EMS型磁懸浮列車模塊懸浮系統的模型參考自適應控制

模塊是EMS 型磁懸浮列車的基本功能單元，常用的懸浮控制方法是將其兩端等效為兩個
完全獨立的對象分別設計控制器。實際上模塊兩端的運動狀態是互相耦合的，獨立設計的控制器很難解決彼此之間的狀態耦合。本文針對這種耦合情況，將模塊視為一個剛體對象，采用反饋線性化方法實現模塊運動的電氣解耦，并針對模型的不確定性設計了模塊懸浮系統的模型參考自適應控制器。仿真結果表明，該自適應控制器有效地解決耦合問題，提高懸浮系統的性能。
關鍵詞：磁懸浮列車，模塊懸浮系統，模型參考自適應控制，反饋線性化，耦合
常導電磁吸力型（EMS）中低速磁懸浮列車通常采用模塊化的磁轉向架結構。文獻[1]證明：合理的機械設計可以通過防側滾梁實現兩個模塊間的機械解耦。因此，磁浮列車的懸浮控制可以簡化為模塊的獨立懸浮控制問題。模塊中包含四個懸浮電磁鐵（如圖1 所示），沿列車行進方向分為兩組。通常認為每組電磁鐵具有獨立的控制自由度，并將一組電磁鐵等效為一個電磁鐵，分別由兩套獨立的控制器控制兩組電磁鐵，從而將磁懸浮列車的懸浮問題簡化為單個電磁鐵（簡稱單鐵）的懸浮問題[2~4]。然而這種簡化忽略了模塊兩組電磁鐵的運動狀態會通過耦合的方式互相影響，無法主動克服兩組電磁鐵之間存在的耦合問題。磁懸浮系統是一個典型的非線性系統，并且系統模型存在很強的不確定性。模型參考自適應控制是一種比較成熟的自適應控制方法[5]，對系統模型的不確定性和外部擾動都有很好的抑制作用。
本文將模塊作為一個剛體對象，研究如何通過設計控制器來解決模塊內部兩組電磁鐵的耦合問題，采用模型參考自適應控制方法抑制模型的不確定性，并通過仿真驗證了該控制方案的有效性。