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中低速磁浮列车测速与相对定位传感器研究与实现

作　者: 姜锐
导　师: 龙志强
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 磁浮列车传感器测速定位电涡流一阶差分二阶差分
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 34次
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内容摘要

测速定位技术是中低速磁浮列车的核心技术之一。测速定位系统通过向地面控制中心和车上其它系统提供速度与位置信号,使磁浮列车实现牵引、制动和运行控制。本文以工程实际应用为背景,以国防科技大学研制的CMS04型工程化样车为应用对象,以实现列车准确测速与相对定位为目的,研究并实现了一种新型测速与相对定位传感器。该传感器弥补了现有测速定位系统所采用的电感式接近开关传感器对检测距离敏感的缺陷,克服了检测距离对测量结果的影响,消除了因车体抖动而带来的测速定位误差,具有较强的工程应用前景。本文主要研究以下几个方面的内容:(1)通过分析电感式接近开关传感器的缺陷及其原因,提出一种基于相邻检测线圈电感量进行一阶差分计算以实现准确定位的设计方法。在此基础上,为了提高传感器检测灵敏度,增强传感器的抗干扰性,避免误判断问题,又提出了对相邻三个检测线圈的电感量进行二阶差分的检测方法,提高了该传感器的可用性。(2)在对检测线圈进行理论推导计算的基础上,应用有限元软件仿真、分析与验证了匝数、线径、激磁线圈与检测线圈之间距离和检测距离对线圈性能的影响,设计并绕制了适用于本文所研究传感器的检测线圈。(3)根据中低速磁浮列车“传感器计数法”测速定位系统对传感器的性能要求,对传感器的激磁电路,功率放大电路,解调电路和数字处理电路进行了分析与设计,最终实现了一套传感器试验系统。(4)通过标定台对传感器线圈进行标定,并模拟列车各种运行情况,对传感器进行定位试验。通过地面模拟试验测试,验证了新型测速与相对定位传感器的可用性。试验结果表明,新型传感器各项性能满足设计要求。

全文目录

摘要  8-9
ABSTRACT  9-10
第一章绪论  10-20
  1.1 论文研究背景与目的意义  10-11
  1.2 磁浮列车测速定位方法研究概况  11-15
    1.2.1 交叉感应回线测速定位  11-13
    1.2.2 多普勒雷达测速定位  13-14
    1.2.3 轨枕计数法测速定位  14
    1.2.4 传感器计数法测速定位  14-15
  1.3 基于接近开关的“传感器计数”测速定位方法分析  15-18
    1.3.1 电感式接近开关传感器的工作原理  15-16
    1.3.2 “传感器计数”测速定位方法的特点  16-18
  1.4 本文主要研究内容  18-20
第二章新型测速与相对定位传感器原理与结构  20-29
  2.1 新型传感器系统结构  20-21
  2.2 传感器工作原理  21-28
    2.2.1 一阶差分方法工作原理及缺点  21-25
    2.2.2 二阶差分方法工作原理  25-28
  2.3 传感器线圈性能要求  28
  2.4 本章小结  28-29
第三章测速与相对定位传感器线圈分析与仿真  29-42
  3.1 检测线圈结构分析  29-33
    3.1.1 线圈等效电路分析  29-30
    3.1.2 线圈与轨枕互感计算  30-31
    3.1.3 渗透深度与涡流能量损耗  31-33
  3.2 检测线圈有限元仿真  33-38
    3.2.1 仿真模型建立  34-36
    3.2.2 具体实现步骤  36-38
  3.3 仿真结果与分析  38-41
    3.3.1 匝数对线圈性能的影响  38
    3.3.2 线径对线圈性能的影响  38-39
    3.3.3 激磁线圈与检测线圈距离对线圈性能影响  39-40
    3.3.4 检测距离对线圈性能的影响  40-41
  3.4 本章小结  41-42
第四章测速与相对定位传感器设计与实现  42-59
  4.1 传感器电路总体设计  42
  4.2 激磁部分电路设计  42-50
    4.2.1 激磁源的选择  43-45
    4.2.2 基于C8051F500 的信号源设计与实现  45-47
    4.2.3 激磁频率的选择  47-48
    4.2.4 功率放大电路设计  48-50
  4.3 解调部分电路设计  50-54
    4.3.1 常用电磁解调方式  50-52
    4.3.2 同步检波实现  52-54
  4.4 数字处理电路设计  54-57
    4.4.1 转换时间及增益值计算  55-56
    4.4.2 主程序设计  56-57
  4.5 本章小结  57-59
第五章测速与相对定位传感器试验测试  59-69
  5.1 传感器系统实现  59-64
    5.1.1 传感器线圈标定  59-63
    5.1.2 传感器性能分析  63-64
  5.2 传感器试验  64-68
    5.2.1 对比试验  64-68
    5.2.2 试验结论  68
  5.3 本章小结  68-69
第六章结论与展望  69-71
  6.1 论文总结  69
  6.2 工作展望  69-71
致谢  71-72
参考文献  72-76
攻读硕士期间发表学位论文  76

中低速磁浮列车测速与相对定位传感器研究与实现

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