磁浮列車模型定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：基于磁浮列車的特點(diǎn)，介紹了一種新型磁浮列車定位系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，在磁控開(kāi)關(guān)組編碼技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用FPGA和DSP相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，完成對(duì)該定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)磁浮列車的定位功能，具有工作簡(jiǎn)單可靠、制造成本維護(hù)成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：磁浮列車；磁控開(kāi)關(guān)；定位；FPGA

磁浮列車是由無(wú)接觸的電磁懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成的新型交通工具。該模型車?yán)猛ㄔ谲囕v懸浮架上的懸浮電磁鐵與軌道之間的吸引力實(shí)現(xiàn)懸?。焕霉潭ㄔ趹腋〖苌系膶?dǎo)向磁鐵與線路側(cè)向的導(dǎo)向軌之間的吸引力進(jìn)行導(dǎo)向；利用短定子直線感應(yīng)電機(jī)，通過(guò)安裝在車上的初級(jí)繞組產(chǎn)生行波磁場(chǎng)在軌道反應(yīng)板中感應(yīng)出電流，二者相互作用推動(dòng)機(jī)車前進(jìn)。
磁浮列車運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行控制系統(tǒng)必須隨時(shí)掌握列車的確切位置和速度，為此必須有一套定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)列車的實(shí)時(shí)定位。由于磁浮列車運(yùn)行時(shí)與軌道沒(méi)有物理接觸，定位方法多采用無(wú)線方式來(lái)完成。目前，實(shí)現(xiàn)列車定位的方法有很多種，如光電感應(yīng)定位測(cè)速、微波定位測(cè)速、交叉感應(yīng)回線定位測(cè)速、GPS定位測(cè)速、無(wú)線擴(kuò)頻通信定位法等。這些定位測(cè)速方法有些結(jié)構(gòu)復(fù)雜，定位精度差，有的需要大量的軌旁設(shè)備，前期成本和后期維修費(fèi)用高。針對(duì)磁浮列車的特點(diǎn)，本文提出了一種新的定位方法，該方法制造成本低，維護(hù)方便，適用于短途運(yùn)營(yíng)的磁浮列車。

1 定位系統(tǒng)工作原理
本文采用磁控開(kāi)關(guān)編碼定位技術(shù)，利用磁控開(kāi)關(guān)在磁場(chǎng)內(nèi)導(dǎo)通的原理，當(dāng)磁浮列車經(jīng)過(guò)磁控開(kāi)關(guān)時(shí)，由于懸浮電磁鐵與軌道間存在磁場(chǎng)，在該磁場(chǎng)的作用下，磁控開(kāi)關(guān)導(dǎo)通；當(dāng)磁浮列車駛過(guò)后，磁場(chǎng)消失，磁控開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。把所有磁控開(kāi)關(guān)導(dǎo)通和斷開(kāi)的狀態(tài)編碼成二進(jìn)制數(shù)字序列，每一個(gè)序列對(duì)應(yīng)一個(gè)磁浮列車的位置。
將一定數(shù)量的磁控開(kāi)關(guān)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(zhǎng)度，否則就無(wú)法保證列車運(yùn)行過(guò)程中始終有磁控開(kāi)關(guān)被觸發(fā)，為了保證磁控開(kāi)關(guān)能夠被電磁鐵和軌道間的磁場(chǎng)觸發(fā)而不能被電機(jī)產(chǎn)生的磁場(chǎng)觸發(fā)，磁控開(kāi)關(guān)安裝軌道外側(cè)。為了避免磁控開(kāi)關(guān)出現(xiàn)故障，每?jī)蓚€(gè)磁控開(kāi)關(guān)采用并聯(lián)方式組合成一個(gè)單元，固定安裝在保護(hù)塊里。將所有的磁控開(kāi)關(guān)的狀態(tài)(導(dǎo)通-1；斷開(kāi)-0)整合成一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字序列，在列車行駛的過(guò)程中，這個(gè)數(shù)字序列將一直變化且不會(huì)重復(fù)，每一個(gè)數(shù)字序列對(duì)應(yīng)一個(gè)列車的位置見(jiàn)圖1。對(duì)這些數(shù)字序列進(jìn)行采集和邏輯分析就可以得到列車的位置量。