铁质量M和目标悬浮间隙通过计算获得稳定悬浮时的电流。在本实施例中通过获得，其中g=9.8米/秒²。由于悬浮负载容易发生变化，例如列车上人员的走动或者人员的上下车均容易导致悬浮负载变化，因此根据悬浮负载计算出更容易计算出能够使列车悬浮稳定的和的值。

因此，当两组检测信号均未出现严重故障，且悬浮稳定时，根据当前的稳定悬浮时的电流和目标悬浮间隙获得优化比例控制参数和优化微分控制参数，再根据优化比例控制参数和优化微分控制参数通过第一控制算法获得控制量并输出。即当同一搭接结构中的两个磁悬浮控制单元1的检测信号中均未出现严重故障，且列车处于悬浮稳定时，通过电流传感器测得，将和分别代入=和=，得出一组优化和优化，再将优化值和优化值代入到第一控制算法u1中，计算出两个磁悬浮控制单元1的悬浮控制量，使列车持续处于悬浮稳定状态。即使同一搭接结构中有一个磁悬浮控制单元1的检测信号中出现严重故障，若此时列车若处于悬浮稳定，则未出现严重故障的磁悬浮控制单元1依然可以根据公式计算出一组值和优化值，从而计算出便于使列车处于持续稳定悬浮状态的控制量。所谓值和优化值，即当同一搭接结构中的两个磁悬浮控制单元1的检测信号中均未出现严重故障，且列车处于悬浮稳定时新计算出的和的值。

参照图3和图4，在另一磁悬浮控制单元1的检测信号出现严重故障时，S400、上报故障信号并停止接收另一磁悬浮控制单元1的检测信号，采用第二控制算法u2输出控制量；以控制搭接结构中电磁铁线圈2的电流。

第二控制算法u2输出控制量的步骤包括：根据第一中间量、第二中间量和悬浮间隙差值的累积变化量获得第二控制算法输出的控制量。参照图5，在本实施例中，以磁悬浮控制单元1A为例，第二控制算法u2=++；不难理解的是，磁悬浮控制单元1B的第二控制算法u2=++。

参照图4，在自身采集的检测信号存在严重故障时，S500、上报故障信号并停止悬浮控制工作。

本申请实施例一种高速磁浮悬浮控制方法的实施原理为：当同一搭接结构中的两个磁悬浮控制单元1均未出现严重故障时，判断列车是否处于悬浮稳定状态，若处于，则通过计算出一组优化值和优化值，而后两个磁悬浮控制单元1均通过第一控制算法u1计算出电磁铁电流的控制量，控制量改变电磁铁的电流，使列车持续处于悬浮稳定状态；若列车未处于悬浮稳定状态，则两个磁悬浮控制单元1均使用和的初始设定值，通过第一控制算法u1计算出电磁铁电流的控制量。

当同一搭接结构中两个磁悬浮控制单元1有一个出现了严重故障时，停止出现严重故障的磁悬浮控制单元1的悬浮控制工作，另一个磁悬浮控制单元1通过第二控制算法u2计算出电磁铁电流的控制量。期间，判断列车是否处于悬浮稳定状态，若处于，依然通过计算出一组优化值和优化值，并将优化值和优化值带入到第二控制算法u2中，输出控制量。

若同一搭接结构中的两个磁悬浮控制单元1均出现了严重故障，则两个磁悬浮控制单元1均停止悬浮控制工作。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。