基于新型跟踪微分器的磁浮车悬浮控制算法研究

作者：张文进; 林志坚; 张睿扬; 龙志强; 顾秋明; 张和洪^*

来源：铁道科学与工程学报, 2023, 20(10): 3954-3964.

DOI：10.19713/j.cnki.43-1423/u.t20222136

• 磁浮列车
• 悬浮控制
• 跟踪微分器
• 滤波
• 微分

针对磁浮列车运行过程中悬浮间隙信号存在随机噪声的问题，在间隙传感器输出端加入跟踪微分器(TrackingDifferentiator,TD)对信号进行跟踪滤波，进而设计反馈控制器实现磁浮列车稳定悬浮。以状态反步法确定最速离散二阶系统的边界曲线以及控制特征曲线，并确定可达区与线性区的控制量，区别于韩京清跟踪微分器算法(fhan-TD)中比较复杂的非线性运算，构造了具备线性特征的简易最速综合控制函数进而设计了一种新型跟踪微分器算法；以间隙信号及速度信号为状态变量创建二阶状态方程，根据实际磁浮列车悬浮结构建立磁浮车单点悬浮控制系统模型；在PID(Proportional Integral Derivative)控制器的基础上，引入所提出的新型跟踪微分器对间隙输出信号进行跟踪滤波，搭建基于跟踪微分器的悬浮反馈控制器框架，实现磁浮车的稳定悬浮。数值仿真结果表明，所提出的跟踪微分器算法具有良好的跟踪滤波性能与相位品质，与传统fhan-TD相比，当输入带噪声正弦信号时，其滤波效果提升了37.5%，相位滞后减少了5.04%；当输入带噪声方波信号时，其滤波效果提升了33.87%，相位滞后减少了30.34%。试验结果表明，所提出的跟踪微分器能够有效抑制间隙传感器中不同强度的随机噪声，并且所设计的悬浮反馈控制器使得磁浮列车在悬浮上升阶段超调量减少了6.57%，调节时间缩短了0.11 s，验证了所提算法的有效及实用性。该新型跟踪微分器及其反馈控制器对于工程实现具有很好的参考价值。

• 单位
  南京理工大学; 国防科技大学