磁浮列車模型定位系統設計方案解析

　摘要：基于磁浮列車的特點，介紹了一種新型磁浮列車定位系統的實現，在磁控開關組編碼技術的基礎上，采用FPGA和DSP相結合的結構，完成對該定位系統的設計。實驗結果表明該設計能夠實現磁浮列車的定位功能，具有工作簡單可靠、制造成本維護成本低廉等優點。
　　磁浮列車是由無接觸的電磁懸浮、導向和驅動系統組成的新型交通工具。該模型車利用同定在車輛懸浮架上的懸浮電磁鐵與軌道之間的吸引力實現懸??；利用固定在懸浮架上的導向磁鐵與線路側向的導向軌之間的吸引力進行導向；利用短定子直線感應電機，通過安裝在車上的初級繞組產生行波磁場在軌道反應板中感應出電流，二者相互作用推動機車前進。
　　磁浮列車運行時，運行控制系統必須隨時掌握列車的確切位置和速度，為此必須有一套定位系統實現對列車的實時定位。由于磁浮列車運行時與軌道沒有物理接觸，定位方法多采用無線方式來完成。目前，實現列車定位的方法有很多種，如光電感應定位測速、微波定位測速、交叉感應回線定位測速、GPS定位測速、無線擴頻通信定位法等。這些定位測速方法有些結構復雜，定位精度差，有的需要大量的軌旁設備，前期成本和后期維修費用高。針對磁浮列車的特點，本文提出了一種新的定位方法，該方法制造成本低，維護方便，適用于短途運營的磁浮列車。
　　1 定位系統工作原理
　　本文采用磁控開關編碼定位技術，利用磁控開關在磁場內導通的原理，當磁浮列車經過磁控開關時，由于懸浮電磁鐵與軌道間存在磁場，在該磁場的作用下，磁控開關導通；當磁浮列車駛過后，磁場消失，磁控開關斷開。把所有磁控開關導通和斷開的狀態編碼成二進制數字序列，每一個序列對應一個磁浮列車的位置。
　　將一定數量的磁控開關等間距排放在磁浮列車的線路上，這一距離不能大于磁浮列車電磁鐵的長度，否則就無法保證列車運行過程中始終有磁控開關被觸發，為了保證磁控開關能夠被電磁鐵和軌道間的磁場觸發而不能被電機產生的磁場觸發，磁控開關安裝軌道外側。為了避免磁控開關出現故障，每兩個磁控開關采用并聯方式組合成一個單元，固定安裝在保護塊里。將所有的磁控開關的狀態（導通-1；斷開-0）整合成一個二進制數字序列，在列車行駛的過程中，這個數字序列將一直變化且不會重復，每一個數字序列對應一個列車的位置見圖1。對這些數字序列進行采集和邏輯分析就可以得到列車的位置量。
　　
　　列車運行時，布置于線路上的磁控開關組的狀態能夠反映出列車的位置量，以四個通過并聯方式合并后的磁控開關組為例說明這一問題如圖2所示。磁浮列車向有行駛，上方的六根橫線表示列車的六個位置，這六個位置處于磁控開關變化的臨界狀態，橫線兩端的黑色部分為固定在車輛懸浮架上的電磁鐵，下方為四個合并后的磁控開關組。當電磁鐵與開關重合時，該開關被觸發。位置總線的狀態依次為：1100、1110、0110、0111、0011、0011-1，最后一個狀態需要加入第五個開關量。以列車的中心位置為參考，這六個狀態可以確定五個位置區間，即P1到P5。